휠커버용 폴리아미드 수지 조성물

휠커버용 폴리아미드 수지 조성물{Polyamide resin compositions for a wheel cover}

본 발명은 휠커버용 폴리아미드 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리아미드 6 수지, 에틸렌계 코폴리머, 스타이렌계 코폴리머, 무수말레산 그라프트 스타이렌, 이미드계 코폴리머, 나노 미네랄 및 페놀계 내열재를 포함함으로써, 강성 및 인성의 밸런스가 우수하며, 저온충격성이 향상되고 내열성이 우수한 휠커버용 폴리아미드 수지 조성물에 관한 것이다.

폴리아미드는 1939년 미국의 화학회사인 듀폰사에서 개발하여 현재는 5대 엔지니어링 플라스틱 중에서 가장 생산량이 많은 품목이다. 그 생산의 절반 이상이 폴리아마이드 6과 폴리아마이드 66이며, 특히 폴리아마이드 6의 생산량이 더 많다.

폴리아미드는 기계적 강도, 내열성, 내마모성, 내약품성, 난연성 및 가공성 등이 우수하기 때문에 공중합(共重合)과 다른 재료와의 복합화로 600종 이상의 폴리아마이드 개량 제품이 개발되고 있다.

폴리아미드의 뛰어난 물성 때문에 자동차 부품, 전기전자부품, 기계부품, 건재부품, 의료용품 및 가정용품 등 폭넓은 분야에 적용되고 있다. 특히, 자동차 분야에서 해마다 수요가 증가하는 경향이 있으며, 특히 나일론 66은 물성면(物性面)에서 뛰어나기 때문에 수요가 크게 늘어나고 있다.

폴리아마이드 6 및 폴리아마이드 66의 숫자인 6과 66은 분자 구조상 붙인 명칭이고, 흔히 나일론 수지라고도 하며, 나일론 66은 미국의 듀폰사가, 나일론 6은 일본 국제기술에서 개발하여 아밀란이라 불리워진 것이다.

폴리아미드 6과 66 수지는 아미드 결합의 특징인 강성, 인성 및 내열성으로 인해 자동차용 소재로 많이 사용되고 있는데 그 중 폴리아미드 66은 6대비 내열성이 우수하여, 열의 영향이 많은 자동차의 실린더 헤드 커버, 라지에이터 헤드 탱크 및 오일팬 등 내열 환경 부품에 많이 사용되고 있다. 자동차용 휠커버 역시 자동차의 운행 및 제동시 발생되는 열로 인해 내열성이 우수한 폴리아미드 66 소재가 적용되고 있다.

그러나, 자동차 휠커버의 경우 내열성뿐만 아니라 기계적 강도 및 내충격성 등이 요구되므로 폴리아미드 66보다 기계적 강도 및 내충격성이 우수한 폴리아미드 6으로 대체하려는 지속적인 노력이 있으나, 폴리아미드 6의 강성 및 인성의 밸런스 문제 그리고 강성 등을 향상시키기 위한 첨가물에 의한 내열성 저하로 자동차 휠커버에서 요구하는 물성 수준을 만족하지 못하는 문제가 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 폴리아미드 6 수지, 에틸렌계 코폴리머, 스타이렌계 코폴리머, 무수말레산 그라프트 스타이렌, 이미드계 코폴리머, 나노 미네랄 및 페놀계 내열재를 포함함으로써, 강성 및 인성의 밸런스가 우수하며, 저온충격성이 향상되고 내열성이 우수한 특징이 있는 휠커버용 폴리아미드 수지 조성물을 제공하고자 함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 휠커버용 폴리아미드 수지 조성물은 폴리아미드 6 수지, 에틸렌계 코폴리머, 스타이렌계 코폴리머, 무수말레산 그라프트 스타이렌, 이미드계 코폴리머, 나노 미네랄 및 페놀계 내열재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 폴리아미드 6 수지 100 중량부에 대하여, 에틸렌계 코폴리머 10 ~ 25 중량부, 스타이렌계 코폴리머 10 ~ 25 중량부, 무수말레산 그라프트 스타이렌 2 ~ 5 중량부, 이미드계 코폴리머 5 ~ 10 중량부, 나노 미네랄 2 ~ 5 중량부 및 페놀계 내열재 0.5 ~ 2 중량부인 것이 바람직하다.

