KR101927557B1

KR101927557B1 - 사출 성형체의 제조 방법

Info

Publication number: KR101927557B1
Application number: KR1020137024304A
Authority: KR
Inventors: 고지 야마구치; 마사루 다테야마; 노부히코 시미즈; 히로노리 이마이
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2018-12-10
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: WO2012117975A1; CN103384588B; US9296175B2; EP2682248A4; US20130337253A1; CN103384588A; JP5768811B2; EP2682248A1; JPWO2012117975A1; KR20140006952A; EP2682248B1

Abstract

본 발명은 열가소성 수지에 사출 성형체 내에서의 중량 평균 섬유 길이가 300 ㎛ 이상이 되도록 섬유상 충전재를 배합하여 이루어지는 섬유 강화 열가소성 수지 조성물을 포함하고, 두께 방향으로 스킨층, 코어층, 스킨층을 이 순서대로 갖는 사출 성형체이며, 사출 성형시 수지 조성물의 흐름 방향과 직각인 방향을 0도로 한 경우에 섬유상 충전재의 주배향 방향이 40도 이하가 되는 코어층의 두께가, 사출 성형체의 두께에 대하여 20％ 이하인 것을 특징으로 하는 사출 성형체, 및 그의 제조 방법을 제공한다. 성형품 내 강도의 이방성이 적고, 휘어짐이 매우 적은 성형품을 얻을 수 있다.

Description

사출 성형체의 제조 방법{FABRICATION METHOD FOR INJECTION FORMED BODY}

본 발명은 열가소성 수지와 섬유상 충전재를 배합하여 이루어지는 섬유 강화 열가소성 수지 조성물을 포함하는 사출 성형체와 그의 제조 방법에 관한 것으로, 사출 성형체 내의 섬유상 충전재의 중량 평균 섬유 길이가 300 ㎛ 이상이고, 강도 변동이 적고 휘어짐이 적은 사출 성형체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

더욱 상세하게는 사출 성형에 의해 두께 방향으로 스킨층, 코어층, 스킨층의 3층이 형성된 사출 성형체이며, 섬유상 충전재가 랜덤 배향된 스킨층과, 섬유상 충전재가 사출 성형시의 흐름 방향과 직각인 방향으로 배향된 코어층을 갖고, 코어층의 두께를 작게 함으로써, 사출 성형체 전체적으로 고강도화되며, 휘어짐이 적어진 사출 성형체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

열가소성 수지는 우수한 성형 가공 특성으로부터 다양한 가공법, 예를 들면 사출 성형, 블로우 성형, 시트 성형, 필름 성형, 압출 성형, 프레스 성형 등에 의해 성형되고, 전기·전자 기기, OA 기기, 자동차용 기기, 잡화 등 광범위한 용도의 제품의 제조에 사용되고 있다. 그 중에서도, 사출 성형은 높은 생산성, 높은 형상 자유도로부터, 열가소성 수지의 주가공 방법으로 되어 있다.

또한, 열가소성 수지에 있어서 특히 높은 강도, 강성, 내열성이 요구되는 경우에는, 섬유상 충전재를 첨가하여 소재를 개질하는 수법이 일반적으로 채용되고 있다. 그러한 소재의 대표적인 예로는, 열가소성 수지를 펠릿화할 때에 압출기로 열가소성 수지를 유리 섬유나 탄소 섬유와 함께 용융 혼련하여 얻어진 섬유 강화 열가소성 수지 펠릿을 들 수 있다. 그러나, 이와 같이 하여 얻어진 섬유 강화 열가소성 수지 펠릿을 이용하여 사출 성형하면, 섬유 충전재가 코어층에서는 사출 성형시의 수지의 흐름과 직각인 방향으로 배향되고, 스킨층에서는 수지의 흐름 방향으로 배향되기 때문에, 강도와 수축에 이방성이 발생한다. 그 결과, 얻어지는 성형체에 대해서 휘어짐이 커진다는 결점을 갖고 있었다.

이러한 결점을 해소하는 수법으로서, 성형체 내의 잔존 섬유 길이를 장척화하여 강도와 휘어짐 감소를 목적으로 한 장섬유 펠릿의 개발이 행해지고 있다. 그러나 장섬유 펠릿을 사용하더라도, 통상의 사출 성형을 행하면 스킨층과 코어층에서 섬유의 배향 방향이 다르기 때문에, 충분한 효과가 얻어지지 않는 상황에 있다.

휘어짐을 방지하는 성형 방법으로서, 특허문헌 1, 2에는 사출 프레스 성형법이 기재되어 있지만, 성형품 내의 섬유의 배향을 제어하는 수법에 대해서는 기재가 없다. 또한, 성형체 내의 휘어짐의 감소 방법으로서, 특허문헌 3에는 배합하는 수지에 특징을 갖게 함으로써 휘어짐을 감소시키는 효과를 기재하고 있지만, 섬유 배향의 이방성에 기인한 휘어짐의 제어를 의식한 것은 아니다. 또한, 성형체 내의 섬유의 배향을 교란시키는 수법으로서, 특허문헌 4에는 가동(可動) 인서트 다이(insert die)를 구비한 금형 구조가 기재되어 있다. 본 금형에서는, 캐비티면을 회전시켜 성형체로 성형하는 재료에 전단을 가하여 섬유의 배향을 교란시키는 수법인데, 배향을 교란시키는 양이 적으며, 성형체 형상에는 제한이 있다. 또한, 특허문헌 5에는 사출 프레스 성형용의 금형으로 더미 캐비티(dummy cavity) 구조를 갖는 성형 장치가 기재되어 있지만, 섬유 강화 수지의 성형에 대해서는 하등 기재되어 있지 않다.

일본 특허 공개 제2000-61969호 공보 일본 특허 공개 제2006-272849호 공보 일본 특허 공개 제2003-171564호 공보 일본 특허 공개 제2002-166452호 공보 일본 특허 공개 제2002-96356호 공보

본 발명의 과제는 상기한 바와 같은 종래 기술에 있어서의 문제점을 해결하고, 강도, 강성이 우수할 뿐 아니라, 성형체 내의 강도에 이방성이 적고, 휘어짐이 매우 적은 사출 성형체 및 그의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 사출 성형체는 열가소성 수지 (a)에, 사출 성형체 내에서의 중량 평균 섬유 길이가 300 ㎛ 이상이 되도록 섬유상 충전재 (b)를 배합하여 이루어지는 섬유 강화 열가소성 수지 조성물을 포함하고, 두께 방향으로 스킨층, 코어층, 스킨층을 이 순서대로 갖는 사출 성형체이며, 사출 성형시의 상기 섬유 강화 열가소성 수지 조성물의 흐름 방향과 직각인 방향을 0도로 한 경우에 상기 섬유상 충전재 (b)의 주배향 방향이 40도 이하가 되는 상기 코어층의 두께가, 사출 성형체의 두께(스킨층, 코어층, 스킨층을 이 순서대로 갖는 사출 성형체 전체의 두께)에 대하여 20％ 이하인 것을 특징으로 하는 것을 포함한다.

