WO2024090785A1 - 성형체 - Google Patents

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WO2024090785A1
WO2024090785A1 PCT/KR2023/013876 KR2023013876W WO2024090785A1 WO 2024090785 A1 WO2024090785 A1 WO 2024090785A1 KR 2023013876 W KR2023013876 W KR 2023013876W WO 2024090785 A1 WO2024090785 A1 WO 2024090785A1
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molded body
fabric
plate
shaped molded
filler
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PCT/KR2023/013876
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윤정환
임담혁
정진미
문성남
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주식회사 엘지화학
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Publication date
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    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only

Definitions

  • This application relates to a molded body, a method of manufacturing the same, and a use of the molded body.
  • Materials containing pores can be used for various purposes.
  • the above materials can be used as materials to treat heat generated from products.
  • the importance of technology for processing heat generated from products is increasing.
  • a battery module or battery pack includes a plurality of battery cells or a plurality of battery modules, which are located relatively adjacent to each other. Therefore, heat generated from one battery cell or battery module affects other adjacent devices, and in some cases, may cause problems such as chain ignition or chain explosion.
  • the purpose of this application is to provide a plate-shaped molded body, a method for manufacturing the same, and a use for the plate-shaped molded body.
  • the main purpose of this application is to provide a plate-shaped molded body including a concavo-convex shape with engraved portions and embossed portions and having pores formed therein, a method of manufacturing the plate-shaped molded body, and a use for the plate-shaped molded body.
  • another purpose is to provide the above plate-shaped molded body with uniform mechanical properties.
  • the molded body may be manufactured to have a desired shape using plastic such as thermoplastic resin as a raw material.
  • the molded body may be a plate-shaped molded body.
  • the molded body may contain at least a resin component and a filler component.
  • the molded body includes pores formed inside. These pores may be formed at least at the interface between the resin component and the filler component inside the molded body.
  • the molded body of the present application is manufactured through a molding step of forming an uneven shape by applying pressure to a fabric containing a resin component and a filler component, as described later. At this time, pores can be formed inside the molded body by controlling the type of filler component contained in the fabric and/or the conditions of the molding step, and in particular, the pores can be formed at the interface between the resin component and the filler component. . This method is different from the existing method of forming pores through a foaming process, etc.
  • the porosity of the above molded body can be adjusted to an appropriate range depending on the purpose.
  • the lower limit of the porosity of the molded body may be about 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, or 50%
  • the upper limit is 90%, It may be 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20% or 15%.
  • the porosity is above or above any one of the above-described lower limits, below or below any one of the above-described upper limits, or above or above any one of the above-described lower limits while also being above. It may be within a range that is below or below any of the upper limits described.
  • the porosity can be obtained by the method in the examples described later.
  • the type of resin component included in the molded body there is no particular limitation on the type of resin component included in the molded body.
  • the required type may be appropriately selected and used from among resin components known to be moldable.
  • the resin component may include a thermoplastic polymer.
  • Types of thermoplastic polymers applicable in this process include various crystalline or amorphous polymers, examples of which include polyolefin-based polymers such as PP (polypropylene) or PE (polyethylene), mPPO (Modified PPO (Polyethylene oxide)), etc.
  • Polyalkylene oxide-based polymers polyamide-based polymers such as PA (polyamide), acetal-based polymers such as POM (polyoxymethylene), PC (polycarbonate), PBT (polybutylene terephthalate), or PET (polyethylene terephthalate).
  • PA polyamide
  • acetal-based polymers such as POM (polyoxymethylene), PC (polycarbonate), PBT (polybutylene terephthalate), or PET (polyethylene terephthalate).
  • polyester-based polymers acrylic-based polymers such as PMMA (poly(methyl methacrylate)), and polystyrene-based polymers such as PS (polystyrene) or ABS (Acrylonitrile butadiene styrene), but are not limited thereto.
  • Resin components may have a unique glass transition temperature (Tg) depending on the type.
  • Tg glass transition temperature
  • the lower limit of the glass transition temperature of the resin component applied in the present application is 50°C, 55°C, 60°C, 65°C, 70°C, 75°C, 80°C, 85°C, 90°C, 95°C. It may be around °C, 100°C, 105°C, 110°C, 115°C, 120°C, 125°C, 130°C, 135°C, 140°C or 145°C, and the upper limit is 500°C, 450°C, 400°C, 350°C. , it may be around 300°C, 250°C, 200°C, or 150°C.
  • the glass transition temperature of the resin component is above or above any one of the above-described lower limits, below or below any of the above-described upper limits, or above any one of the above-described lower limits, or It may be within a range that is both above and below or below any of the above-described upper limits.
  • the ratio of the resin components in the molded body there is no particular limitation on the ratio of the resin components in the molded body, and it can be adjusted to an appropriate ratio depending on the purpose.
  • the lower limit of the ratio of the resin component in the molded body is 50% by weight, 55% by weight, 60% by weight, 65% by weight, 70% by weight, 75% by weight, 80% by weight, 85% by weight, 90% by weight. % or 95% by weight
  • the upper limit is 100% by weight, 95% by weight, 90% by weight, 85% by weight, 80% by weight, 75% by weight, 70% by weight, 65% by weight, 60% by weight, or 55% by weight. It may be about weight percent.
  • the ratio of the resin component is above or above any one of the above-described lower limits, below or below any one of the above-described upper limits, or above or above any one of the above-described lower limits. At the same time, it may be within a range that is below or below any of the upper limits described above.
  • the molded body may contain a filler component as an additional component.
  • These filler components may be included, for example, as reinforcing materials.
  • filler components there is no particular limitation on examples of filler components that can be applied, and for example, organic or inorganic fillers or organic/inorganic fillers such as glass filler, carbon filler, and/or silica filler can be applied.
  • the filler may be a particulate filler (spherical, square, irregular, or other shaped particulate filler), a plate-shaped filler, or a fibrous filler.
  • the lower limit of the size of the above filler may be, for example, 1 ⁇ m, 5 ⁇ m, or 10 ⁇ m, and the upper limit is 100 ⁇ m, 95 ⁇ m, 90 ⁇ m, 85 ⁇ m, 80 ⁇ m, 75 ⁇ m, 70 ⁇ m, It may be about 65 ⁇ m, 60 ⁇ m, 55 ⁇ m, 50 ⁇ m, 45 ⁇ m, 40 ⁇ m, 35 ⁇ m, 30 ⁇ m, 25 ⁇ m, 20 ⁇ m, or 15 ⁇ m.
  • the size of the filler is above or above any one of the above-described lower limits, below or below any one of the above-described upper limits, or above or above any one of the above-described lower limits. At the same time, it may be within a range that is below or below any of the upper limits described above.
  • the size of the filler may be the average diameter of the filler (median diameter in D50 particle size) when the filler is in the form of particles, and when the filler is in the form of a plate, the thickness of the filler or the long side in the direction perpendicular to the thickness direction of the filler. Alternatively, it may be a short side, and in the case of a fibrous shape, it may be the diameter of the cross section of the filler.
  • the filler may be a fibrous filler.
  • pores can be formed more efficiently in the molding process described later depending on the aspect ratio of the filler.
  • the fibrous filler exhibits orientation during the manufacturing process of the molded body and can effectively form pores of an appropriate shape according to the pressure applied accordingly.
  • the lower limit of the aspect ratio of the filler may be about 3, 5, 7, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 or 24, and the upper limit is about 60, It could be around 55, 50, 45, 40, 35, 30 or 25.
  • the aspect ratio is above or above any one of the above-described lower limits, below or below any one of the above-described upper limits, or above or above any one of the above-described lower limits while also being above. It may be within a range that is below or below any of the upper limits described.
  • the aspect ratio of a fibrous filler is the length of the filler divided by the diameter of the cross-section of the filler.
  • the lower limit of the cross-sectional diameter of the filler may be, for example, 1 ⁇ m, 5 ⁇ m, or 10 ⁇ m, and the upper limit is 100 ⁇ m, 95 ⁇ m, 90 ⁇ m, 85 ⁇ m, 80 ⁇ m, 75 ⁇ m. , 70 ⁇ m, 65 ⁇ m, 60 ⁇ m, 55 ⁇ m, 50 ⁇ m, 45 ⁇ m, 40 ⁇ m, 35 ⁇ m, 30 ⁇ m, 25 ⁇ m, 20 ⁇ m, or 15 ⁇ m.
  • the cross-sectional diameter of the fibrous filler is greater than or greater than any one of the above-described lower limits, is less than or below any of the above-described upper limits, or is greater than or equal to any one of the above-described lower limits. or it may be within a range that is both above and below or below any one of the above-described upper limits.
  • the lower limit of the weight ratio of the filler component to 100 parts by weight of the resin component in the molded body may be about 1 part by weight, 5 parts by weight, 10 parts by weight, 15 parts by weight, 20 parts by weight, or 25 parts by weight, and the upper limit is , 100 parts by weight, 95 parts by weight, 90 parts by weight, 85 parts by weight, 80 parts by weight, 75 parts by weight, 70 parts by weight, 65 parts by weight, 60 parts by weight, 55 parts by weight, 50 parts by weight, 45 parts by weight, 40 It may be about 35 parts by weight, 30 parts by weight, or 25 parts by weight.
  • the weight ratio of the filler component is above or above any one of the above-described lower limits, below or below any one of the above-described upper limits, or above any one of the above-described lower limits, or It may be within a range that is both above and below or below any of the above-described upper limits. Additionally, considering the desired physical properties, the weight ratio of the filler component may be changed within or outside the range described above.
  • the molded body of the present application containing the above components may be a plate-shaped molded body, or may also be a molded body having a concavo-convex shape formed including embossed portions and engraved portions.
  • concavo-convex shape for example, the depth, height, area, shape and/or number of the engraved or embossed shape, and an appropriate form of concavo-convex shape can be applied considering the purpose to which the molded body is applied. there is.