이 때, 상기 폴리아미드 6 수지는 상대점도(Relative viscosity) 2.7 ~ 3.5 인 것이 바람직하다.

또한, 상기 에틸렌계 코폴리머는 무수말레산이 그라프트된 에틸렌과 옥텐의 랜덤 블록 코폴리머인 것이 바람직하다.

또한, 상기 스타이렌계 코폴리머는 코폴리머 100 중량부에 대하여, 스타이렌 80 ~ 90 중량부인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 무수말레산 그라프트 스타이렌은 스타이렌 100 중량부에 대하여, 그라프트된 무수말레산이 5 ~ 15 중량부인 것이 바람직하다.

이 때, 상기 이미드계 코폴리머는 아미드와 이미드가 결합된 폴리아미드이미드인 것이 바람직하다.

또한, 상기 나노 미네랄은 평균 입자 크기 1 ~ 100 nm 의 클레이(Clay)인 것이 바람직하다.

또한, 상기 내열재는 N,N'-헥사메틸렌비스(3,5-디-터셔리-부틸-4-하이드록시하이드로시나마이드)인 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 효과는, 종래 개발하고 있던 폴리아마이드 6 휠커버 소재보다 강성 및 인성의 밸런스가 우수하며, 저온충격성이 향상되고 내열성이 우수한 장점이 있다.

또한, 본 발명은 자동차용 휠커버의 요구수준을 만족하고, 성형성 우수하며, 표면 및 웰드의 강도가 향상되는 효과가 있다.

도 1은 자동차 휠커버의 정면도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 표 및 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 휠커버용 폴리아미드 수지 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 따른 폴리아미드 수지 조성물은 폴리아미드 6 수지, 에틸렌계 코폴리머, 스타이렌계 코폴리머, 무수말레산 그라프트 스타이렌, 이미드계 코폴리머, 나노 미네랄 및 페놀계 내열재 등을 포함한 것이 바람직하다. 이하, 본 발명의 구성 성분 및 함량을 상세히 알아본다.

(1) 폴리아미드 6 수지

나일론(Nylon)이라고도 불리는 폴리아미드 수지는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 610, 폴리아미드 612 또는 폴리아미드 11 등이 포함될 수 있으며, 강도, 내약품성 및 가공성 등이 뛰어난 엔지니어링 플라스틱이다. 특히, 본 발명의 폴리아미드 6 수지는 ε―카프로락탐(ε-caprolactam)을 링(Ring)모양의 화합물이 개환하면서 중합하는 반응인 개환중합(Ring-opening polymerization)을 통하여 얻는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 폴리아미드 6 수지는 상대점도(Relative viscosity) 2.7 ~ 3.5 (20℃, 96% 황산 100㎖ 중 폴리아미드 6 수지 1g이 포함된 용액)인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 폴리아미드 6 수지의 상대점도가 2.7 미만인 경우, 조성물의 강성, 충격강도 및 내열성의 저하를 초래할 수 있고, 3.5 초과일 경우, 조성물의 유동성이 저하되어 조성물의 표면이 불량하게 될 수 있는 문제가 있다.

(2) 에틸렌계 코폴리머

상기 에틸렌계 코폴리머(Co-polymer, 공중합체)는 조성물의 저온충격성을 향상시키기 위해 본 발명에 포함되며, 무수말레산(Maleic anhydride)이 그라프트(Graft)된 에틸렌과 옥텐의 랜덤 블록 코폴리머인 것이 바람직하다. 보다 상세하게는, 에틸렌 100 중량부에 대하여, 상기 에틸렌에 그라프트된 무수말레산은 0.5 ~ 6.0 중량부인 것이 바람직하다. 여기서, 상기 에틸렌에 그라프트된 무수말레산이 0.5 중량부 미만일 경우, 조성물의 저온충격성이 부족하며, 6.0 중량부 초과일 경우, 조성물의 인장강도 등의 물성이 저감될 수 있는 문제가 있다.