이러한 본 발명에 따른 사출 성형체에 있어서는, 스킨층, 코어층, 스킨층을 이 순서대로 갖는 사출 성형체에 있어서, 코어층의 두께를 종래의 성형체에 비하여, 사출 성형체 전체의 두께에 대하여 20％ 이하로 작게 억제했기 때문에, 코어층과 스킨층의 섬유상 충전재의 배향 방향이 서로 다른 것에서 기인하는 강도와 수축의 이방성에 의한 영향을 작게 억제할 수 있게 되어, 그 이방성에 의해 발생하는 성형체의 휘어짐을 매우 작게 억제하는 것이 가능해진다.

상기 본 발명에 따른 사출 성형체에 있어서, 상기 섬유상 충전재 (b)는, 사출 성형체 내에서의 중량 평균 섬유 길이가 600 ㎛ 이상이 되도록 배합되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열가소성 수지 (a)로는, 예를 들면 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리페닐렌술피드, 폴리이미드, 폴리에테르케톤 및 폴리에테르에테르케톤으로부터 선택되는 적어도 1종을 사용할 수 있다.

또한, 상기 섬유상 충전재 (b)로는, 예를 들면 탄소 섬유, 유리 섬유 및 아라미드 섬유로부터 선택되는 적어도 1종을 사용할 수 있다.

또한, 사출 성형체 전체의 두께로는 특별히 한정되지 않지만, 사출 성형체의 두께가 0.5 mm 내지 10 mm의 범위에 있으면, 본 발명에 의한 휘어짐의 감소 효과가 현저히 나타난다.

또한, 상기 스킨층에 있어서의 섬유상 충전재 (b)의 배향 방향은 가능한 한 랜덤인 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에 따른 사출 성형체는, 다음과 같은 제1 또는 제2 방법에 의해서 제조할 수 있다. 우선, 본 발명에 따른 제1 방법은 열가소성 수지 (a)에, 사출 성형체 내에서의 중량 평균 섬유 길이가 300 ㎛ 이상이 되도록 섬유상 충전재 (b)를 배합하여 이루어지는 섬유 강화 열가소성 수지 조성물을 사출 프레스 성형에 의해 사출 성형하는 방법이며, 금형의 메인 캐비티(main cavity) 용량의 80 용량％ 이상을 상기 섬유 강화 열가소성 수지 조성물로 충전한 후에 프레스를 행하는 것을 특징으로 하는 사출 성형체의 제조 방법이다. 여기서 메인 캐비티란, 성형하여야 할 제품 형상과 동등한 형상으로 형성된 캐비티를 말한다.

이 제1 방법에 있어서는, 프레스 공정에서 섬유 강화 열가소성 수지 조성물의 유동 말단부로부터, 금형의 메인 캐비티 용량의 10 용량％ 이상의 섬유 강화 열가소성 수지 조성물을 금형의 메인 캐비티 밖으로(예를 들면, 성형하여야 할 제품 형상과 동등한 형상으로 형성된 메인 캐비티와는 상이한 더미 캐비티 내로) 압출하도록 할 수 있다.

또한, 상기 섬유 강화 열가소성 수지 조성물로는, 상기 섬유상 충전재 (b)의 길이가 펠릿과 동일한 길이인 장섬유 펠릿을 사용할 수 있고, 그것을 이용하여 사출 프레스 성형을 행할 수 있다.

본 발명에 따른 제2 방법은 열가소성 수지 (a)에, 사출 성형체 내에서의 중량 평균 섬유 길이가 300 ㎛ 이상이 되도록 섬유상 충전재 (b)를 배합하여 이루어지는 섬유 강화 열가소성 수지 조성물을, 사출 개시 후에 금형을 조이기 시작하는 사출 프레스 성형에 의해 사출 성형할 때에, 금형을 조이기 시작하는 시간(tps)과 사출이 종료되는 시간(tif)의 차(t1)와 사출이 종료되는 시간(tif)과 금형 조이기가 종료되는 시간(tpf)의 차(t2)의 비율(t2/t1)이 1.1 이상이 되는 조건으로 사출 성형하는 것을 특징으로 하는 사출 성형체의 제조 방법이다.

이 제2 방법에서도, 상기 섬유 강화 열가소성 수지 조성물로서, 상기 섬유상 충전재 (b)의 길이가 펠릿과 동일한 길이인 장섬유 펠릿을 사용할 수 있고, 그것을 이용하여 사출 프레스 성형을 행할 수 있다.

본 발명에 따른 사출 성형체 및 그의 제조 방법에 따르면, 사출 성형체의 두께에 대한 코어층의 두께를 작게 할 수 있고, 얻어진 사출 성형체는 섬유상 충전재가 수지의 흐름에 대하여 직각 방향으로 강하게 배향하고 있는 코어층이 작아지기 때문에, 코어층과 스킨층 사이의 이방성에 의한 영향을 적게 억제할 수 있고, 이방성에서 기인하는 휘어짐을 매우 작게 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 사출 성형체는, 특히 저휘어짐 특성이 요구되는 성형체, 예를 들면 전기, 전자 기기의 하우징이나 섀시, 기어, 자동차 부품의 후드, 도어 패널, 지붕, 백도어, 도어 인너(door inner), 라디에이터 코어 서포트(radiator core support) 등에 있어서 바람직하게 사용할 수 있다. 그 중에서도, 대면적의 대형 부품에 바람직하게 사용할 수 있다.