  • Representative examples of existing molding methods for producing molded bodies with concavo-convex shapes and containing filler components include injection molding.
  • the manufacturing conditions of the molded body are controlled to prevent internal pores from occurring as much as possible during the molding process. This is because when pores are generated inside during the molding process, the mechanical properties of the molded body deteriorate, and when pores are formed unevenly, the mechanical properties of the molded body also appear uneven in each part.
  • conditions are adjusted so that pores can be actively formed in the molding process described later.
  • the molded body can be made to exhibit uniform and stable mechanical properties as a whole.
  • the tensile breaking strength of each of the upper, middle, and lower ends obtained by dividing the molded body into three parts in a direction perpendicular to the side in the first direction is The standard deviation can be controlled below a certain level.
  • the first direction is a direction parallel to an arbitrary side of the plate-shaped molded body observed when the plate-shaped molded body is observed along the thickness direction of the molded body.
  • the direction of the horizontal side 100 or the vertical side 200 of the rectangle may be the first direction.
  • the molded body is divided into three parts in a direction perpendicular to the side of the first direction with the vertical side 200 as the first direction, and an upper end (U), a middle part (M), and a lower end (L) are defined.
  • U upper end
  • M middle part
  • L lower end
  • the results are shown in dotted lines.
  • the direction of a virtual straight line connecting both end points of the side 2001, 2002 in the case of FIG. 1 may be set as the first direction.
  • dividing the molded body into three parts along the first direction may mean dividing the molded body so that the upper end (U), middle part (M), and lower end (L) have equal areas.
  • the standard deviation is ⁇ [(S U -A ) 2 + ( This value is calculated as S M -A) 2 +(S L -A) 2 ]/3 ⁇ 0.5 .
  • the upper limit of the standard deviation of the tensile breaking strength of each of the top, middle and bottom portions is 100, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, It may be around 30, 25, 20, 15 or 10, and the lower limit may be around 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12 or 14.
  • the standard deviation is within a range that is below or below any one of the above-described upper limits, or is above or above any one of the above-described lower limits and is also below or below any one of the above-described upper limits. There may be.
  • the method of measuring the tensile breaking strength referred to in this specification is summarized in the Examples.
  • the tensile breaking strength can be measured at room temperature (about 25°C) using UTM (Universal Testing Machine) equipment on a specimen cut to have a horizontal length of about 45 mm and a vertical length of about 12.5 mm. .
  • the horizontal direction of the specimen may be parallel to the machine direction (MD) or transverse direction (TD) of the fabric.
  • MD and TD refer to the MD and TD directions of the fabric, which will be described later, and this refers to the MD and TD directions during the extrusion process of manufacturing the fabric.
  • the molded body of the present application can also be manufactured to have physical properties at a certain ratio or higher compared to the physical properties of the fabric.
  • the fabric refers to a material in the form of a film or sheet applied to manufacture the molded body having the concavo-convex shape.
  • the process of manufacturing the molded body of the present application includes a molding step of manufacturing a plate (sheet or film) by applying a material containing the resin component and the filler component to an extrusion process and forming an uneven portion on the plate. can do. If pores are generated at the interface between the resin component and the filler component inside the plate due to the pressure applied during the molding process, the physical properties of the final molded body may be different from those of the previous plate. In this case, the physical properties of the fabric and the molded body may be different. It is best to keep the deviation as small as possible. When the method of the present application is applied, changes in the physical properties of the fabric can be controlled to an appropriate level.
  • the molded body may have a change ratio of tensile breaking strength compared to the fabric within a predetermined range or more.
  • the ratio of change in tensile breaking strength compared to the fabric is a value calculated as 100 The unit is %.
  • the tensile breaking strength S S of the molded body may be the tensile breaking strength of the concave portion or the embossed portion of the molded body, or may be the arithmetic average of the tensile breaking strengths of the concave portion and the embossed portion.
  • the lower limit of the change rate of the tensile breaking strength in the molded body is 20%, 22%, 24%, 26%, 28%, 30%, 32%, 34%, 36%, 38%, 40%, 42%, 44%, 46%, 48%, 50%, 52%, 54%, 56%, 58%, 60%, 62%, 64%, 66%, 68%, 70%, 72%, 74%, 76% , 78%, 80%, 82%, 84%, 86%, 88%, 90%, 92%, 94%, 96%, or 98%, and the upper limit is 100%, 98%, 96%, 94%, 92%, 90%, 88%, 86%, 84%, 82%, 80%, 78%, 76%, 74%, 72%, 70%, 98%, 66%, 64%, 62% , 60%, 58%, 56%, 54%, 52%, 50%, 48%, 46%, 44%, 42%, 40%, 38%, 36%, 34%, 32%, 30%, 28 %, 26%, 24% or 2
  • the rate of change in the tensile breaking strength is greater than or greater than any one of the above-described lower limits, or greater than or greater than any one of the above-described lower limits and less than any one of the above-described upper limits. Or it may be within the following range.
  • the thickness of the molded body can be adjusted to an appropriate level depending on the purpose, and is not greatly limited.
  • the lower limit of the thickness of the molded body may be about 100 ⁇ m, 500 ⁇ m, 1,000 ⁇ m, 1,500 ⁇ m, or 2,000 ⁇ m
  • the upper limit is 100 mm, 95 mm, 90 mm, 85 mm, 80 mm, 75 mm.
  • the thickness is above or above any one of the above-described lower limits, below or below any one of the above-described upper limits, or above or above any one of the above-described lower limits while simultaneously being above or above any one of the above-described lower limits. It may be within a range that is below or below any of the upper limits described.
  • the engraved portion or the anode portion may have a certain level of tensile breaking strength.
  • the lower limit of the tensile breaking strength of the concave or embossed portion of the molded body is 50 MPa, 52 MPa, 54 MPa, 56 MPa, 58 MPa, 60 MPa, 62 MPa, 64 MPa, 66 MPa, 68 MPa.
  • the tensile breaking strength is in a range that is above or above any one of the above-described lower limits, or is above or above any one of the above-described lower limits and is below or below any one of the above-described upper limits. It may be within.
  • the molded body can be used for various purposes, examples of which include insulators.
  • An insulating material is a material that can block the spread of heat or flame generated from one point or part to another point or part.
  • the molded body includes pores formed inside, has stable and uniform mechanical properties, and can be stably used as an insulating material.
  • the insulating material may include at least the plate-shaped molded body described above.
  • the insulation material may be composed of only the plate-shaped molded body, or may include the plate-shaped molded body and other necessary materials.
  • Information about the plate-shaped molded body included in the insulation material for example, information about the resin component and filler component, the absolute value of the difference in tensile breaking strength between the engraved portion and the embossed portion, the ratio of change in tensile breaking strength compared to the fabric, The standard deviation of the tensile breaking strength of each of the upper, middle and lower parts obtained by dividing into three parts and the thickness of the plate-shaped molded body can be equally applied to the above-mentioned contents.
  • the present application also relates to a method for manufacturing the said molded body.
  • the manufacturing method of the present application may include the step of molding a sheet or film containing the resin component and the filler component to manufacture a molded body having a concavo-convex shape including the intaglio portion and the anode portion.
  • Pores may be created inside the molded body (particularly at the interface between the resin component and the filler component) by the pressure applied to form the concavo-convex shape.
  • the sheet or film containing the resin component and filler component may be the fabric described above.
  • Such a fabric can be manufactured by applying a material containing the resin component and filler component to a known molding process, such as an extrusion process.
  • the specific types and mixing ratios of the resin component and filler component used in manufacturing the fabric are the same as those described in the molded article.
  • This fabric may be in the form of a sheet or film as described above.
  • the thickness of the fabric can be adjusted to an appropriate level depending on the purpose, and this is not greatly limited.
  • the lower limit of the thickness of the fabric may be about 100 ⁇ m, 500 ⁇ m, 1,000 ⁇ m, 1,500 ⁇ m, or 2,000 ⁇ m
  • the upper limit is 100 mm, 95 mm, 90 mm, 85 mm, 80 mm, 75 mm.
  • the thickness is above or above any one of the above-described lower limits, below or below any one of the above-described upper limits, or above or above any one of the above-described lower limits while simultaneously being above or above any one of the above-described lower limits. It may be within a range that is below or below any of the upper limits described.
  • a molding step of forming the concavo-convex shape is performed using the fabric.
  • a mold 3000 having an engraving corresponding to the desired concave-convex shape is used.
  • the concave shape of the mold may be determined according to the concavo-convex shape.
  • the step of placing the fabric 1000 on the upper part of the mold 3000 and applying a suction force (applying a suction force in the L direction in FIG. 2) to the fabric from the lower part of the mold 3000 is performed. You can.
  • pressure can be applied from the top of the fabric at the same time as applying the suction force as described above (direction U in FIG. 2).
  • the pressure from the top may or may not be applied to the fabric in the molding step, but it is appropriate from the viewpoint of maintaining uniform physical properties of the molded body.
  • the application of pressure from the top can be performed using an additional mold 4000 (hereinafter referred to as a second mold). That is, prepare a second mold 4000 having a positive shape corresponding to the negative engraving of a mold having a negative engraving corresponding to the above-described concavo-convex shape, and as shown in FIGS. 3 and 4, the second mold 4000 The pressure can be applied by moving toward the fabric 1000 and pressing the fabric 1000.
  • a second mold an additional mold 4000
  • the application of pressure from the top may be performed by spraying gas from the top of the fabric.
  • FIG. 5 An example of this is shown in Figure 5. As shown in Figure 5, after forming a closed space by covering the cover 5000, etc., the pressure can be applied by gas (U) such as air from the top.
  • gas (U) such as air from the top.
