흡기계 하우징용 다공성 플라스틱 조성물{Composition for Porous Plastics for Intake Housings}

본 발명은 흡기계 하우징용 다공성 플라스틱수지 조성물에 관한 것이다.

종래에는 자동차 흡기계 하우징용 플라스틱소재로 폴리프로필렌 수지에 무기 충진제인 탈크를 용도에 따라 적당량 혼합하거나 유리단섬유를 보강하여 사용하고 좀더 진동, 소음이 심한 차종에는 폴라아미드6 수지에 유리 단섬유 보강 소재를 사용하거나 더욱 보강된 소재로는 폴리아미드 66수지에 유리단섬유 보강소재를 일부 차종에 사용하였다.

종래 기술에 의한 복합수지 및 강화수지를 이용하여 동일 분야의 부품에 여러 종류의 소재를 적용한 결과, 생산 및 품질관리에 효율성이 저하될 뿐만 아니라 원가 및 중량이 증가되어 원가절감과 연비향상에 큰 어려움을 겪고 있는 실정이다. 다른 부품의 경우에도 복합수지에 탈크의 일부를 버블글라스로 대체 적용하여 사용하고 있으나 물성저하와 원가상승 문제가 연관되어 10% 이상의 비중 저감효과를 거두지 못하고 있으며 진동, 소음의 흡수 차단효과 역시 향상이 어려운 상태이다.

또한 다공성 부여 가공기법으로는 가스사출이나 임계가스(SCF) 사출공법 (Mucell)등의 기술이 개발되어 시도 되고 있으나 전용 사출기 및 설비투자 비용이 커 현재로서는 적용이 부진한 상태로서 기존설비에 추가 투자가 필요하지 않는 저비중, 저원가 소재로서 진동, 소음의 흡수 및 차단 기능이 더욱 향상된 다공성 플라스틱 소재의 개발이 시급한 실정이다.

또한 자동차용에 한정하지 않고 항공, 선박 등의 운송 수단의 부품의 경량화를 통한 연비 향상의 목적을 달성하기 위한 과제도 필요하다.

본 발명자들은 폴리 프로필렌계수지 또는 폴리아미드계 수지 또는 두 계열 수지를 상용화제로 합금한 알로이 수지에 무기충진제 또는 유리 단섬유를 보강하고 추가로 다공질 무기 충진제와 특수 무기 저발포제를 첨가하여 비중이 15%이상 저감되고 다공성으로 진동, 소음의 흡수, 차단기능이 더욱 향상된 다공성 플라스틱수지 조성물을 개발하였다.

본 발명의 목적은 (A) 폴리프로필렌 수지, 폴리 아미드 6 또는 폴리아미드6에 폴리프로필렌을 무수말레인화 폴리프로필렌으로 합금시킨 알로이 수지 70-80 중량%, (B) 무기충진제 4-10 중량%, (C) 무기강화제 4-10 중량%, (D) 중공질 미세구체 4-10 중량%, (E) 다공질 미세입체 4-10 중량%, (F) 발포제 1-5 4-10 중량%를 포함하는 흡기계 하우징용 다공성 플라스틱 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 흡기계 하우징용 다공성 플라스틱 조성물로 제조한 흡기계 하우징용 부품을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 (A) 폴리프로필렌 수지, 폴리 아미드 6 또는 폴리아미드6에 폴리프로필렌을 무수말레인화 폴리프로필렌으로 합금시킨 알로이 수지 70-80 중량%, (B) 무기충진제 4-10 중량%, (C) 무기강화제 4-10 중량%, (D) 중공질 미세구체 4-10 중량%, (E) 다공질 미세입체 4-10 중량%, (F) 발포제 1-5 4-10 중량%를 포함하는 흡기계 하우징용 다공성 플라스틱 조성물을 제공한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

(i) 본 발명의 흡기계 하우징 부품 조성물은 자동차 흡기계 하우징 부품 에 대한 경량화와 원가 절감활동의 어려움이 해소 가능하다.

(ii) 본 발명의 흡기계 하우징 부품 이외에도 다른 타 부품에서도 확대 적용가능하여 자동차의 연비향상을 극대화시킬 수 있다.

(iii) 본 발명의 조성물은 자동차뿐 아니라, 선박, 항공기 부품의 경량화 및 연비 향상에도 기여할 수 있다.

이하 본 발명을 더욱 자세하게 설명하겠다.