[도 1] 단섬유 강화 수지 조성물을 포함하는 사출 성형체의 섬유의 배향 상태를 나타낸 모식도이다.
[도 2] 장섬유 강화 수지 조성물을 포함하는 사출 성형체의 섬유의 배향 상태를 나타낸 모식도이다.
[도 3] 본 발명의 제1 방법에 있어서의 사출 프레스 성형에 이용하는 금형 구조의 일례를 나타내는 개략 구성도이고, 실시예에서 물성 평가에 이용한 금형의 개략 구성도이다.
[도 4] 본 발명의 제1 방법의 사출 프레스 성형 공정에 있어서, 사출 성형 전의 금형이 개방된 상태를 나타내는 개략 구성도이다.
[도 5] 본 발명의 제1 방법의 사출 프레스 성형 공정에 있어서, 클램핑(clamping)을 행하여 소정의 형(型) 개방량을 유지한 상태를 나타내는 개략 구성도이다.
[도 6] 본 발명의 제1 방법의 사출 프레스 성형 공정에 있어서, 소정의 형 개방량을 유지시킨 상태에서의 사출, 충전의 실시를 나타내는 개략 구성도이다.
[도 7] 본 발명의 제1 방법의 사출 프레스 성형 공정에 있어서, 프레스를 실시하고 여분의 수지 조성물을 더미 캐비티로 압출한 상태를 나타내는 개략 구성도이다.
[도 8] 본 발명의 제2 방법에 있어서의 사출 프레스 성형에 이용하는 금형 구조의 일례를 나타내는 개략 구성도이고, 실시예에서 물성 평가에 이용한 금형의 개략 구성도이다.
[도 9] 본 발명의 제2 방법의 사출 프레스 성형 공정에 있어서, 사출 성형 전에 금형이 개방된 상태를 나타내는 개략 구성도이다.
[도 10] 본 발명의 제2 방법의 사출 프레스 성형 공정에 있어서 클램핑을 행하여 소정의 형 개방량을 유지시키고, 사출을 개시한 상태를 나타내는 개략 구성도이다.
[도 11] 본 발명의 제2 방법의 사출 프레스 성형 공정에 있어서, 소정의 형 개방량을 유지시킨 상태에서 사출, 충전의 실시, 프레스의 개시를 나타내는 개략 구성도이다.
[도 12] 본 발명의 제2 방법의 사출 프레스 성형 공정에 있어서, 소정의 형 개방량을 유지시킨 상태에서 사출, 충전의 실시, 프레스의 종료를 나타내는 개략 구성도이다.
[도 13] 본 발명의 제2 방법의 사출 프레스 성형 공정에 있어서, 금형 조이기를 개시한 후에 사출을 종료하는 시점을 나타낸 도면이다.
[도 14] 본 발명의 제2 방법의 사출 프레스 성형 공정에 있어서, 사출 종료 후에 금형 조이기를 개시하는 시점을 나타낸 도면이다.
[도 15] 본 발명에서의 특성을 평가하기 위한 사출 성형체의 형상을 나타낸 도면이다.
[도 16] 휘어짐 양을 평가하기 위한 성형체 성형용 금형의 구조를 나타내는 개략 구성도이다.
[도 17] 휘어짐 양을 평가하기 위한 성형체의 개략 사시도이다.
[도 18] 실시예 1의 사출 성형체의 섬유의 배향 계측 결과를 나타낸 도면이다.
[도 19] 비교예 1의 사출 성형체의 섬유의 배향 계측 결과를 나타낸 도면이다.
[도 20] 비교예 4의 사출 성형체의 섬유의 배향 계측 결과를 나타낸 도면이다.
[도 21] 실시예 16의 사출 성형체의 섬유의 배향 계측 결과를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 대해서 실시 형태를 상세히 설명한다.

본 발명에서는, (a) 열가소성 수지와 (b) 섬유상 충전재를 배합하여 이루어지는 섬유 강화 열가소성 수지 조성물을 사출 성형하는데, 사출 성형한 성형체에 있어서 사출 성형체 내의 중량 평균 섬유 길이는 300 ㎛ 이상이다. 이러한 섬유 강화 열가소성 수지 조성물을 포함하는 사출 성형체는, 성형체를 제조할 때에 열가소성 수지 조성물의 흐름에 대하여 직각인 방향(이후, TD 방향이라고도 함)으로 섬유상 충전재가 배향되는 코어층과, 열가소성 수지 조성물의 흐름 방향(이후, MD 방향이라고도 함)으로 섬유상 충전재가 주로 배향되는 스킨층이 형성된다.

본 발명에서의 사출 성형체 내의 중량 평균 섬유 길이는, 사출 성형체를 500℃에서 2시간 회화(灰化) 처리하고, 성형체 내의 섬유상 충전재를 취출하고, 취출한 섬유상 충전재를 물에 넣어 초음파 세정기를 이용하여 균일 분산시키고, 1 cc를 10×10 mm의 오목부를 갖는 페트리 접시에 샘플링한 후 건조시키고, 페트리 접시 내의 섬유상 충전재의 사진을 찍어, 약 1000개의 길이를 계측하여 하기 수학식에 의해 산출한 값이다.

중량 평균 섬유 길이=Σ(Mi²×Ni)/Σ(Mi×Ni)

Mi: 섬유 길이(mm)

Ni: 개수

사출 성형체 내의 섬유상 충전재가 300 ㎛ 미만의 일반적으로 단섬유 펠릿이라 불리는 수지 조성물을 이용한 경우, 예를 들면 도 1에 도시한 바와 같이, 스킨층 (1)에서는 단섬유 (3)이 MD 방향(수지의 흐름 방향)으로 강배향되고, 코어층 (2)에서는 단섬유 (4)가 TD 방향(수지의 흐름에 대하여 직각 방향)으로 강배향된 구조가 된다. 이 때문에 코어층 두께를 얇게 하더라도 이방성은 작아지지 않아, 휘어짐 감소 효과는 한정적이 되어 본 발명에 의한 효과를 발현할 수 없다.

사출 성형체 내의 섬유상 충전재가 길어지면(즉, 장섬유가 되면), 예를 들면 도 2에 도시한 바와 같이, 코어층 (2)의 섬유의 배향은 수지의 흐름에 직각인 방향 그대로이지만, 스킨층 (1)에서 장섬유 (5)의 배향은 교란되는 경향이 있다. 특히 사출 성형체 내의 섬유상 충전재의 중량 평균 섬유 길이가 300 ㎛ 이상이 되면 스킨층의 배향이 교란되기 시작한다. 또한, 배향이 강한 코어층을 얇게 함으로써 사출 성형체의 휘어짐을 크게 저하시킬 수 있다. 또한 사출 성형체 내의 섬유상 충전재의 중량 평균 섬유 길이가 600 ㎛ 이상이면 스킨층의 배향이 더욱 교란되어, 물성의 이방성이 적어지고 휘어짐이 대폭 감소하기 때문에 보다 바람직하다.