  • the temperature of the fabric for example, the surface temperature of the fabric
  • the temperature of the fabric can be adjusted. Specifically, the temperature of the fabric can be adjusted so that the absolute value of ⁇ T according to Equation 1 below is within a predetermined range. .
  • ⁇ T 100 ⁇ (Ts - Tg)/Tg
  • Ts is the surface temperature of the fabric in the molding step
  • Tg is the glass transition temperature of the resin component
  • the upper limits of the absolute value of ⁇ T are 50%, 48%, 46%, 44%, 42%, 40%, 38%, 36%, 34%, 32%, 30%, 28%, 26. %, 24%, or 22%, and the lower limit may be 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, or 30%.
  • ⁇ T in Equation 1 is above or above any one of the above-described lower limits, below or below any of the above-described upper limits, or above any one of the above-described lower limits, or It may be within a range that is both above and below or below any of the above-described upper limits.
  • the surface temperature (Ts) of the fabric may be higher or lower than the glass transition temperature of the resin component as long as it satisfies the range of the absolute value of ⁇ T in Equation 1 above.
  • the method of controlling the surface temperature of the fabric can be adjusted using a known heater such as a ceramic heater or coil heater.
  • the relationship between the suction force applied from the bottom of the fabric and the pressure applied from the top of the fabric can be adjusted in the process.
  • the suction from the lower part and the application of pressure from the upper part can be controlled so that the absolute value of ⁇ P according to Equation 2 below is within a predetermined range.
  • ⁇ P 100 ⁇ (P U - P L )/P L
  • Equation 2 P U is the pressure applied to the fabric by the pressure applied from the upper part of the fabric in the forming step, and P L is the pressure applied to the fabric by suction from the lower part of the fabric.
  • the upper limit of the absolute value of ⁇ P in Equation 2 is 100%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, It may be around 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15% or 5%, with the lower limit being 0%, 5%, 10%, 15%, 20 25%, 30%, It might be 35%, 40%, 45%, 50%, 55% or 60%.
  • ⁇ P in Equation 2 is above or above any one of the above-described lower limits, below or below any of the above-described upper limits, or above any one of the above-described lower limits, or It may be within a range that is both above and below or below any of the above-described upper limits.
  • the force P U in Equation 2 means the net load applied to the fabric when only the suction force is applied, and P L means the instantaneous load applied to the fabric when only the pressure is applied.
  • ⁇ P in Equation 2 above may be a positive number or a negative number as long as its absolute value satisfies the above range.
  • the lower limit of the pressure (P L in Equation 2) applied to the fabric by suction applied from the lower part of the fabric is 100 gf/cm 2 , 150 gf/cm 2 , 200 gf/cm 2 , 250 gf/cm 2 , 300 gf/cm 2 , 350 gf/cm 2 , 400 gf/cm 2 , 450 gf/cm 2 , 500 gf/cm 2 , 550 gf/cm 2 , 600 gf/cm 2 or 650 gf/cm 2 , It may be about 2000 gf/cm 2 , 1900 gf/cm 2 , 1800 gf/cm 2 , 1700 gf/cm 2 , 1600 gf/cm 2 , 1500 gf/cm 2 , 1400 gf/cm 2 , 1300 gf/cm 2 , 1200 gf/cm 2 , 1100
  • the force is above or above any one of the above-described lower limits, is below or below any one of the above-described upper limits, or is above or above any one of the above-described lower limits while simultaneously being above. It may be within a range that is below or below any of the upper limits described.
  • the molded body of the present application can be manufactured.
  • the method of the present application may further include any steps necessary in addition to the above process.
  • a step of fixing the molded shape through a cooling process or the like may be additionally performed after the forming step.
  • This application can provide a plate-shaped molded body, a manufacturing method thereof, and a use of the plate-shaped molded body.
  • a plate-shaped molded body including a concavo-convex shape having an engraved portion and an embossed portion and having pores formed therein, a method of manufacturing the plate-shaped molded body, and a use of the plate-shaped molded body can be provided.
  • the plate-shaped molded body as described above can be provided with uniform mechanical properties.
  • Figure 1 is a diagram for explaining a method of dividing a molded body into three parts.
  • 2 to 5 are diagrams for explaining the manufacturing method of the molded body of the present application.
  • Figure 6 is a photograph of the molded body manufactured in Example.
  • Figure 13 is a photograph to explain the sampling area of the specimen for measuring tensile breaking strength.
  • a molded body having a concavo-convex shape having an engraved shape 100 and an embossed shape 200 was manufactured.
  • the molded body in FIG. 6 is in the form of a rectangular plate, with a horizontal length of about 608 mm, a vertical length of about 308 mm, and a thickness of about 2 mm.
  • the fabric was manufactured.
  • the fabric is made by extruding a material in which mPPO (Modified PPO (Polyethylene oxide)), a resin component, and glass fiber (glass fiber), a filler component, are mixed at a weight ratio of 8:2 (mPPO: filler component). It was manufactured to a thickness of about mm.
  • the resin component, mPPO had a glass transition temperature of about 145°C, and the glass fiber had a cross-sectional diameter of about 12.5 ⁇ m and an aspect ratio of about 24.
  • the molded body of Figure 6 was manufactured using the above fabric in the following manner. As shown in FIG. 3, the fabric 1000 was placed on the first mold 3000 in which an intaglio corresponding to the concavo-convex shape of the molded body was formed. Additionally, a second mold 4000 in which an embossed shape corresponding to the concavo-convex shape was formed was placed on the fabric 1000.
  • the temperature of the surface of the fabric was maintained at about 195°C using a ceramic heater.
  • the ceramic heater was located inside the temperature increasing equipment, and the temperature was raised to the target temperature through temperature control of a PLC (Programmable Logic Controller) system while the ceramic heater was placed on top of the fabric. Whether the surface temperature of the fabric was controlled to the desired temperature was confirmed using a non-contact infrared thermometer.
  • suction (L) is performed at the lower part of the first mold 3000 as shown in FIG. 3, and at the same time, the second mold 4000 is moved to the lower part to form a mold as shown in FIG. 4. Pressure was applied to the fabric in the form of
  • suction (L) was performed with the gauge of the equipment open to 100%.
  • the vacuum flow is about 1 atmosphere, and in this case, the instantaneous load applied to the fabric is about 690.2 gf/cm 2 (applied load about 1000 kg).
  • the pressing force of the second mold 4000 was applied to the fabric at a level of approximately 274.4 gf/cm 2 (applied load level of approximately 500 kg).
  • the state of the first mold 3000 and the second mold 4000 as shown in FIG. 4 was maintained for about 10 seconds, and the temperature of the molded body (fabric) 1000 was reduced to about 40° C. to perform a cooling process.
  • the first and second molds 3000 and 4000 were separated, and the molded body was recovered.
  • a molded body having the same shape as that manufactured in Example 1 was manufactured using the same fabric as Example 1 in the following manner.
  • the fabric 1000 was placed on the first mold 3000 in which an engraving corresponding to the engraved shape of the desired molded body was formed, and a cover 5000 was covered to form a closed space.
  • the temperature of the surface of the fabric was maintained at about 175°C using a coil heater.
  • the heater was located inside the temperature increasing equipment, and the temperature was raised to the target temperature through temperature control of a PLC (Programmable Logic Controller) system while the heater was placed on top of the fabric. Whether the surface temperature of the fabric was controlled to the desired temperature was confirmed using a non-contact infrared thermometer.
  • PLC Programmable Logic Controller
  • suction was performed on the lower part of the first mold 3000, and air pressure was applied on the upper part of the fabric 1000.
  • the suction was performed in the same manner as in Example 1, and the pneumatic pressure was such that the load applied to the fabric was about 548.7 gf/cm 2 (applied load about 1000 kg).
  • the temperature was reduced to less than 40°C and a cooling process was performed to manufacture a molded body.
  • a molded body was manufactured in the same manner as in Example 2, but the surface temperature of the fabric was maintained at about 195°C using a coil heater as in Example 2. Except for the above details, a molded body was manufactured in the same manner as in Example 2.
  • a molded body was manufactured in the same manner as in Example 2, but the process was carried out by maintaining the surface temperature of the fabric at about 195°C. Except for the above details, a molded body was manufactured in the same manner as in Example 2.
  • a molded body was manufactured in the same manner as in Example 1, but the process was carried out while maintaining the surface temperature of the fabric at about 175°C using a coil heater. Except for the above details, a molded body was manufactured in the same manner as in Example 1.
  • a molded body was manufactured in the same manner as in Example 1, but the process was performed without applying pressure using the second mold.
  • the cross-section of the molded body was photographed with a SEM (Scanning Electron Microscope) equipment (JEOL, JSM-7800F model) to evaluate the moldability.
  • the molded body was cross-sectioned with the TXP pretreatment equipment and then photographed with the SEM equipment.
  • BED-C observation mode was applied, and the magnification, working distance, and acceleration voltage were set to 100 times, 15 mm (Working Distance), and 15.0 kV, respectively.
  • 7 to 12 show the results for Examples 1 to 6, respectively.
  • pores were formed inside the molded body by the process of the example. These pores are mainly formed at the interface between the resin component and the filler component, and it can be seen that the density of the pores varies depending on the molding conditions.
  • the porosity of the molded body was confirmed by analyzing the SEM image obtained in Test Example 1 using an analysis tool (Geodict software, Trinity Engineering).
  • the analysis tool (Geodict software) is software that can identify material properties through multi-scale 2D and 3D image processing, material modeling, visualization, and property analysis. Input the SEM image obtained in Test Example 1 into the analysis tool, first apply a correction filter (Non-local Means Filter), and secondly distinguish pores, resin components, and filler components through the difference in gray value, and determine porosity. Confirmed.
  • Image Filter of Geodict analysis tool includes Non-Local Means Filter, Median Filter, Mean Filter, Gauss Filter, Sharpen Filter, Morphological Filter, H-Minima Transform Filter, Compute Gradient Filter, Watershed Filter, and User Defined Filter.