본 발명은 (A) 폴리프로필렌 수지, 폴리 아미드 6 또는 폴리아미드6에 폴리프로필렌을 무수말레인화 폴리프로필렌으로 합금시킨 알로이 수지 70-80 중량%, (B) 무기충진제 4-10 중량%, (C) 무기강화제 4-10 중량%, (D) 중공질 미세구체 4-10 중량%, (E) 다공질 미세입체 4-10 중량%, (F) 발포제 1-5 4-10 중량%를 포함하는 흡기계 하우징용 다공성 플라스틱 조성물을 제공한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 폴리프로필렌계수지로 단일중합체, 랜덤 공중합체, 블록 공중합체 또는 폴리아미드계 수지로 폴리아미드6, 폴리 아미드 66, 폴리아미드6,66공중합체 또는 폴리프로필렌계수지와 폴리아미드계 수지를 반응성 상용화제인 무수발레인화 폴리프로필렌으로 합금한 수지를 사용하고 무기충진제로 탈크, 규회석, 탄산칼슘 등을 단독 또는 혼합 사용하거나 유리단섬유를 혼합 사용하고, 중공질 무기충진제로 버블글라스, 볼룬글라스등을 다공질 무기충진제로 화산제, 실리카, 소성세라믹등을 단독 또는 혼합 사용하고 특수 미세발포제로 중조계 무기 발포제, 아미드계 유기발포제를 단독 또는 혼합 사용한다. 본 발명의 조성물을 이용하면 전체 중량 중 15%이상 비중 저감과 진동, 소음 등에 대한 차음 성능이 대폭적으로 향상된다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 폴리프로필렌계 수지로 단일 중합체, 랜덤공중합체, 블럭공중합체를 단독 또는 혼합하여 사용 또는 폴리아미드계 수지로 폴리 아미드6, 폴리아미드66, 폴리아미드6, 66 공중합체를 단독 또는 혼합하여 사용 또는 폴리프로필렌계수지와 폴리아미드계수지를 반응성 상용화제인 무수 발레인화 폴리프로필렌으로 합금한 수지를 75-80중량%를 사용하고 무기 충진제로 탈크, 규회석, 탄산칼슘, 클레이 등을 단독 또는 혼합하여 5-10 중량% 를 사용 또는 무기보강제로는 유리단섬유를 10-15중량% 사용하고 중공질 무기충진제로 버블글라스(3M사). 볼룬글라스(오닉셀)등을 단독 또는 혼합하여 5-10중량%를 사용하고, 다공질 무기충진제로 화산제, 실리카, 소성세라믹 등을 단독 또는 혼합하여 5·10중량% 사용하고, 특수미세발포제로 중조계 무기 발포제, 아미드계 유기발포제 등을 단독 또는 혼합하여 1-5 중량% 사용한다.

본 발명을 좀더 상세하게 설명하면 메트릭스 소재로서 폴리프로필렌계 수지중 용융지수가 80(g/10min)이상 120(g/10min)미만 인 블록공중합체로 초고유동 폴리프로필렌(호남)을 75-80중량% 사용하는 것이 바람직하며 용융지수가 80이하인 경우 중공질 및 다공질 충진제의 파손에 의한 비중저감 효과가 떨어지기 때문이다. 또한 초고유동성의 단일중합체나 랜덤공중합체를 사용해도 무방하다. 또 다른 메트릭스 소재로는 폴리아미드계 수지로 용융지수가 80(g/10min) 이상120(g/10min)미만 인 초고유동 폴리아미드6 수지(KP켐텍)를 75-80중량% 사용하는 것이 바람직하며 용융지수가 80이하인 경우 상기와 동일한 문제가 발생하기 때문이다. 또한 초고유동의 폴리아미드66, 폴리아미드6,66 공중합체 수지를 사용해도 무방하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

무기충진제는 300메시 이상인 탈크(코치)를 5-10중량% 사용하는 것이 바람직하며 300메시 이하인 경우 신율과 충격 강도가 저하되며 10중량%이상 적용시 물성균형이 나빠지며 비중저감 효과가 현저히 떨어진다. 또한 300메시 이상인 규회석, 클레이(점토), 탄산칼슘 등을 사용할 수 있으며 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

무기 충진제 대신 무기보강제로는 가교제가 점착된 유리단섬유(오웬스, 직경9-11㎛, 길이3-4 mm)를 10-15중량%사용하는 것이 바람직하며 가교제는 아민계 또는 에폭시계인 것이 바람직하다. 가교제 도포가 안되어 있는 유리단섬유 사용시 인장력 및 충격강도가 현저히 저하되는 문제가 있다. 또한 동일규격의 탄소단섬유 등을 사용해도 무방하며 무기충진제와 혼합사용하여도 무방하다.