또한, 상기 폴리아미드 6 수지 100 중량부에 대하여, 상기 에틸렌계 코폴리머는 10 ~ 25 중량부인 것이 바람직하다. 이 때, 상기 에틸렌계 코폴리머가 10 중량부 미만일 경우, 조성물의 저온충격성이 부족하고, 25 중량부 초과일 경우, 조성물의 저온충격특성은 우수하지만, 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성률, 열변형 온도가 저하되어 휠커버로 사용할 수 없는 문제가 있다.

(3) 스타이렌계 코폴리머

본 발명에 있어서 상기 스타이렌계 코폴리머는 조성물의 내열성, 치수안정성, 도장성 및 웰드(Weld)의 강도 향상을 위하여 본 발명에 포함되며, 코폴리머 100 중량부에 대하여, 스타이렌 80 ~ 90 중량부인 것이 바람직하다. 이 때, 스타이렌이 80 중량부 미만일 경우, 조성물의 충분한 내열성 및 치수안정성 등의 향상이 어려우며, 90 중량부 초과일 경우, 조성물의 인장강도가 저감될 수 있는 문제가 있다.

또한, 상기 폴리아미드 6 수지 100 중량부에 대하여, 상기 스타이렌계 코폴리머는 10 ~ 25 중량부인 것이 바람직하다. 이 때, 스타이렌계 코폴리머가 10 중량부 미만일 경우, 사출되는 조성물의 중심부가 원래 형상보다 내려앉는 현상이 발생하며, 도장성이 불량하고, 25 중량부 초과일 경우, 사출되는 조성물의 중심부가 원래 형상보다 부풀며, 인장강도, 굴곡강도 및 저온충격성이 요구수준 미만으로 저하될 수 있는 문제가 있다.

(4) 무수말레산 그라프트 스타이렌

상기 무수말레산 그라프트 스타이렌은 무수말레산이 그라프트된 스타이렌이며, 스타이렌계 코폴리머와 폴리아미드 6 수지의 상용성(相容性)을 위하여 포함된다. 이 때, 상기 무수말레산 그라프트 스타이렌은 스타이렌 100 중량부에 대하여, 그라프트된 무수말레산이 5 ~ 15 중량부인 것이 바람직하다.

만약, 무수말레산 5 중량부 미만일 경우, 상용성이 부족하며, 15 중량부 초과일 경우, 비용 대비 효과가 작다.

또한, 상기 폴리아미드 6 수지 100 중량부에 대하여, 무수말레산 그라프트 스타이렌은 2 ~ 5 중량부인 것이 바람직하다. 이 때, 상기 무수말레산 그라프트 스타이렌이 2 중량부 미만일 경우, 스타이렌계 코폴리머와 폴리아미드 6의 상용성이 저하되어 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 충격강도 등이 요구수준 미만으로 저하되며, 5 중량부 초과일 경우, 조성물의 유동성이 지나치게 낮아 성형성이 저하되며 조성물의 표면이 불량해질 수 있는 문제가 있다.