  • Non-Local Means Filter was applied.
  • the applied Non-Local Means Filter is a filter that can remove noise from the SEM image, and can easily distinguish components in the image because it can blur rough surfaces.
  • the boundaries of the Gray Value were determined to distinguish between resin components, pores, and filler components.
  • the gray value range of the material components in the SEM image is divided within the gray value range of 0 to 255.
  • the Gray Value range of 0 to 31 can be divided into pores
  • the Gray Value range of 32 to 95 can be divided into a resin component
  • the Gray Value range of 96 to 255 can be divided into a filler component.
  • the porosity for each condition was compared based on it.
  • thermal conductivity was evaluated using the analysis tool (Geodict software, Trinity Engineering) based on the type and ratio of the applied resin component and filler component and the analyzed porosity.
  • the plate-shaped molded body manufactured in the Example or Comparative Example was cut into three equal lengths in the longitudinal direction (arrow direction in Figure 10) to produce upper, middle, and lower specimens, and then the tensile breaking strength was measured for each part. evaluated. At this time, the cutting of the specimen was performed using the water jet process to prevent cracking of the edge portion.
  • specimens were obtained from the engraved portion (rectangle filled with dots in FIG. 13) and the embossed portion (rectangle filled with hatched lines in FIG. 13) of the molded body, and the same as above in the upper, middle, and lower portions, respectively. I got a psalm. At this time, the specimen was cut so that the horizontal length was approximately 45 mm and the vertical length was approximately 12.5 mm. When cutting the specimen, the specimen was cut so that the TD (Transverse direction) direction of the molded body was horizontal. The TD direction is the direction based on the extrusion process for manufacturing the fabric. Using the above method, four specimens (a total of eight specimens) were collected from the engraved and embossed parts of the upper part, and the same specimens were collected from the middle and lower parts.
  • the tensile breaking strength of the specimens was evaluated.
  • Tensile breaking strength was measured at room temperature (about 25°C) using UTM (Universal Testing Machine) equipment. The specimen was fixed to the equipment at approximately 8 mm at both ends in the transverse direction, and the strength at the point when the specimen fractured was measured while being stretched in the transverse direction, and was taken as the tensile breaking strength. The stretching was performed at a constant rate of about 50 mm/sec.
  • the strength (MPa) is the tensile breaking strength, which is the average value of the tensile breaking strength measured for specimens taken from the top, middle, and bottom portions, respectively.
  • the deviation is the ratio of the average value and the tensile breaking strength of the fabric, which is a value calculated as 100 ⁇ S S / S R when the tensile breaking strength of the fabric is S R and the average value is S S am.

Landscapes

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Abstract

본 출원은, 판상 성형체, 그 제조 방법 및 상기 판상 성형체의 용도를 제공할 수 있다. 본 출원에서는, 음각 부위와 양각 부위를 가지는 요철 형상을 포함하고, 내부에 기공이 형성되어 있는 판상 성형체, 그 판상 성형체의 제조 방법 및 그 판상 성형체의 용도를 제공할 수 있다. 본 출원에서는, 상기와 같은 판상 성형체를 균일한 기계적 물성을 가진 상태로 제공할 수 있다.

Description

성형체
본 출원은, 성형체, 그 제조 방법 및 상기 성형체의 용도에 대한 것이다.
기공을 포함하는 소재는 다양한 용도에 이용될 수 있다.
예를 들어, 상기와 같은 소재는, 제품에서 발생하는 열을 처리하는 소재로 사용될 수 있다. 상기와 같이 제품에서 발생하는 열을 처리하는 기술의 중요성은 점점 더 커지고 있다.
열을 발생시키는 소자(발열 소자)가 모여서 구성된 제품에서 열을 처리하는 것이 필요하다. 예를 들어서, 배터리 모듈이나 배터리 팩은 복수의 배터리셀들 또는 복수의 배터리 모듈들을 포함하고, 이들은 상대적으로 서로 인접하여 위치된다. 따라서, 어느 하나의 배터리셀이나 배터리 모듈에서 발생한 열은 인접하는 다른 소자에 영향을 미치고, 경우에 따라서는 연쇄 발화나 연쇄 폭발 등의 문제를 유발할 수 있다.
따라서, 이러한 제품에서는 어느 하나의 소자에서 발생한 열이나 폭발 또는 화재 등이 인접하는 다른 소자에 영향을 미치지 않도록 하는 것이 필요하다.
본 출원은, 판상 성형체, 그 제조 방법 및 상기 판상 성형체의 용도를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 출원에서는, 음각 부위와 양각 부위를 가지는 요철 형상을 포함하고, 내부에 기공이 형성되어 있는 판상 성형체, 그 판상 성형체의 제조 방법 및 그 판상 성형체의 용도를 제공하는 것을 주요한 목적으로 한다. 본 출원에서는, 상기와 같은 판상 성형체를 균일한 기계적 물성을 가진 상태로 제공하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.
본 출원은 성형체에 대한 것이다. 상기 성형체는, 열가소성 수지와 같은 플라스틱을 원료로 하여 원하는 소정의 형상을 가지도록 제조된 것일 수 있다. 하나의 예시에서 상기 성형체는 판상 성형체일 수 있다.
상기 성형체는, 적어도 수지 성분과 필러 성분을 포함할 수 있다.
상기 성형체는, 내부에 형성된 기공을 포함한다. 이러한 기공은, 상기 성형체 내부에서 적어도 상기 수지 성분과 필러 성분의 계면에 형성되어 있을 수 있다. 본 출원의 성형체는 후술하는 바와 같이 수지 성분과 필러 성분을 포함하는 원단에 압력을 가하여 요철 형상을 형성하는 성형 단계를 거쳐서 제조한다. 이 때 원단 내에 포함된 필러 성분의 종류 및/또는 상기 성형 단계의 조건의 조절을 통해서 성형체 내부에 기공을 형성시킬 수 있고, 특히 수지 성분과 필러 성분의 사이의 계면에 상기 기공을 형성시킬 수 있다. 이러한 방식은, 기존에 발포 공정 등을 통해서 기공을 형성하는 것과는 다른 방식이다.
상기와 같은 성형체의 기공도가 목적에 따라서 적정 범위로 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 성형체의 기공도의 하한은, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 또는 50% 정도일 수 있고, 그 상한은, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20% 또는 15% 정도일 수 있다. 기공도는, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 동시에 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하인 범위 내에 있을 수 있다. 상기 기공도는 후술하는 실시예 항목에서의 방법으로 구할 수 있다.
성형체에 포함되는 수지 성분의 종류에는 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 성형 가능한 것으로 알려진 수지 성분 중에서 필요한 종류를 적절하게 선택하여 사용하면 된다. 예를 들어, 상기 수지 성분은 열가소성 폴리머를 포함할 수 있다. 이 과정에서 적용 가능한 열가소성 폴리머의 종류에는 다양한 결정성 혹은 비결정성 폴리머가 포함되며, 그 예에는 PP(polypropylene) 또는 PE(polyethylene) 등과 같은 폴리올레핀 계열의 폴리머, mPPO(Modified PPO(Polyethylene oxide)) 등과 같은 폴리알킬렌옥시드 계열의 폴리머, PA(polyamide) 등의 폴라아마이드 계열의 폴리머, POM(polyoxymethylene) 등의 아세탈 계열의 폴리머, PC(polycarbonate), PBT(polybutylene terephthalate) 또는 PET(polyethylene terephthalate) 등의 폴리에스테르 계열의 폴리머, PMMA(poly(methyl methacrylate)) 등의 아크릴 계열의 폴리머, PS(polystyrene)이나 ABS(Acrylonitrile butadiene styrene) 등의 폴리스티렌 계열의 폴리머 등이 예시될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
수지 성분은 종류에 따라서 고유의 유리전이온도(Tg)를 가질 수 있다. 특별히 제한되는 것은 아니지만, 본 출원에서 적용되는 상기 수지 성분의 유리전이온도의 하한은, 50℃, 55℃, 60℃, 65℃, 70℃, 75℃, 80℃, 85℃, 90℃, 95℃, 100℃, 105℃, 110℃, 115℃, 120℃, 125℃, 130℃, 135℃, 140℃ 또는 145℃ 정도일 수 있고, 그 상한은, 500℃, 450℃, 400℃, 350℃, 300℃, 250℃, 200℃ 또는 150℃ 정도일 수 있다. 수지 성분의 유리전이온도는, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 동시에 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하인 범위 내에 있을 수 있다.
성형체 내에서 상기 수지 성분의 비율에는 특별한 제한은 없고, 목적에 따라 적정한 비율로 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 성형체 내의 상기 수지 성분의 비율의 하한은, 50 중량%, 55 중량%, 60 중량%, 65 중량%, 70 중량%, 75 중량%, 80 중량%, 85 중량%, 90 중량% 또는 95 중량% 정도일 수 있고, 그 상한은, 100 중량%, 95 중량%, 90 중량%, 85 중량%, 80 중량%, 75 중량%, 70 중량%, 65 중량%, 60 중량% 또는 55 중량% 정도일 수 있다. 수지 성분의 비율은, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 동시에 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하인 범위 내에 있을 수 있다.
상기 성형체는 추가 성분으로서 필러 성분을 포함할 수 있다. 이러한 필러 성분은, 예를 들면, 보강재로서 포함될 수 있다.
적용될 수 있는 필러 성분의 예에는 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 글래스 필러, 탄소 필러 및/또는 실리카 필러 등과 같은 유기 필러 또는 무기 필러 또는 유무기 필러를 적용할 수 있다.
상기 필러의 형상에도 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 상기 필러는 입자상(구형, 각형, 비정형 또는 기타 형상의 입자상 필러) 필러, 판상 필러 또는 섬유상 필러일 수 있다.