사출 성형체 내의 섬유상 충전재의 중량 평균 섬유 길이를 길게 하는 방법으로는, 섬유상 충전재의 길이가 펠릿과 동일한 길이인 장섬유 펠릿을 이용하여 사출 성형하는 것이 바람직하다. 그러나, 장섬유 펠릿을 이용하더라도 통상의 방법으로 사출 성형을 행하면, 열가소성 수지 조성물의 흐름에 대하여 직각 방향으로 섬유상 충전재가 배향하는 코어층의 두께는 성형체의 두께에 대하여 약 30 내지 50％가 되기 때문에, 코어층의 영향이 강하고 성형체의 강도가 스킨층과 코어층에서 달라, 사출 성형체에 휘어짐이 발생한다. 본 발명에 따른 사출 성형체에서는, 후술하는 바와 같은 제1 방법 또는 제2 방법을 채용함으로써, 코어층의 두께를 성형체의 두께에 대하여 20％ 이하로 할 수 있기 때문에, 코어층의 영향을 억제하고 물성의 이방성을 억제할 수 있어, 휘어짐이 적은 사출 성형체를 얻을 수 있다.

본 발명에서는, 코어층의 두께를 사출 성형체의 두께에 대하여 20％ 이하로 한다. 여기서 코어층의 두께는 야마토 머티리얼사 제조 3차원 계측 X선 해석 장치(TDM1000IS형)를 이용하여, 사출 성형체 내의 섬유상 충전재의 화상 데이터를 얻고, 얻어진 화상 데이터를 라톡 시스템 엔지니어링사 제조의 3차원 화상 처리 소프트웨어 TRI 시리즈로 섬유상 충전재와 열가소성 수지를 2치화한 후, 각 섬유의 배향 방향으로부터 주배향 방향을 산출하여, 성형체를 제조할 때의 수지 조성물의 흐름 방향을 90도, 수지 조성물의 흐름 방향과 직각인 방향을 0도로 한 경우에, 주배향 방향이 40도 이하가 되는 부분을 코어층이라 하고, 그의 두께를 결정한다. 또한, 스킨층의 섬유상 충전재의 배향 방향은 야마토 머티리얼사 제조 3차원 계측 X선 해석 장치(TDM1000IS형)를 이용하여, 사출 성형체 내의 섬유상 충전재의 화상 데이터를 얻고, 얻어진 화상 데이터를 라톡 시스템 엔지니어링사 제조의 3차원 화상 처리 소프트웨어 TRI 시리즈로 섬유상 충전재와 열가소성 수지를 2치화한 후, 각 섬유의 배향 방향으로부터 주배향 방향을 산출하여, 주배향 방향의 ±10°이내에 전체 섬유의 40％ 이하가 분포하는 상태를 랜덤인 배향 상태로 한다.

다음으로, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 사출 성형체를 제조하기 위한, 본 발명의 사출 프레스 성형 방법(제1 방법 및 제2 방법)에 대해서 설명한다.

우선, 본 발명의 사출 프레스 성형의 제1 방법은, 소정의 형 개방 상태에서 섬유 강화 열가소성 수지 조성물을 캐비티 내에 충전시켜 스킨층을 형성한 후, 프레스하여(형을 조여) 코어층의 수지를 유출시킴으로써 코어층의 두께를 제어하는 방법이다. 사출 프레스 성형에 이용하는 성형기는 기존의 사출 프레스 가능한 기계이면 어느 것도 사용 가능하며, 횡형 또는 종형 중 어느 것도 사용 가능하다.

사출 프레스 성형할 때의 프레스를 개시하는 시점은 코어층의 두께를 제어하는 데에 있어서 중요하며, 사출 성형체 전체의 두께에 대한 코어층의 두께를 제어하는 관점에서, 프레스 전에 금형의 메인 캐비티 용량의 80％ 이상의 수지 충전이 완료된 후에 프레스를 개시하는 것이 중요하다. 또한, 수지의 흐름에 대하여 직각 방향으로 섬유상 충전재가 배향되는 코어층의 수지가 프레스 공정에서 메인 캐비티 밖으로 배출되는 더미 캐비티를 갖는 구조의 사출 성형 금형을 이용하는 것이 바람직하다. 이 더미 캐비티는, 프레스 공정에서 코어층의 수지를 충분히 배출할 수 있도록(압출할 수 있도록) 메인 캐비티 용량의 10 용량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명의 사출 성형의 제1 방법에 이용하는 바람직한 금형 구조와 사출 성형 공정을 도 3 내지 7을 이용하여 설명한다. 도 3은 기본적인 금형 구조를 예시하고 있다. 본 금형은 도 3에 도시한 바와 같이, 가동측의 금형 (6)과 고정측의 금형 (7), 인로우 구조의 메인 캐비티 (8)과 더미 캐비티 (9), 스프링식 가동 인서트 다이 (10), 핫 런너(hot runner) 시스템 (11), 성형품을 캐비티로부터 취출하기 위한 이젝터로서의 돌출핀 (12)와 이젝터 플레이트 (13)을 포함한다.

다음으로 성형 공정을 설명한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 금형을 개방한 상태에서부터 가동측 금형 (6)을 움직여 형 폐색을 개시한다. 다음으로 도 5에 도시한 바와 같이, 소정의 형 개방량으로 정지시키고 사출을 개시한다. 다음으로 도 6에 도시한 바와 같이, 핫 런너 시스템 (11)을 통해 캐비티 (8)에 섬유 강화 열가소성 수지 (14)를 충전한다. 그 후 도 7에 도시한 바와 같이, 프레스를 개시하여, 충전시킨 섬유 강화 열가소성 수지의 일부를 더미 캐비티 (9)로 압출하고, 냉각 고화 후에 이젝터 (12)와 이젝터 플레이트 (13)을 이용하여 사출 성형체 (15)를 취출한다.

이러한 본 발명의 제1 방법으로 얻어진 사출 성형체는 물성의 이방성이 작기 때문에, 특이적으로 강도가 약한 부분이 존재하지 않고 안정적인 제품 강도와 매우 작은 휘어짐 특성을 갖는다.