(5) 이미드계 코폴리머

상기 이미드계 코폴리머는 아미드(Amide)와 이미드(Imide)가 포함된 폴리아미드이미드(Polyamide-imide)인 것이 바람직하며, 조성물의 열변형 온도를 높이기 위해 포함된다. 또한 상기 폴리아미드이미드만을 이용하여 조성물이 요구하는 열변형 온도까지 상승시키기에는 비용이 많이 들며, 조성물의 저온충격성을 저하시킬 우려가 있기 때문에 나노 미네랄과 함께 사용되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 폴리아미드 6 수지 100 중량부에 대하여, 상기 이미드계 코폴리머는 5 ~ 10 중량부인 것이 바람직하다. 이 때, 이미드계 코폴리머가 5 중량부 미만일 경우, 조성물의 열변형 온도를 향상시키는 효과가 충분하지 못하고, 10 중량부 초과일 경우, 첨가되는 이미드계 코폴리머에 비해 열변형 온도를 향상시키는 효과가 작아 경제성이 떨어지고, 조성물의 저온충격성을 요구수준 미만으로 저하시킬 수 있는 문제가 있다.

(6) 나노 미네랄

상기 나노 미네랄은 조성물의 저온충격성의 저하 없이 조성물의 열변형 온도를 향상시키기 위해 이미드계 코폴리머와 함께 첨가되며, 여러가지 첨가물로 인하여 저하될 수 있는 조성물의 굴곡탄성률을 향상시키는 역할을 한다.

상기 나노 미네랄은 나노(Nano) 크기의 미네랄을 뜻하며, 특히, 평균 입자 크기 1 ~ 100 nm 의 클레이(Clay)인 것이 바람직하다. 이 때, 상기 클레이의 평균 입자 크기가 1 nm 미만일 경우, 조성물의 열변형 온도를 충분히 향상시키지 못할 수 있으며, 100 nm 초과일 경우, 조성물의 열변형 온도 상승 효과가 충분하지 못할 수 있는 문제가 있다.

또한, 상기 폴리아미드 6 수지 100 중량부에 대하여, 상기 나노 미네랄은 2 ~ 5 중량부인 것이 바람직하다. 이 때, 2 중량부 미만일 경우, 조성물의 굴곡탄성율 및 열변형 온도의 상승 효과가 충분하지 못하고, 5 중량부 초과일 경우, 나노 미네랄의 첨가되는 양에 비해 조성물의 굴곡탄성율 및 열변형 온도의 상승 효과 작아 경제성이 떨어지고, 조성물의 표면이 매끄럽지 못할 수 있다.

(7) 페놀계 내열재

내열재는 조성물의 열에 대한 안정성을 높이므로 조성물의 내구성을 향상시킬 뿐만 아니라, 가공 및 성형시 발생할 수 있는 조성물의 변색을 방지하는 역할을 한다.

본 발명의 내열재는 페놀계 내열재가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 N,N'-헥사메틸렌비스(3,5-디-터셔리-부틸-4-하이드록시하이드로시나마이드)(N-N'-hexamethylenebis(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamide)이다.

여기서, 상기 폴리아미드 6 수지 100 중량부에 대하여, 상기 페놀계 내열재는 0.5 ~ 2 중량부인 것이 바람직하다. 여기서, 상기 페놀계 내열재가 0.5 중량부 미만일 경우, 조성물의 내열 효과가 충분하지 못하고, 2.0 중량부 초과일 경우, 첨가량 대비 효과가 작아 경제성이 떨어지고, 조성물의 표면이 불량할 수 있다.

(8) 용도

도 1은 자동차 휠커버의 정면도이며, 본 발명에 따른 휠커버용 폴리아미드 수지 조성물은 자동차용 휠커버에 적용되는 것이 바람직하다.

(9) 제조방법

이하, 또 다른 관점에서 휠커버용 폴리아미드 수지 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명인 휠커버용 폴리아미드 수지 조성물은 공지의 기술을 참조하여 당업자가 적절히 제조할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 각 구성 성분을 믹서(Mixer)에 넣고 혼합한 후, 압출기를 이용하여 용융 혼련(混鍊)한 다음, 건조기로 건조 후, 사출기를 통하여 본 발명의 폴리아미드 수지 조성물을 제조하는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 압출기는 2축 스크류 압출기인 것이 바람직하며, 조성물의 온도는 250℃ 내지 260℃인 것이 바람직하다.