상기와 같은 필러의 크기의 하한은, 예를 들면, 1 μm, 5 μm 또는 10 μm 정도일 수 있고, 상한은, 100 μm, 95 μm, 90 μm, 85 μm, 80 μm, 75 μm, 70 μm, 65 μm, 60 μm, 55 μm, 50 μm, 45 μm, 40 μm, 35 μm, 30 μm, 25 μm, 20 μm 또는 15 μm 정도일 수 있다. 상기 필러의 크기는, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 동시에 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하인 범위 내에 있을 수 있다.
상기 필러의 크기는, 상기 필러가 입자상인 경우에 해당 필러의 평균 직경(D50 입경으로도 메디안 직경)일 수 있고, 판상인 경우에 해당 필러의 두께 또는 필러의 두께 방향과 수직한 방향에서의 장변 또는 단변일 수 있고, 섬유상인 경우에 필러의 단면의 직경일 수 있다.
하나의 예시에서 상기 필러는 섬유상 필러일 수 있다. 섬유상 필러를 적용하는 경우에 상기 필러의 종횡비에 의해서 후술하는 성형 공정에서 더 효율적으로 기공을 형성할 수 있다. 또한, 섬유상 필러는, 상기 종횡비를 통해서, 성형체의 제조 과정에서 배향성을 나타내고, 그에 따라 가해지는 압력에 따라서 적합한 형태의 기공을 효과적으로 형성할 수 있다.
섬유상 필러의 경우, 상기 필러의 종횡비(aspect ratio)의 하한은, 3, 5, 7, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 또는 24 정도일 수 있고, 그 상한은, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30 또는 25 정도일 수 있다. 상기 종횡비는, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 동시에 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하인 범위 내에 있을 수 있다. 섬유상 필러의 종횡비는 상기 필러의 길이를 상기 필러의 단면의 직경으로 나눈 값이다.
섬유상 필러의 경우, 필러의 단면의 직경의 하한은, 예를 들면, 1 μm, 5 μm 또는 10 μm 정도일 수 있고, 상한은, 100 μm, 95 μm, 90 μm, 85 μm, 80 μm, 75 μm, 70 μm, 65 μm, 60 μm, 55 μm, 50 μm, 45 μm, 40 μm, 35 μm, 30 μm, 25 μm, 20 μm 또는 15 μm 정도일 수 있다. 상기 섬유상 필러의 단면의 직경은, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 동시에 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하인 범위 내에 있을 수 있다.
성형체 내에서 상기 필러 성분의 상기 수지 성분 100 중량부 대비 중량 비율의 하한은, 1 중량부, 5 중량부, 10 중량부, 15 중량부, 20 중량부 또는 25 중량부 정도일 수 있고, 그 상한은, 100 중량부, 95 중량부, 90 중량부, 85 중량부, 80 중량부, 75 중량부, 70 중량부, 65 중량부, 60 중량부, 55 중량부, 50 중량부, 45 중량부, 40 중량부, 35 중량부, 30 중량부 또는 25 중량부 정도일 수 있다. 상기 필러 성분의 중량 비율은, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 동시에 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하인 범위 내에 있을 수 있다. 또한, 목적하는 물성을 고려하여 상기 필러 성분의 중량 비율은 상기 기술한 범위 내외에서 변경될 수도 있다.
상기 성분을 포함하는 본 출원의 성형체는, 판상 성형체일 수 있고, 또한 양각 부위와 음각 부위를 포함하여 형성되어 있는 요철 형상을 가지는 성형체일 수도 있다.
상기 요철 형상의 구체적인 형태, 예를 들면, 음각이나 양각 형상의 깊이 내지 높이, 면적, 형태 및/또는 개수 등에는 특별한 제한이 없으며, 성형체가 적용되는 용도를 고려하여 적정한 형태의 요철 형상이 적용될 수 있다.
요철 형상을 가지며, 필러 성분을 포함하는 성형체를 제조하는 기존의 성형 방법의 대표적인 예에는 사출 성형 등이 있다. 이러한 기존 방법에서는 성형 과정에서 가급적 내부에 기공이 발생하지 않도록 성형체의 제조 조건을 제어한다. 이는 성형 과정에서 내부에 기공이 발생하는 경우에 성형체의 기계적 물성이 저하되고, 기공이 불균일하게 형성될 경우에 성형체의 기계적 물성도 부위별로 불균일하게 나타나기 때문이다.
그렇지만, 본 출원에서는 후술하는 성형 공정에서 적극적으로 기공이 형성될 수 있도록 조건을 조절한다. 또한, 그 과정에서 성형 조건의 조절을 통해서 성형체가 전체적으로 균일하고, 안정적인 기계적 물성을 나타내도록 할 수 있다.
예를 들면, 본 출원의 판상 성형체가 제 1 방향으로 형성된 변을 가지는 경우에 상기 제 1 방향의 변과 수직한 방향으로 상기 성형체를 3등분하여 얻어지는 상단부, 중단부 및 하단부 각각의 인장 파단 강도의 표준 편차가 일정 수준 이하로 제어될 수 있다.
상기 제 1 방향은, 판상 성형체를, 상기 성형체의 두께 방향을 따라서 관찰하였을 때에 확인되는 성형체의 임의의 변과 평행한 방향이다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 상기 성형체가 도 1과 같이 직사각형의 형태라면, 해당 직사각형의 가로변(100) 또는 세로변(200)의 방향이 상기 제 1 방향이 될 수 있다. 도 1에서는 상기 세로변(200)을 제 1 방향으로 하여 상기 제 1 방향의 변과 수직한 방향으로 상기 성형체를 3등분하여 상단부(U), 중단부(M) 및 하단부(L)를 규정한 결과가 점선으로 표시되어 있다. 경우에 따라서 상기 성형체의 변이 직선 형태가 아닌 경우에는, 해당 변의 양 끝점(도 1의 경우 2001, 2002)을 잇는 가상의 직선의 방향을 상기 제 1 방향으로 할 수 있다.
상기에서 상기 제 1 방향을 따라서 성형체를 3등분한다는 것은, 상기 상단부(U), 중단부(M) 및 하단부(L)가 동등한 면적을 가지도록 성형체를 분할한다는 것을 의미할 수 있다.
한편, 상기 표준 편차는, 상기 상단부, 중단부 및 하단부의 인장 파단 강도를 각각 SU, SM, SL이라고 하고, 그 산술 평균을 A라고 하였을 때에 {[(SU-A)2+(SM-A)2+(SL-A)2]/3}0.5로 계산되는 값이다.
적절한 예시에서 상기 상단부, 중단부 및 하단부 각각의 인장 파단 강도의 표준 편차의 상한은, 100, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15 또는 10 정도일 수 있고, 그 하한은, 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12 또는 14 정도일 수 있다. 상기 표준 편차는, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 동시에 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하인 범위 내에 있을 수 있다.
본 명세서에서 말하는 인장 파단 강도의 측정 방법은 실시예에 정리되어 있다. 상기 인장 파단 강도는, 가로의 길이가 약 45 mm이고, 세로의 길이가 약 12.5 mm가 되도록 재단된 시편에 대해서 UTM(Universal Testing Machine) 장비를 사용하여 상온(약 25℃)에서 수행할 수 있다.
상기 시편의 가로는 원단의 MD(Machine Direction) 또는 TD(Transverse Direction)와 평행한 방향일 수 있다. 상기에서 MD 및 TD는 후술하는 원단의 MD 및 TD 방향을 의미하고, 이는 원단을 제조하는 압출 과정에서의 MD 및 TD 방향을 의미한다.
상기 장비에 상기 시편의 가로 방향의 양 끝단을 약 8 mm씩 고정하고, 상기 가로 방향으로 시편을 약 50 mm/sec의 속도로 인장하면서 시편이 파단되는 시점에서의 강도를 측정하고, 상기 강도를 인장 파단 강도로 한다.
본 출원의 성형체는, 또한 원단이 가지는 물성 대비 일정 비율 이상의 물성을 가지도록 제조될 수 있다. 상기에서 원단은, 상기 요철 형상을 가지는 성형체를 제조하기 위해 적용되는 필름 또는 시트 형태의 재료를 의미한다. 즉, 본 출원의 성형체를 제조하는 과정은, 상기 수지 성분과 필러 성분을 포함하는 재료를 압출 공정에 적용하여 판재(시트 또는 필름)를 제조하고, 이 판재에 요철 부위를 형성하는 성형 단계를 포함할 수 있다. 상기 성형 과정에서 가해지는 압력에 의해서 판재의 내부에 수지 성분과 필러 성분의 계면에 기공이 발생하게 되면, 최종 성형체의 물성은 종전 판재의 물성과는 다르게 나타낼 수 있으며, 이 때 원단과 성형체의 물성의 편차는 가급적 작게 유지되는 것이 좋다. 본 출원의 방법이 적용되면, 상기 원단의 물성의 변화를 적정 수준으로 제어할 수 있다.
예를 들면, 상기 성형체는 상기 원단 대비 인장 파단 강도의 변화 비율이 소정 범위 이상일 수 있다. 상기에서 원단 대비 인장 파단 강도의 변화 비율은, 상기 원단의 인장 파단 강도를 SR이라고 하고, 상기 성형체의 인장 파단 강도를 SS라고 하였을 때에 100×SS/SR로 계산되는 값이고, 그 단위는 %이다. 또한, 상기에서 성형체의 인장 파단 강도 SS는, 상기 성형체의 음각 부위 또는 양각 부위의 인장 파단 강도이거나, 또는 상기 음각 부위와 양각 부위의 인장 파단 강도의 산술 평균일 수 있다.