본 발명의 주요요소인 중공질 무기 충진제와 다공질 무기충진제 및 특수미세발포제 중에서 중공질(속이 빈 구형 미세입자)무기충진제로는 기계적 압력 파괴강도가 300 kgf/cm² 이상이고, 구경이 50 ㎛이하인 버블글라스(3M)를 5-10중량%을 사용하는 것이 바람직하며, 300 kgf/cm² 이하인 것은 압출, 사출 가공시 파괴되어 비중저감효과가 현저히 떨어지며, 구경이 50 ㎛ 이상인 것은 신율과 충격강도가 저하되는 문제가 발생한다. 또한 300 kgf/cm² 이상의 압축강도와 50 ㎛ 이하 구경의 볼룬 글라스(오닉셀)를 사용하거나 혼합 사용하여도 무방하다. 또한 다공질 무기 충전제로는 평균입도가 40 ㎛ 이하인 천연 화산재(삼공정밀)를 5-10 중량% 사용하는 것이 바람직하며 40 ㎛ 이상인 것은 신율과 충격강도 등 기계적 물성 이 저하되는 문제가 발생한다.

유사소재로40 ㎛이하의 실리카, 소성세라믹 등을 사용하거나 혼합 사용하여도 무방하다.

본 발명의 마지막 주요 요소인 특수 미세발포제로는 발포 가스량이15-45 ml/gr 인 중조계 무기발포제(금양)를 1-5 중량% 사용하는 것이 바람직하며 5중량% 이상 사용시 외관 문제가 심하게 발생하며 기계적 강도가 저하되는 문제가 있다. 또한 유기계 발포제로 아조디카본아미드 등을 사용하거나 혼합 사용하여도 무방하다.

본 발명은 용융지수가 높은 초고유동의 열가소성수지로서 가장 가공성이 우수하고 기계적 강도와 재료원가의 균형이 우수한 폴리프로필렌계 수지 중에서 블록공중합체인 초고유동 폴리프로필렌과 폴리아미드계 수지 중에서 초고유동 폴리아미드6 및 상기 두 수지를 반응성 상용화제인 무수발레인화 프로필렌으로 합금한 폴리아미드 프로필렌 알로이수지를 메트릭스로 하고 기존의 무기충진제와 보강제를 일정부분 중공 다공질의 경량성 충진제로 대체하여 10%이상의 비중저감을 시키고 특수무기계 미세발포제를 첨가하여 총15% 이상의 비중저감을 실현시키고, 플라스틱 성형물에 다공성을 부여하여 진동, 소음의 차음 성능을 한층 더 향상시킨 자동차 흡기계 하우징용 다공성 플라스틱 수지 조성물에 관한 것으로서 본 발명에서는 압출, 가공 및 사출 가공 조제로서 열 안정제, 1, 2차 산화방지제, 내외부활제, 착색용 마스터 배치 등을 첨가할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 흡기계 하우징용 다공성 플라스틱 조성물로 제조된 자동차 흡기계 하우징 부품을 제공한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 흡기계 하우징용 다공성 플라스틱 조성물로 제조된 자동차 엔진 샷시를 제공한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면 본 발명은 흡기계 하우징용 다공성 플라스틱 조성물로 제조된 자동차 내장 부품을 제공한다. 본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 흡기계 하우징용 다공성 플라스틱 조성물로 제조된 자동차 외장 부품을 제공한다.

다음은 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는바 다음 실시예에 의하여 본 발명이 한정 되는 것은 아니다.

실시예 1-6 및 비교예 1-6

하기 표1에 나타낸 구성성분 및 사용량으로 A, B, C 3종의 메트릭스 수지와 무기충진 D1, 강화제 D2에 중공질, 다공질 무기 충전제 및 미세 발포제를 조합하여 압출 가공시 35 mm, 2축 압출기에서 메트릭스 수지와 첨가제 및 무기 발포제는 예비 혼련기에서 10분정도 혼련시켜 주투입구로 투입하고 무기 충전제 또는 유리단섬유는 2차투입구 측면공급장치 2개중 1개에 투입하고 다른 측면공급장치 1개에 나머지 중공질, 다공질 충진제를 혼합 투입시켰다.