다음으로, 본 발명의 사출 프레스 성형의 제2 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 사출 프레스 성형의 제2 방법은, 상기 제1 방법과 마찬가지로 소정의 형 개방 상태에서 섬유 강화 열가소성 수지 조성물을 캐비티 내에 충전(사출)시켜 스킨층을 형성한 후, 프레스하여(형을 조여) 코어층의 수지를 유출시킴으로써 코어층의 두께를 제어하는 방법이다. 사출 프레스 성형에 이용하는 성형기는 기존의 사출 프레스 가능한 기계이면 어느 것도 사용 가능하며, 횡형 또는 종형 중 어느 것도 사용 가능하다.

사출 프레스 성형할 때의 프레스를 개시하는 시점은 코어층의 두께를 제어하는 데에 있어서 중요하며, 본 발명의 제2 방법에서는, 사출 개시 후에 금형을 조이기 시작하는 사출 프레스 성형에 의해 사출 성형한다. 이 때, 사출 성형체 전체의 코어층의 두께를 제어하는 관점에서 사출 개시 시간(tis)부터 프레스 개시 시간(금형을 조이기 시작하는 시간)(tps)까지의 차를 t0으로 하고, 프레스 개시 시간(tps)부터 사출 종료 시간(tif)까지의 차를 t1로 하고, 사출 종료 시간(tif)부터 프레스 종료 시간(tpf)까지의 차를 t2로 하면, t1과 t2의 비율(t2/t1)이 1.1 이상이 되는 시점에 사출과 금형 조이기(프레스)를 행한다. 더욱 바람직하게는, t0/t1을 1.1보다 크게 하는 것이다. 또한, 사출 종료 후에 프레스(금형 조이기)를 개시하는 방법(후술하는 도 14)일 수도 있다.

본 발명의 사출 성형의 제2 방법에 이용하는 바람직한 금형 구조와 사출 성형 공정을 도 8 내지 도 12를 이용하여 설명한다. 도 8은 기본적인 금형의 구조를 예시하고 있다. 본 금형은, 도 8에 도시한 바와 같이, 가동측의 금형 (21)과 고정측의 금형 (22), 인로우 구조의 캐비티(23), 핫 런너 시스템 (24), 성형품을 캐비티로부터 취출하기 위한 이젝터로서의 돌출핀 (25)와 이젝터 플레이트 (26)을 포함한다.

다음으로 상기 제2 방법에 있어서의 성형 공정을 설명한다. 도 9에 도시한 바와 같이 금형을 개방한 상태에서부터, 가동측 금형 (21)을 움직여 형 폐쇄를 개시한다. 다음으로 도 10에 도시한 바와 같이, 소정의 형 개방량으로 정지시키고 핫 런너 시스템 (24)를 통해 사출을 개시한다. 다음으로 도 11에 도시한 바와 같이, 캐비티 (23)에 섬유 강화 열가소성 수지 조성물 (27)을 충전시킨다. 그 후, 도 12에 도시한 바와 같이 금형 조이기를 개시하여, 충전된 섬유 강화 열가소성 수지를 유동시키고, 냉각 고화 후에 이젝터 (25)와 이젝터 플레이트 (26)을 이용하여 사출 성형체 (28)을 취출한다.

이와 같이 본 발명의 제2 방법으로 제조된 사출 성형체 또한 물성의 이방성이 작기 때문에, 특이적으로 강도가 낮은 부분이 존재하지 않고 안정적인 제품 강도와 매우 작은 휘어짐 특성을 갖는다.

상기 제2 방법에 있어서의 사출과 금형 조이기의 개시 및 종료의 시점은, 도 13 또는 도 14와 같이 나타낼 수 있다.

본 발명에서 이용하는 열가소성 수지 (a)로는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 수지, 폴리스티렌 수지, ABS 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리카르보네이트 수지, 나일론 수지, PBT(폴리부틸렌테레프탈레이트) 수지, PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 수지, PPS(폴리페닐렌술피드) 수지, LCP(액정 폴리에스테르) 수지, PEEK(폴리에테르에테르케톤) 수지 등을 유용하게 사용할 수 있고, 추가로 이들을 2종 이상 블렌드하여 사용할 수도 있다.

또한, 본 발명에서 이용하는 섬유상 충전재 (b)로서, 제1 방법에서는 직경(섬유 직경)이 1 내지 20 ㎛인 것이 바람직하다. 섬유 직경이 1 ㎛ 미만이면 분산이 악화되고, 20 ㎛를 초과하면 이물질 효과가 강해져 강도가 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 더욱 바람직하게는 5 내지 15 ㎛의 섬유 직경이 분산과 보강 효과의 균형 측면에서 바람직하다. 또한, 제2 방법에서는 직경(섬유 직경)이 1 내지 30 ㎛인 것이 바람직하다. 섬유 직경이 1 ㎛ 미만이면 분산이 악화되고, 30 ㎛를 초과하면 이물질 효과가 강해져 강도가 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 더욱 바람직하게는 3 내지 15 ㎛의 섬유 직경이 분산과 보강 효과의 균형 측면에서 바람직하다.

또한 본 발명에서는, 통상 섬유 강화 열가소성 수지 조성물을 펠릿으로 하여 성형한다. 섬유 강화 열가소성 수지 조성물을 포함하는 펠릿은

(1) 열가소성 수지 (a)와 섬유상 충전재 (b)를 블렌드하여 용융 압출하는 방법

(2) 용융된 열가소성 수지 (a) 중에 연속하는 섬유상 충전재 (b)를 침지시켜 함침시킨 후 인발하는 방법

(3) 연속하는 섬유상 충전재 (b)의 주위에 열가소성 수지 (a)를 피복하고 커팅하는 방법

(4) 연속하는 섬유상 충전재 (b)의 주위에 열가소성 수지 (a)를 피복하고 연속하는 섬유를 연사(twisting)하여 수지를 함침시키는 방법

등에 의해 제조할 수 있다.