상기 성형체에서 상기 인장 파단 강도의 변화 비율의 하한은, 20%, 22%, 24%, 26%, 28%, 30%, 32%, 34%, 36%, 38%, 40%, 42%, 44%, 46%, 48%, 50%, 52%, 54%, 56%, 58%, 60%, 62%, 64%, 66%, 68%, 70%, 72%, 74%, 76%, 78%, 80%, 82%, 84%, 86%, 88%, 90%, 92%, 94%, 96% 또는 98% 정도일 수 있고, 그 상한은, 100%, 98%, 96%, 94%, 92%, 90%, 88%, 86%, 84%, 82%, 80%, 78%, 76%, 74%, 72%, 70%, 98%, 66%, 64%, 62%, 60%, 58%, 56%, 54%, 52%, 50%, 48%, 46%, 44%, 42%, 40%, 38%, 36%, 34%, 32%, 30%, 28%, 26%, 24% 또는 22% 정도일 수 있다. 상기 인장 파단 강도의 변화 비율은, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 이상이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 동시에 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하인 범위 내에 있을 수 있다.
성형체의 두께는 목적에 따라서 적정 수준으로 조절될 수 있으며, 이는 크게 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 성형체의 두께의 하한은, 100 μm, 500 μm, 1,000 μm, 1,500 μm 또는 2,000 μm 정도일 수 있고, 그 상한은, 100 mm, 95 mm, 90 mm, 85 mm, 80 mm, 75 mm, 70 mm, 65 mm, 60 mm, 55 mm, 50 mm, 45 mm, 40 mm, 35 mm, 30 mm, 25 mm, 20 mm, 15 mm, 10 mm, 8 mm, 6 mm, 4 mm 또는 2 mm, 정도일 수 있다. 상기 두께는, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 동시에 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하인 범위 내에 있을 수 있다.
상기 성형체에서 상기 음각 부위 또는 양극 부위는 일정한 수준의 인장 파단 강도를 가질 수 있다.
예를 들면, 상기 성형체의 상기 음각 부위 또는 양각 부위의 인장 파단 강도의 하한은, 50 MPa, 52 MPa, 54 MPa, 56 MPa, 58 MPa, 60 MPa, 62 MPa, 64 MPa, 66 MPa, 68 MPa, 70 MPa, 72 MPa, 74 MPa, 76 MPa, 78 MPa, 80 MPa, 82 MPa 또는 84 MPa 정도일 수 있고, 그 상한은, 1000 MPa, 950 MPa, 900 MPa, 850 MPa, 800 MPa, 750 MPa, 700 MPa, 650 MPa, 600 MPa, 550 MPa, 500 MPa, 450 MPa, 400 MPa, 350 MPa, 300 MPa, 250 MPa, 200 MPa, 150 MPa, 100 MPa 또는 90 MPa 정도일 수 있다. 상기 인장 파단 강도는, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 이상이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 동시에 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하인 범위 내에 있을 수 있다.
상기 성형체는 다양한 용도에 사용될 수 있고, 그 예에는 단열재(Insulator)가 있다. 단열재는 어느 지점 또는 부품에서 발생하는 열 내지 화염의 다른 지점 또는 부품으로의 전파를 차단할 수 있는 소재이다. 상기 성형체는 내부에 형성된 기공을 포함하고, 안정적이고 균일한 기계적 물성을 가져서 단열재로서 안정적으로 사용될 수 있다.
상기 단열재는, 전술한 판상 성형체를 적어도 포함할 수 있다. 단열재는 상기 판상 성형체로만 구성되거나, 혹은 상기 판상 성형체와 필요한 다른 소재를 함께 포함할 수 있다.
상기 단열재에 포함되는 상기 판상 성형체에 대한 내용, 예를 들면, 수지 성분과 필러 성분에 대한 내용이나, 음각 부위와 양각 부위의 인장 파단 강도의 차이의 절대값, 원단 대비 인장 파단 강도의 변화 비율, 3등분하여 얻어지는 상단부, 중단부 및 하단부 각각의 인장 파단 강도의 표준 편차, 상기 판상 성형체의 두께에 대한 내용은 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
본 출원은 또한 상기 성형체를 제조하는 방법에 대한 것이다.
본 출원의 상기 제조 방법은, 상기 수지 성분과 상기 필러 성분을 포함하는 시트 또는 필름을 성형하여 상기 음각 부위와 양극 부위를 포함하는 요철 형상을 가지는 성형체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 요철 형상을 형성하기 위해서 가해지는 압력에 의해서 성형체의 내부(특히, 수지 성분과 필러 성분의 계면)에서 기공이 생성될 수 있다.
상기 수지 성분과 필러 성분을 포함하는 시트 또는 필름은, 전술한 원단일 수 있다. 이러한 원단은 상기 수지 성분과 필러 성분을 포함하는 재료를 공지의 성형 공정, 예를 들면, 압출 공정 등에 적용하여 제조할 수 있다. 상기 원단의 제조에 사용되는 수지 성분과 필러 성분의 구체적인 종류나 그 배합 비율은 상기 성형체에서 설명한 내용과 같다.
이러한 원단은, 전술한 바와 같이 시트상 또는 필름상일 수 있다.
이러한 경우에 상기 원단의 두께는 목적에 따라서 적정 수준으로 조절될 수 있으며, 이는 크게 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 원단의 두께의 하한은, 100 μm, 500 μm, 1,000 μm, 1,500 μm 또는 2,000 μm 정도일 수 있고, 그 상한은, 100 mm, 95 mm, 90 mm, 85 mm, 80 mm, 75 mm, 70 mm, 65 mm, 60 mm, 55 mm, 50 mm, 45 mm, 40 mm, 35 mm, 30 mm, 25 mm, 20 mm, 15 mm, 10 mm, 8 mm, 6 mm, 4 mm 또는 2 mm, 정도일 수 있다. 상기 두께는, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 초과 또는 이상이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 동시에 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하인 범위 내에 있을 수 있다.
본 출원에서 상기 원단을 사용하여 상기 요철 형상을 형성하는 성형 단계를 수행한다.
상기 성형 단계에서는 도 2에 나타난 바와 같이 원하는 요철 형상에 대응하는 음각을 가지는 몰드(3000)가 사용된다. 상기 몰드의 음각 형상은, 상기 요철 형상에 따라 정해질 수 있다.
상기 성형 단계에서는 상기 몰드(3000)의 상부에 상기 원단(1000)을 위치시키고, 상기 몰드(3000)의 하부에서 상기 원단에 흡인력(도 2의 L 방향으로 흡인력을 인가)을 가하는 단계가 수행될 수 있다.
상기 성형 단계에서는, 상기와 같이 흡인력을 가하는 것과 동시에 상기 원단의 상부에서 압력을 인가할 수 있다(도 2의 U 방향). 상기 상부로부터의 압력은 성형 단계에서 원단에 가해질 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있지만, 성형체의 물성을 균일하게 유지하는 관점에서는 가해지는 것이 적절하다.
가해지는 경우에 상기 원단(1000)의 상부로부터 힘을 가하는 방식에는 특별한 제한은 없다.
예를 들면, 도 3 및 4에 나타난 바와 같이, 상기 상부로부터의 압력의 인가는, 추가적인 몰드(4000)(이하, 제 2 몰드라고 부를 수 있다.)를 사용하여 수행할 수 있다. 즉, 상기 기술한 요철 형상에 대응하는 음각을 가지는 몰드의 상기 음각에 대응하는 양각 형상을 가지는 제 2 몰드(4000)를 준비하고, 도 3 및 4에 나타난 바와 같이, 상기 제 2 몰드(4000)를 원단(1000)을 향하여 이동시켜서 상기 원단(1000)을 프레스하는 방식으로 상기 압력을 인가할 수 있다.
다른 예시에서 상기 예를 들면, 상기 상부로부터의 압력의 인가는, 상기 원단 상부에서 기체를 분사하여 수행할 수도 있다.
이러한 예시는 도 5에 나타나 있다. 도 5에 나타난 바와 같이, 덮개(5000) 등을 덮어서 밀폐 공간을 형성한 후에 상부에서 공기 등의 기체(U)하여 상기 압력을 가할 수 있다.
상기 성형 단계에서 상기 원단의 온도, 예를 들면, 원단의 표면 온도가 조절될 수 있으며, 구체적으로는 하기 식 1에 따른 △T의 절대값이 소정 범위가 되도록 상기 원단의 온도가 조절될 수 있다.
[식 1]
△T = 100 ×(Ts - Tg)/Tg
식 1에서 Ts는 성형 단계에서 상기 원단의 표면 온도이고, Tg는 상기 수지 성분의 유리전이온도이다.
예를 들면, △T의 절대값의 상한은, 50%, 48%, 46%, 44%, 42%, 40%, 38%, 36%, 34%, 32%, 30%, 28%, 26%, 24% 또는 22% 정도일 수 있고, 그 하한은, 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25% 또는 30% 정도일 수 있다. 상기 식 1의 △T는, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 동시에 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하인 범위 내에 있을 수 있다.
상기 원단의 표면 온도(Ts)는 상기 식 1의 △T의 절대값의 범위를 만족하는 한, 수지 성분의 유리전이온도 대비 높거나 낮을 수 있다.
상기 원단의 표면 온도를 조절하는 방법에는 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 세라믹 히터 또는 코일 히터 등의 공지의 히터를 사용하여 조절할 수 있다.
또한, 상기 상부로부터의 힘이 가해지는 경우에 해당 과정에서 원단의 하부에서 가해지는 흡인력과 원단의 상부에서 가해지는 압력의 관계도 조절될 수 있다.
예를 들면, 상기 하부로부터의 흡인과 상부로부터의 압력의 인가는, 하기 식 2에 따른 △P의 절대값이 소정 범위가 되도록 제어될 수 있다.
[식 2]
△P = 100 ×(PU - PL)/PL
식 2에서 PU는 성형 단계에서 원단의 상부에서 가해지는 압력에 의해 상기 원단에 가해지는 압력이고, PL은, 상기 원단의 하부에서의 흡인에 의해서 상기 원단에 가해지는 압력이다.