압출기 실린더와 다이스 온도는 메트릭스 수지의 용융점 이상온도 (15℃이상)에서 스크류 회전속도는 350 rpm으로 용융 혼련 후 냉각수조를 통해 생성된 스트렌드(가락)를 냉각 및 제립, 선별과정을 거쳐 최종공정으로 제습, 건조장치에서 100℃, 3시간이상 건조하여 제조하였다.

실험 예: 물성 측정 및 차음 성능 평가

상기 실시 예 1-6 및 비교 예 1-6의 조성에 의해 제조된 수지의 기계적 물성 측정 및 차음 성능 평가를 위하여 아래의 실험 규격(ASTM)에서 규정한 시편을 제작하여 규격 실험 방법에 따라 측정 후 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

(1) 인장강도

ASTM D 638(Standard Test Method for Tensile Properties of Plastic) 규격에 준하여 측정용 시편을 제작하여 만능시험기(UTM)를 사용, 인장강도(Tensile Strength) 및 신율(Elongation at Break) 값을 측정하였다.

(인장강도[Pa]=최대 Load[N] / 초기 시료의 단면적[m²]

신율(%)= 파단점까지의 늘어난 길이 / 초기 길이)

(2) 굴곡강도

ASTM D790(Standard Test Method for Tensile Properties of Plastic) 규격에 준하여 측정용 시편을 제작하여 만능시험기(UTM)를사용, 굴곡강도(Flexural Strength) 및 굴곡탄성율(Flexural Modulus)를 측정하였다.

(3) 충격강도

ASTM D256(Standard Test Method for Tensile Properties of Plastic) 규격에 준하여 측정용 시편을 제작하여 아이조드 충격 시험기(Izod Impact Tester)를 사용, 충격강도(Impact Strength)를 측정하였다.

(4) 비중

ASTM D792(Standard Test Method for Tensile Properties of Plastic) 규격에 준하여 측정용 시료(무게 200g, 면적 60x80x30mm 미만)를 제작하여 전자비중측정기(Electron Specific Gravity Tester)를 사용, 비중(Specific Gravity)을 측정하였다.

(5) 차음 성능 평가

본 발명의 차음 성능 평가 방법은 ASTM E1050-07 임피던스 튜브를 사용한 흡음률 측정방법으로 흡음률 계수를 산출하여 다음의 식으로 정의된다.

흡음률 α=1-반사음주파수/입사음주파수(입사주파수:100-5000Hz, 1/3oct 간격)

시료 1은 두께 3.2 mm x 지름 98.8 mm x 3개의 평균값과 시료 2는 두께 3.2 mm x 지름 28.8 mm x 3개의 평균값을 대체 소재의 시료와 비교 평가하여 노말음향 인피던스의 신호처리 및 측정장비는 Symphonie 01dB를 사용하였다.

상기 표 2에서 나타난 바와 같이 기존의 적용소재(비교예1 = PP/탈크 20중량%, 비교예6 = PA6/GF 30중량%)의 기계적 강도에 있어 폴리프로필렌계 실시 예1, 4의 경우는 유사 수준이거나 더욱 우수하며 폴리아미드계는 실시 예2, 5의 경우는 다소 떨어지게 나타났지만 결국 차음 성능을 개선하기 위하여 실제 제품에서 요구되는 폴리프로필렌계 복합수지의 규격을 초과하는 고강성 수지를 적용하였기 때문에 기계적 강도면에서는 본 발명의 신소재 로는 모두 가용한 수준으로 평가 되었다. 본 발명의 개선 주요 특성이 기존 소재 대비 비중저감 15%와 차음성능(임피던스 튜브법 흡음률α)을 향상시켜 비중저감과 원가절감측면에서는 실시예1 및 4, 실시예3 및 6, 실시예2 및 5의 순으로 유리하게 나타났으며, 차음 성능과 기계적 강도 측면에서는 그 역순으로 나타났다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기존 소재 대비 15% 비중 저감과 차음성능이 현저히 향상된 자동차 흡기계 하우징용 다공성 플라스틱 수지 조성물의 개선 목표를 달성하게 되었다.