또한, 수지 조성물의 효과적인 혼련과 나노 미네랄의 분산성을 최대화하기 위해 압출기의 스크류 배열 중 리버스 엘리먼트(Reverse element)를 최소 2개 이상 배열하는 것이 바람직하다.

그리고, 용융 혼련 시에 조성물의 열분해를 방지하기 위해 압출기 내에서 체류시간을 최소화하는 것이 바람직하며, 본 조성물에서 저온충격성의 최대화를 위해 압출기의 스크류 회전속도는 250rpm 이상이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

[실시예]

본 발명에 따른 휠커버용 폴리아마이드 수지 조성물의 실시예 및 비교예의 시편을 하기 표 1의 구성 성분 및 함량을 참고하여 제조 후 물성을 비교하여 하기 표 2에 정리하였다.

상기 표 1은 실시예 및 비교예의 구성 성분 및 함량을 나타낸 표이다. 여기서 폴리아미드 6(Polyamide 6) 50kg을 사용하여, 230 ~ 260℃로 가열된 이축 압출기 내에서 용융 혼련시켜 칩모양의 중간물을 제조한 후, 상기 중간물을 제습형 건조기를 이용하여 85℃에서 6시간 동안 건조시키고, 230 ~ 260℃로 가열된 스크류식 사출기를 이용하여 실시예 및 비교예의 시험편을 제작하였다.

상기 제작의 방법으로 제작된 시편의 물성시험 결과를 하기 표에 정리하였다.

상기 표 2는 상기 표 1의 구성 성분 및 함량을 기준으로 만든 시편을 이용하여 실시한 물성시험 결과를 나타낸 표이다.

상기 표 2의 인장강도는 미국재료시험협회(American Society for Testing and Materials, ASTM) D638에 의거하여 시편을 제작한 후 50 mm/min 속도 조건에서 측정하였다.

상기 굴곡강도 및 굴곡탄성율은 미국재료시험협회 D790에 의거하여 시편을 제작한 후 10 mm/min 속도 조건에서 측정하였다.

상기 아이조드(Izod) 충격강도는 미국재료시험협회 D256에 의거하여 시편에 노치(Notch)를 형성시켜 제작한 후 23℃와 -30℃에서 각각 측정하였다.

상기 열변형 온도는 내열성을 평가하는 항목으로 미국재료시험협회 D648에 의거하여 시편을 제작한 후 0.45MPa 조건에서 측정하였다.

상기 표면 특성의 측정은 가로, 세로 및 높이가 각각 300mm, 100mm 및 3mm 크기 시편의 표면을 육안으로 평가하였다

시험결과 실시예 1 내지 13은 물성시험 결과 모두 요구수준 범위를 만족하였다. 그러나 비교예 1의 경우 에틸렌계 코폴리머를 소량 포함함으로써, -30℃ 아이조드 충격강도가 요구수준 미만이었다.

비교예 2의 경우 스타이렌계 코폴리머를 과량 포함함으로써, 굴곡탄성률, -30℃ 아이조드 충격강도 및 열변형 온도가 요구수준 미만이었다.

비교예 3의 경우, 무수말레산 그라프트 스타이렌을 소량 포함함으로써, 인장강도 및 -30℃ 아이조드 충격강도가 요구수준 미만이었으며 시편의 표면에서 박리현상이 발견되었다.

비교예 4의 경우, 이미드계 코폴리머를 과량 포함함으로써, 열변형 온도가 요구수준 미만이었다.

비교예 5의 경우, 나노 미네랄을 과량 포함함으로써, -30℃ 아이조드 충격강도가 요구수준 미만이었으며 시편의 표면에 흐름자국이 발견되었다.

비교예 6의 경우, 페놀계 내열재를 소량 포함함으로써, 시편의 표면에 변색이 발견되었다.

따라서, 본 발명에 따른 구성 성분의 함량 범위를 벗어나면, 조성물의 물성이 저하되거나 표면에 이상이 발생되는 것을 확인할 수 있었다.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.