예를 들면, 상기 식 2의 △P의 절대값의 상한은, 100%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15% 또는 5% 정도일 수 있고, 그 하한은, 0%, 5%, 10%, 15%, 20 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55% 또는 60% 정도일 수도 있다. 상기 식 2의 △P는, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 동시에 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하인 범위 내에 있을 수 있다.
식 2의 힘 PU는, 상기 흡인력만이 가해졌을 때에 상기 원단에 걸리는 순가 하중을 의미하고, PL은, 상기 압력만이 가해졌을 때에 상기 원단에 걸리는 순간 하중을 의미한다.
상기 식 2의 △P는, 그 절대값이 상기 범위를 만족하는 한, 양수일 수도 있고, 음수일 수도 있다.
상기에서 원단의 하부에서 가해지는 흡인에 의해 상기 원단에 가해지는 압력(식 2의 PL)의 하한은, 100 gf/cm2, 150 gf/cm2, 200 gf/cm2, 250 gf/cm2, 300 gf/cm2, 350 gf/cm2, 400 gf/cm2, 450 gf/cm2, 500 gf/cm2, 550 gf/cm2, 600 gf/cm2 또는 650 gf/cm2, 정도일 수 있고, 그 상한은, 2000 gf/cm2, 1900 gf/cm2, 1800 gf/cm2, 1700 gf/cm2, 1600 gf/cm2, 1500 gf/cm2, 1400 gf/cm2, 1300 gf/cm2, 1200 gf/cm2, 1100 gf/cm2, 1000 gf/cm2, 950 gf/cm2, 900 gf/cm2, 850 gf/cm2, 800 gf/cm2, 750 gf/cm2 또는 700 gf/cm2 정도일 수도 있다. 상기 힘은, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이거나, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 동시에 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 미만 또는 이하인 범위 내에 있을 수 있다.
상기 공정을 거쳐서 본 출원의 성형체를 제조할 수 있다.
즉, 위와 같은 과정을 거쳐서 전술한 기공이 형성된 성형체를 제조할 수 있고, 이 과정에서 상기 기술한 섬유상 필러가 적용되는 경우에는 더 적절하게 목적하는 기공이 형성된 성형체의 제조가 가능하다.
본 출원의 방법은, 상기 공정에 추가로 필요한 임의의 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 방법은, 상기 성형 단계 이후에 냉각 공정 등을 통해서 성형된 형상을 고정하는 단계 등이 추가로 수행될 수 있다.
본 출원은, 판상 성형체, 그 제조 방법 및 상기 판상 성형체의 용도를 제공할 수 있다. 본 출원에서는, 음각 부위와 양각 부위를 가지는 요철 형상을 포함하고, 내부에 기공이 형성되어 있는 판상 성형체, 그 판상 성형체의 제조 방법 및 그 판상 성형체의 용도를 제공할 수 있다. 본 출원에서는, 상기와 같은 판상 성형체를 균일한 기계적 물성을 가진 상태로 제공할 수 있다.
도 1은, 성형체를 3등분하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 5는, 본 출원의 성형체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 실시예에서 제조된 성형체의 사진이다.
도 7 내지 12는, 실시예에서 제조된 성형체의 SEM 이미지이다.
도 13은, 인장 파단 강도의 측정을 위한 시편의 채취 부위를 설명하기 위한 사진이다.
이하 실시예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1.
도 6과 같이 음각 형상(100)과 양각 형상(200)을 가지는 요철 형상이 형성되어 있는 성형체를 제조하였다. 도 6의 성형체는 직사각형 판 형태로서, 가로의 길이가 약 608 mm이고, 세로의 길이가 약 308 mm이며, 두께가 약 2 mm이다.
우선 원단을 제조하였다. 원단은, 수지 성분인 mPPO(Modified PPO(Polyethylene oxide))와 필러 성분인 유리 섬유(glass fiber)가 8:2의 중량 비율(mPPO:필러 성분)로 배합된 재료를 압출 공정에 적용하여 약 2 mm 정도의 두께로 제조하였다. 상기 수지 성분인 mPPO는 유리전이온도가 약 145℃ 정도였고, 상기 유리 섬유는, 단면의 직경이 약 12.5μm 정도이고, 종횡비가 24 정도였다.
상기 원단을 사용하여 다음의 방식으로 도 6의 성형체를 제조하였다. 도 3에 나타난 바와 같이 성형체의 요철 형상에 대응하는 음각이 형성되어 있는 제 1 몰드(3000)상에 상기 원단(1000)을 위치시켰다. 또한, 상기 원단(1000)상에 상기 요철 형상의 상응하는 양각 형상이 형성된 제 2 몰드(4000)를 위치시켰다.
이어서 세라믹 히터를 사용하여 상기 원단의 표면의 온도를 약 195℃ 수준으로 유지하였다. 상기 세라믹 히터는, 승온 장비의 내부에 위치하였고, 원단의 상부에 상기 세라믹 히터를 위치시킨 상태로 PLC(Programmable Logic Controller) 시스템의 온도 제어를 통해서 목적하느 온도로 승온하였다. 상기 원단의 표면 온도가 목적하는 온도로 제어되었는지 여부는 비접촉식 적외선 온도계를 사용하여 확인하였다.
그 후, 상기 온도를 유지하면서 도 3에 나타난 바와 같이 제 1 몰드(3000)의 하부에서 흡인(suction)(L)을 수행하고, 동시에 제 2 몰드(4000)를 하부로 이동시켜서 도 4와 같은 형태로 상기 원단에 압력을 인가하였다.
상기 과정에서 흡인(suction)(L)은, 장비의 게이지를 100% 개방하여 진행하였다. 이러한 경우에 rate 기준으로 Vacuum flow는 약 1기압 정도이고, 이러한 경우에 상기 원단에 가해지는 순간 하중은 약 690.2 gf/cm2 수준(인가 하중 약 1000 kg 수준)이 된다. 또한, 상기 제 2 몰드(4000)의 가압력은, 상기 원단에 약 274.4 gf/cm2 수준(인가 하중 약 500 kg 수준)이 가해지도록 하였다.
도 4와 같은 제 1 몰드(3000)와 제 2 몰드(4000)의 상태를 약 10초 정도 유지하고, 성형체(원단)(1000)의 온도를 약 40℃까지 감온하여 냉각 공정을 수행하였다.
냉각 공정 후에 제 1 및 제 2 몰드(3000, 4000)를 분리하고, 성형체를 회수하였다.
실시예 2.
실시예 1과 동일한 원단을 사용하여 실시예 1에서 제조한 것과 같은 형상의 성형체를 다음의 방식으로 제조하였다.
도 5와 같이 목적하는 성형체의 음각 형상에 대응하는 음각이 형성되어 있는 제 1 몰드(3000)상에 상기 원단(1000)을 위치시키고, 덮개(5000)를 덮어서 밀폐된 공간을 형성하였다.
이어서 코일 히터를 사용하여 상기 원단의 표면의 온도를 약 175℃ 수준으로 유지하였다. 상기 히터는, 승온 장비의 내부에 위치하였고, 원단의 상부에 상기 히터를 위치시킨 상태로 PLC(Programmable Logic Controller) 시스템의 온도 제어를 통해서 목적하느 온도로 승온하였다. 상기 원단의 표면 온도가 목적하는 온도로 제어되었는지 여부는 비접촉식 적외선 온도계를 사용하여 확인하였다.
이어서 제 1 몰드(3000)의 하부에서는 흡인(suction)을 수행하면서 원단(1000)의 상부에서는 공압(air pressure)을 인가하였다. 상기 흡인은 실시예 1과 동일하게 수행하였고, 상기 공압은 원단에 가해지는 하중이 약 548.7 gf/cm2 정도(인가 하중 약 1000 kg 수준)가 되도록 하였다.
흡인력과 공압이 인가되는 단계를 약 10초 정도 유지한 후에 온도를 약 40℃ 미만까지 감온하여 냉각 공정을 수행하여 성형체를 제조하였다.
실시예 3.
실시예 2와 동일한 방식으로 성형체를 제조하되, 원단의 표면 온도를 실시예 2와 같이 코일 히터를 사용하여 약 195℃로 유지하여 공정을 진행하였다. 상기 내용 외에는 실시예 2와 동일하게 성형체를 제조하였다.
실시예 4.
실시예 2와 동일한 방식으로 성형체를 제조하되, 원단의 표면 온도를 약 195℃로 유지하여 공정을 진행하였다. 상기 내용 외에는 실시예 2와 동일하게 성형체를 제조하였다.
실시예 5.
실시예 1과 동일한 방식으로 성형체를 제조하되, 코일 히터를 사용하여 원단 표면 온도를 175℃ 정도로 유지하면서 공정을 진행하였다. 상기 내용 외에는 실시예 1과 동일하게 성형체를 제조하였다.
실시예 6.
실시예 1과 동일한 방식으로 성형체를 제조하되, 제 2 몰드를 사용한 압력 인가를 수행하지 않고, 공정을 진행하여 성형체를 제조하였다.
시험예 1. 기공 형성 여부에 대한 확인
성형체의 단면을 SEM(Scanning Electron Microscope) 장비(JEOL사, JSM-7800F 모델)로 촬영하여 성형성을 평가하였다. 성형체를 TXP 전처리 장비로 단면 처리한 후에 상기 SEM 장비로 촬영하였다. 상기 촬영 시에는 BED-C 관찰 모드를 적용하였고, 배율, 작업 거리 및 가속 전압은 각각 100배, 15mm (Working Distance) 및 15.0kV로 하였다. 도 7 내지 12는 각각 실시예 1 내지 6에 대한 결과이다. 도면을 통해서 실시예의 공정에 의해서 성형체 내부에 기공이 형성된 것을 확인할 수 있다. 이러한 기공은 주로 수지 성분과 필러 성분의 계면에 형성되었으며, 성형 조건에 따라서 기공의 밀도 등이 달라지는 것을 확인할 수 있다.