특히 사출 성형체 내의 섬유상 충전재의 중량 평균 섬유 길이를 300 ㎛ 이상으로 하기 위해서는, 열가소성 수지 (a) 중에 연속하는 섬유상 충전재 (b)를 침지시키고 함침시킨 후 인발하는 방법이나, 연속하는 섬유상 충전재 (b)의 주위에 열가소성 수지 (a)를 피복하고 커팅하는 방법이나, 연속하는 섬유상 충전재 (b)의 주위에 열가소성 수지 (a)를 피복하고 연속하는 섬유를 연사하여 수지를 함침시키는 방법이나, 연속하는 섬유상 충전재 (b)에 저점도 수지 등을 예비 함침시킨 후에 열가소성 수지 (a)를 피복하고 커팅하는 방법에 의해 얻어지는 펠릿을 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 이용되는 섬유상 충전재 (b)로는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 전체 방향족 폴리아미드 섬유, 금속 섬유 등을 들 수 있지만, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유가 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 탄소 섬유로는, 예를 들면 폴리아크릴로니트릴(PAN)계, 피치계, 셀룰로오스계 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 강도나 탄성률 등이 우수한 PAN계 탄소 섬유가 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 PAN계 탄소 섬유로는, 인장 파단 신장이 1.0％ 이상인 탄소 섬유가 바람직하다. 인장 파단 신장이 1.0％ 미만인 경우, 본 발명의 수지 조성물의 제조 공정이나 사출 성형 공정에서 탄소 섬유의 파단이 발생하기 쉬워, 탄소 섬유의 성형체 내의 잔존 섬유 길이를 늘릴 수 없어 기계 특성이 떨어지게 된다.

또한, 특히 상술한 종래 기술의 문제점을 보다 확실하게 해결하기 위해서는, 상기 탄소 섬유의 인장 파단 신장은 1.5％ 이상, 보다 바람직하게는 1.7％ 이상, 더욱 바람직하게는 1.9％ 이상인 것이 바람직하다. 본 발명에 이용하는 PAN계 탄소 섬유의 인장 파단 신장에 상한은 없지만, 일반적으로는 5％ 미만이다.

이러한 PAN계 탄소 섬유의 방사 방법으로는, 습식 방사, 건습식 방사 등을 들 수 있고, 요구 특성에 따라 임의의 방사 방법을 선택할 수 있다.

본 발명에서 이용하는 유리 섬유로는, 일반적으로 시판되고 있는 유리 섬유이면 모두 사용 가능하지만, 예를 들면 E 유리의 섬유가 비용과 성능 측면에서 바람직하다.

섬유상 충전재 (b)에는 표면 처리하여 열가소성 수지 (a)와의 친화성을 부여하는 것도 가능하다. 예를 들면 실란계 커플링제, 보란계 커플링제, 티타네이트계 커플링제 등이 사용 가능하고, 상기 실란계 커플링제로는 아미노실란계 커플링제, 에폭시실란계 커플링제 또는 아크릴실란계 커플링제 등을 사용할 수 있다.

본 발명에서 바람직하게는 섬유 강화 열가소성 수지 조성물을 펠릿으로서 사출 성형하는데, 펠릿의 형상은 특별히 제한은 없고, 제1 방법에 있어서는 펠릿의 길이로서 예를 들면 통상 3 내지 15 mm의 범위를 채용할 수 있다. 펠릿의 길이가 너무 짧으면, 사출 성형체 내의 잔존 섬유 길이가 짧아져 스킨층의 수지 흐름 방향으로의 섬유의 배향이 강해져 이방성이 발생할 뿐 아니라 강도, 내충격성이 저하될 우려가 있다. 또한 펠릿 길이가 너무 길면 성형기에서의 교합 불량을 일으키는 경우가 있기 때문에, 펠릿 길이는 3 내지 12 mm가 바람직하고, 6 내지 10 mm가 더욱 바람직하다. 또한, 제2 방법에 있어서는, 예를 들면 3 내지 30 mm 범위 길이의 장섬유 펠릿을 사용할 수 있다. 상기와 마찬가지로 펠릿의 길이가 너무 짧으면, 사출 성형체 내의 잔존 섬유 길이가 짧아져 스킨층의 수지 흐름 방향으로의 섬유의 배향이 강해져 이방성이 발생할 뿐 아니라 강도, 내충격성이 저하될 우려가 있다. 또한 펠릿 길이가 너무 길면 성형기에서의 교합 불량을 일으키는 경우가 있기 때문에, 펠릿 길이는 3 내지 20 mm가 바람직하고, 4 내지 20 mm가 더욱 바람직하다.

또한, 섬유 강화 열가소성 수지 조성물에는, 용도에 따라 각종 첨가제, 예를 들면 분산제, 윤활제, 가소제, 산화 방지제, 대전 방지제, 광 안정제, 자외선 흡수제, 금속 불활성제, 결정화 촉진제, 발포제, 착색제, 가교제, 항균제 등 공지된 첨가제를 배합할 수 있다.

본 발명에 이용하는 섬유상 충전재 (b)의 함유량은 특별히 제한은 없지만, 제1 방법에서는 예를 들면 열가소성 수지 (a) 100 중량부에 대하여, 5 중량부 내지 50 중량부의 범위가 바람직하다. 5 중량부 미만이면 코어층을 제어하더라도 강도에 대한 영향이 적고, 50 중량부 초과이면 증점에 의한 성형성의 저하가 커서 사출 프레스 성형에 의한 코어층의 박육화가 곤란해진다. 더욱 바람직하게는 10 중량부 내지 40 중량부가 얻어지는 사출 성형체의 도전성, 기계적 강도, 경제성 측면에서 바람직하다. 또한, 제2 방법에서는, 예를 들면 열가소성 수지 (a) 100 중량부에 대하여 3 중량부 내지 50 중량부의 범위가 바람직하다. 상기와 마찬가지로 3 중량부 미만이면 코어층을 제어하더라도 강도에 대한 영향이 적고, 50 중량부 초과이면 증점에 의한 성형성의 저하가 커서 사출 프레스 성형에 의한 코어층의 박육화가 곤란해진다. 사출 성형체의 기계적 강도, 경제성, 도전성 측면에서 5 중량부 내지 40 중량부가 더욱 바람직하다.

[실시예]

이하에 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 재료 특성 평가에 대해서는 하기의 방법에 따라서 행하였다.

[굽힘 탄성률]

사출 프레스 성형(닛본 세이꼬죠사 제조 J110AD)에 의해 얻어진 도 15에 도시한 80 mm×80 mm×2 mmt의 시험편 (31)의 중앙부로부터, 폭 15 mm, 길이 80 mm의 직사각형으로 시험편을 잘라내고, 인스트론사 제조 5566형 시험으로 ISO178에 준거하여 굽힘 시험을 실시하여 굽힘 탄성률(GPa)을 얻었다.