시험예 2. 기공도 및 열전도도 평가
성형체의 기공도는 상기 시험예 1에서 얻은 SEM 이미지를 분석툴(Geodict 소프트웨어, Trinity Engineering)로 분석하여 확인하였다. 상기 분석툴(Geodict 소프트웨어)은, 멀티 스케일 2D 및 3D 이미지 프로세싱, 재료 모델링, 시각화 및 특성 분석을 통해서 재료의 특성을 파악할 수 있는 소프트웨이이다. 시험예 1에서 얻은 SEM 이미지를 상기 분석툴에 입력하고, 1차로 보정 필터(Non-local Means Filter)를 적용한 후, 2차로 Gray value 차이를 통해서 기공, 수지 성분 및 필러 성분을 구분하고, 기공도를 확인하였다.
Geodict 분석툴의 Image Filter는, Non-Local Means Filter, Median Filter, Mean Filter, Gauss Filter, Sharpen Filter, Morphological Filter, H-Minima Transform Filter, Compute Gradient Filter, Watershed Filter 및 User Defined Filter 등이 있는데, 상기 필터 중 Non-Local Means Filter를 적용하였다.
이러한 Image Filter는, SEM 이미지를 명확하게 분석하는 것에 도움을 준다. 적용된 Non-Local Means Filter는 SEM 이미지의 노이즈를 제거할 수 있는 필터이고, 거칠게 표현된 면을 Blur 처리할 수 있기 때문에 이미지상의 성분 구분을 용이하게 할 수 있다.
상기 필터를 적용한 후에 Gray Value의 경계를 정하여 수지 성분, 기공 및 필러 성분을 구분하였다. Geodict 분석툴에서 적용 가능한 Gray value로 SEM 이미지를 조절하면, Gray Value 범위인 0 내지 255의 값의 범위 내에서 SEM 이미지 내 소재의 구성 성분의 Gray Value의 범위가 나누어진다. SEM 이미지의 해상도 및 SEM 이미지 내 소재의 종류에 따라서 상기 Gray Value값에 따른 구성 성분의 구분이 가능하다. 본 실시예에서는 상기 Gray Value 0 내지 31의 범위를 기공, 상기 Gray value 32 내지 95의 범위를 수지 성분, 상기 Gray Value 96 내지 255의 범위를 필러 성분으로 구분할 수 있다
이미지를 프로세싱한 후에 그에 기반하여 조건별 기공도를 비교하였다.
또한, 적용된 수지 성분과 필러 성분의 종류 및 비율과 상기 분석된 기공도에 기반하여 역시 상기 분석툴(Geodict 소프트웨어, Trinity Engineering)을 사용하여 열전도도를 평가하였다.
상기 평가 결과를 하기 표 1에 정리하여 기재하였다.
기공도(%) 열전도도(W/mK)
실시예 1 40.2 0.2885
2 31.5 0.3094
3 25.8 0.3231
4 19.7 0.3377
5 11.3 0.3579
6 51.4 0.2616
시험예 3. 인장 파단 강도의 평가
실시예 또는 비교예에서 제조된 판상의 성형체를 세로 방향(도 10의 화살표 방향)으로 동일한 길이가 되도록 3등분하여 절단하여 상단부, 중단부 및 하단부 시편으로 제조한 후에 각 부분에 대해서 인장 파단 강도를 평가하였다. 이 때 시편의 절단은, 에지부의 균열 등을 방지하기 위해서 Water jet 공정으로 수행하였다.
도 13에 나타난 바와 같이 상기 성형체의 음각 부위(도 13의 점으로 채워진 직사각형)와 양각 부위(도 13의 빗금선으로 채워진 직사각형)에서 각각 시편을 얻었고, 상단부, 중단부 및 하단부에서 각각 상기와 동일하게 시편을 얻었다. 이 때 시편은 가로의 길이가 약 45 mm이고, 세로의 길이가 약 12.5 mm가 되도록 재단하였다. 상기 시편을 재단할 때에는, 성형체의 TD(Transverse direction) 방향이 가로 방향이 되도록 시편을 재단하였다. 상기 TD 방향을 원단을 제조하는 압출 공정을 기준으로 한 방향이다. 상기 방법으로 상단부의 음각 부위 및 양각 부위에서 각각 4개의 시편(총 8개의 시편)을 채취하고, 중단부와 하단부에서도 동일하게 시편을 채취하였다.
상기 시편들에 대해서 인장 파단 강도를 평가하였다.
UTM(Universal Testing Machine) 장비를 사용하여 상온(약 25℃)에서 인장 파단 강도를 측정하였다. 상기 시편을 가로 방향의 양 끝단을 약 8 mm씩 상기 장비에 고정하고, 가로 방향으로 인장하면서 시편이 파단되는 시점에서의 강도를 측정하고, 상기 인장 파단 강도로 하였다. 상기 인장은 약 50 mm/sec 정도의 인장 속도로 등속도로 수행하였다.
상기 측정 결과를 하기 표 2에 정리하여 기재하였다. 표 2에서 강도(MPa)는, 인장 파단 강도이고, 이는 상단부, 중단부 및 하단부 각각에서 채취한 시편에 대해 측정한 인장 파단 강도의 평균값이다. 표 2에서 편차는, 상기 평균값과 상기 원단의 인장 파단 강도의 비율로서, 상기 원단의 인장 파단 강도를 SR이라고 하고, 상기 평균값을 SS라고 하였을 때에 100×SS/SR로 계산되는 값이다.
상단부 중단부 하단부
실시예 3 강도(MPa) 59.80 52.22 56.89
편차(%) 64.67 56.47 61.51
6 강도(MPa) 53.96 44.52 73.37
편차(%) 58.34 48.14 79.33

Claims (20)

  1. 수지 성분 및 필러 성분을 포함하고,
    제 1 방향을 따라서 형성된 변을 가지며,
    양각 부위와 음각 부위를 포함하는 요철 형상이 형성되어 있으며,
    기공도가 10% 이상인 판상 성형체.
  2. 제 1 항에 있어서, 수지 성분과 필러 성분의 계면에 형성된 기공을 포함하는 판상 성형체.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 1 방향의 변과 수직한 방향으로 3등분하여 얻어지는 상단부, 중단부 및 하단부 각각의 인장 파단 강도의 표준 편차가 100 이하인 판상 성형체.
  4. 제 1 항에 있어서, 수지 성분이 열가소성 폴리머인 판상 성형체.
  5. 제 1 항에 있어서, 필러 성분은, 섬유상 필러를 포함하는 판상 성형체.
  6. 제 5 항에 있어서, 섬유상 필러는, 종횡비가 3 내지 60의 범위 내에 있는 판상 성형체.
  7. 제 6 항에 있어서, 섬유상 필러는, 단면 직경이 1μm 내지 100μm의 범위 내에 있는 판상 성형체.
  8. 제 1 항에 있어서, 수지 성분 100 중량부 대비 1 내지 100 중량부의 필러 성분을 포함하는 판상 성형체.
  9. 제 1 항에 있어서, 두께가 100 μm 내지 100 mm의 범위 내인 판상 성형체.
  10. 수지 성분과 필러 성분을 포함하는 원단을 성형하여 음각 부위와 양극 부위를 포함하는 요철 형상을 가지고, 기공도가 10% 이상인 판상 성형체를 제조하는 방법으로서,
    상기 요철 형상에 대응하는 음각을 가지는 몰드의 상기 음각상에 상기 원단을 위치시키고, 상기 몰드의 하부에서 상기 원단을 흡인하는 성형 단계를 포함하는 판상 성형체의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 몰드의 하부에서 원단을 흡인하면서 상기 원단의 상부에서 압력을 인가하는 판상 성형체의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 압력의 인가는, 원단의 상부에서 기체를 분사하여 수행하는 판상 성형체의 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 압력의 인가는, 몰드의 음각에 대응하는 양각 형상을 가지는 제 2 몰드의 상기 양각 형상으로 원단을 프레스하여 수행하는 판상 성형체의 제조 방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 성형 단계에서 원단의 온도를 하기 식 1에 따른 △T의 절대값이 5% 이상이 되도록 유지하는 판상 성형체의 제조 방법:
    [식 1]
    △T = 100 ×(Ts - Tg)/Tg
    식 1에서 Ts는 성형 단계에서 상기 원단의 표면 온도이고, Tg는 상기 수지 성분의 유리전이온도이다.
  15. 제 11 항에 있어서, 하부에서의 흡인과 상부에서 압력의 인가는, 하기 식 2에 따른 △P의 절대값이 5% 가 되도록 수행하는 판상 성형체의 제조 방법:
    [식 2]
    △P = 100 ×(PU - PL)/PL
    식 2에서 PU는 성형 단계에서 원단의 상부에서 가해지는 압력에 의해 상기 원단에 가해지는 압력이고, PL은, 상기 원단의 하부에서의 흡인에 의해서 상기 원단에 가해지는 압력이다.
  16. 제 15 항에 있어서, 원단의 하부의 흡인에 의해 상기 원단에 가해지는 압력이 100 gf/cm2 내지 2,000 gf/cm2의 범위 내에 있는 판상 성형체의 제조 방법.
  17. 제 10 항에 있어서, 필러 성분은, 섬유상 필러를 포함하는 판상 성형체의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 섬유상 필러는, 종횡비가 3 내지 60의 범위 내에 있는 판상 성형체의 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 섬유상 필러는, 단면 직경이 1μm 내지 100μm의 범위 내에 있는 판상 성형체의 제조 방법.
  20. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 판상 성형체를 포함하는 단열재.
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