[코어층 두께의 측정]

상기 방법으로 제조한 80 mm×80 mm×2 mmt 시험편의 중앙부로부터 한 변이 5 mm인 정사각형으로 잘라내고, 야마토 머티리얼사 제조 3차원 계측 X선 해석 장치(TDM1000IS형)를 이용하여 사출 성형품 내의 섬유상 충전재의 화상 데이터를 얻었다.

얻어진 화상 데이터를 라톡 시스템 엔지니어링사 제조의 3차원 화상 처리 소프트웨어 TRI 시리즈로 섬유상 충전재와 열가소성 수지를 2치화한 후, 각 섬유의 배향 방향으로부터 주배향 방향을 산출한다.

수지의 흐름 방향을 90도, 수지의 흐름 방향과 직각인 방향을 0도로 한 경우에 주배향 방향이 40도 이하인 부분을 코어층이라 하였다.

[섬유 길이 분포]

상기 방법으로 제조한 80 mm×80 mm×2 mmt 시험편으로부터 20 mm×20 mm로 잘라내고, 500℃에서 2시간 회화 처리하여 성형품 내의 탄소 섬유를 취출하였다. 취출한 탄소 섬유를 3리터의 물과 함께 비이커에 넣고, 초음파 세정기를 이용하여 탄소 섬유를 물에 균일 분산시켰다. 선단 8Φ의 스포이드로 탄소 섬유가 균일 분산된 수용액을 1 cc 흡취하고, 10×10 mm의 오목부를 갖는 페트리 접시에 샘플링한 후 건조시켰다. 페트리 접시 내의 탄소 섬유의 사진을 찍어, 약 1000개의 길이를 계측하여 평균 섬유 길이를 산출하였다. 계산식은 하기와 같다.

중량 평균 섬유 길이=Σ(Mi²×Ni)/Σ(Mi×Ni)

Mi: 섬유 길이(mm)

Ni: 개수

[휘어짐 양]

도 16에 도시한 가동측 금형 (32), 고정측 금형 (33), 메인 캐비티 (34), 더미 캐비티 (35)를 갖는 L자 금형을 이용하여 닛본 세이꼬죠사 제조 J110AD에서 도 17에 도시한 형상의 성형체 (36)을 성형하고, 성형하여야 할 규정 치수 70.7 mm와 성형체 (36)의 도 17에 도시한 치수 X(mm)를 측정하고, 하기 수학식에 의해 휘어짐 양(mm)을 산출하였다.

휘어짐 양(mm)=70.7-X

우선, 본 발명의 제1 방법의 실시예에 대해서 이하에 설명한다.

[참고 실시예 1]

우선 섬유상 충전재 (b)인 연속하는 PAN계 탄소 섬유 다발을 가열하고, 용융시킨 수지를 기어 펌프로 계량, 도포하였다. 이어서, 용융 온도보다 높은 온도로 가열한 분위기 중에서 수지를 탄소 섬유 다발 중에 함침시키고, 연속하는 탄소 섬유 다발과 수지의 복합체를 얻었다(함침 공정).

다음으로 열가소성 수지 (a)를 압출기의 호퍼(hopper)에 투입하고, 용융 혼련시킨 상태에서 피복 다이로 압출함과 동시에, 상기 피복한 복합체를 상기 피복 다이 중에 연속적으로 공급함으로써, 열가소성 수지 (a)를 포함하는 수지 조성물을 상기 복합체에 피복하고, 압출기의 토출량과 복합체의 공급량을 조정하여 탄소 섬유 함유량이 20 중량％인 연속 섬유 강화 수지 스트랜드를 얻었다(코팅 공정).

그 후, 상기 연속 섬유 강화 수지 스트랜드를 냉각·고화시키고, 커터를 이용하여 6.0 mm 길이로 절단하여 심초형(sheath-core type)의 장섬유 펠릿을 얻었다.

본 펠릿을 이용하여 사출 프레스 성형한 성형체의 평가 결과는 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 기계 특성과 휘어짐 양이 우수한 것이었다. 또한, 이 참고 실시예 1의 사출 성형체의 섬유의 배향 계측 결과를 도 18에 도시하였다.

[참고 실시예 2 내지 5 및 비교예 1 내지 3]

참고 실시예 1에서 얻어진 장섬유 펠릿을 이용하여 표 1에 나타내는 성형 조건으로 한 것 이외에는 참고 실시예 1과 동등한 조건으로 성형을 행하였다. 본 성형체의 평가 결과를 표 1에 나타내었다. 이들 참고 실시예는 비교예 1 내지 3에 비하여 기계 특성과 휘어짐 양이 우수한 것이었다. 또한, 비교예 1의 사출 성형체의 섬유의 배향 계측 결과를 도 19에 도시하였다.

[참고 실시예 6]

상기 연속 섬유 강화 수지 스트랜드의 탄소 섬유 함유량을 30 중량％로 한 것 이외에는 참고 실시예 2와 동등하게 하였다. 본 성형체의 평가 결과는 표 1에 나타낸 바와 같이, 기계 특성과 휘어짐 양이 우수한 것이었다.

[비교예 4]

열가소성 수지 (a)를 2축 압출기(JSW사 제조 TEX30α)의 주호퍼에 투입하고, 섬유상 충전재 (b)의 절단 스트랜드(chopped strand)를 압출기의 측면으로부터 열가소성 수지 (a) 100에 대하여 20 중량％가 되는 양을 공급하고, 260℃에서 용융 혼련한 후 거트(gut)상으로 압출, 냉각·고화시키고, 커터를 이용하여 3.0 mm 길이로 절단하여 단섬유 펠릿을 얻었다. 본 펠릿을 이용한 사출 성형체의 결과를 표 1에 나타내는데, 기계 특성이 낮으며 이방성이 높다. 또한 휘어짐 양이 큰 것이었다. 또한, 이 비교예 4의 사출 성형체의 섬유의 배향 계측 결과를 도 20에 도시하였다.

[참고 실시예 7 내지 9 및 비교예 5, 6]

열가소성 수지 (a)를 폴리프로필렌으로 한 것 이외에는 참고 실시예 1과 동일하게 하여 장섬유 펠릿을 얻었다. 이 장섬유 펠릿을 이용하여 하기 표 2에 나타내는 조건으로 성형하여 성형체를 얻었다. 본 성형체의 결과를 표 2에 나타내는데, 이들 참고 실시예에서는 비교예 5, 6에 비하여 기계 특성과 휘어짐 양이 우수한 것이었다.

[참고 실시예 12 및 비교예 7, 8]

열가소성 수지 (a)를 PPS 수지로 한 것 이외에는 참고 실시예 1과 동일하게 하여 장섬유 펠릿을 얻었다. 이 장섬유 펠릿을 이용하여 표 2에 나타내는 조건으로 성형하여 성형체를 얻었다. 본 성형체의 결과를 표 2에 나타내는데, 이들 참고 실시예에서는 비교예 7, 8에 비하여 기계 특성과 휘어짐 양이 우수한 것이었다.

[참고 실시예 13 내지 15 및 비교예 9, 10]

섬유상 충전재 (b)를 유리 섬유로 하고, 유리 섬유의 함유량을 30 중량％로 한 것 이외에는 참고 실시예 1과 동일하게 하여 장섬유 펠릿을 얻었다. 이 장섬유 펠릿을 이용하여 하기 표 3에 나타내는 조건으로 성형하여 성형체를 얻었다. 본 성형체의 결과를 표 3에 나타내는데, 이들 참고 실시예에서는 비교예 9, 10에 비하여 기계 특성과 휘어짐 양이 우수한 것이었다.

상기 참고 실시예 및 비교예에 이용한 열가소성 수지 (a)는 이하와 같다.

나일론 6 수지: 도레이사 제조 "아밀란" CM1001

폴리프로필렌 수지: 프라임폴리머사 제조 "프라임 폴리프로" J137

PPS 수지: 도레이사 제조 "토레리나" M2888

마찬가지로, 섬유상 충전재 (b)는 이하와 같다.

탄소 섬유 : 도레이사 제조 "토레이카" T700S(직경 7μ, PAN계 탄소 섬유)

유리 섬유: 닛또 보세끼 제조 RS240QR483(직경 17μ, E 유리)

다음으로, 본 발명의 제2 방법의 실시예에 대해서 이하에 설명한다.

[실시예 16]

다음으로 열가소성 수지 (a)를 압출기의 호퍼에 투입하고, 용융 혼련시킨 상태에서 피복 다이로 압출함과 동시에, 상기 피복한 복합체를 상기 피복 다이 중에 연속하여 공급함으로써, 열가소성 수지 (a)를 포함하는 수지 조성물을 상기 복합체에 피복하고, 압출기의 토출량과 복합체의 공급량을 조정하여 탄소 섬유 함유량이 열가소성 수지 (a)와의 합계에 대하여 20 중량％인 연속 섬유 강화 수지 스트랜드를 얻었다(코팅 공정).

그 후, 상기 연속 섬유 강화 수지 스트랜드를 냉각·고화시키고, 커터를 이용하여 6.0 mm 길이로 절단하여 심초형의 장섬유 펠릿을 얻었다.

본 펠릿을 이용하여 사출 프레스 성형할 때의 성형 조건과, 얻어진 사출 성형체의 평가 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 성형 조건으로 얻어진 것은 기계 특성과 휘어짐 양이 우수한 것이었다. 이 실시예 16의 사출 성형체의 섬유 배향의 계측 결과를 도 21에 도시하였다.

[실시예 17 내지 20 및 비교예 11 내지 13]

실시예 16에서 얻어진 장섬유 펠릿을 이용하여 표 4에 나타내는 성형 조건으로 한 것 이외에는 실시예 16과 동등하게 하였다. 얻어진 사출 성형체의 평가 결과를 표 4에 나타내었다. 이들 본 실시예는 비교예 11 내지 13에 비하여 기계 특성과 휘어짐 양이 우수한 것이었다. 또한, 이 비교예 11의 사출 성형체의 섬유의 배향을 계측한 결과, 상술한 도 19에 나타낸 것과 동등한 결과가 얻어졌다.

[실시예 21]

상기 연속 섬유 강화 수지 스트랜드의 탄소 섬유 함유량을 열가소성 수지 (a)와의 합계에 대하여 30 중량％로 한 것 이외에는 실시예 17과 동등하게 하였다. 얻어진 사출 성형체의 평가 결과는 표 4에 나타낸 바와 같이, 기계 특성과 휘어짐 양이 우수한 것이었다.

[비교예 14]

열가소성 수지 (a)를 2축 압출기(JSW사 제조 TEX30α)의 주호퍼에 투입하고, 섬유상 충전재 (b)의 절단 스트랜드를 압출기의 측면으로부터 열가소성 수지 (a)와의 합계에 대하여 20 중량％가 되는 양을 공급하고, 260℃에서 용융 혼련시킨 후 거트상으로 압출, 냉각·고화시키고, 커터를 이용하여 3.0 mm 길이로 절단하여 단섬유 펠릿을 얻었다. 얻어진 단섬유 펠릿을 이용한 사출 성형체의 평가 결과를 표 4에 나타내는데, 기계 특성이 낮으며 이방성이 높다. 또한 휘어짐 양이 큰 것이었다. 또한, 이 비교예 14의 사출 성형체의 섬유의 배향을 계측한 결과, 상술한 도 20에 도시한 것과 동등한 결과가 얻어졌다.

[실시예 22 내지 24 및 비교예 15, 16]

열가소성 수지 (a)를 폴리프로필렌으로 한 것 이외에는 실시예 16과 동일하게 하여 장섬유 펠릿을 얻었다. 얻어진 장섬유 펠릿을 이용하여 하기 표 5에 나타내는 성형 조건으로 사출 프레스 성형을 행하여 사출 성형체를 얻었다. 얻어진 사출 성형체의 평가 결과를 표 5에 나타내는데, 실시예 22 내지 24는 비교예 15, 16에 비하여 기계 특성과 휘어짐 양이 우수한 것이었다.

[실시예 25 내지 27 및 비교예 17, 18]

열가소성 수지 (a)를 PPS 수지로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 장섬유 펠릿을 얻었다. 얻어진 장섬유 펠릿을 이용하여 표 5에 나타내는 성형 조건으로 사출 프레스 성형을 행하여 사출 성형체를 얻었다. 얻어진 사출 성형체의 평가 결과를 표 5에 나타내는데, 실시예 25 내지 27은 비교예 17, 18에 비하여 기계 특성과 휘어짐 양이 우수한 것이었다.

[실시예 28 내지 30 및 비교예 19, 20]

섬유상 충전재 (b)를 유리 섬유로 하고, 유리 섬유의 함유량을 열가소성 수지 (a)와의 합계에 대하여 30 중량％로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 장섬유 펠릿을 얻었다. 얻어진 장섬유 펠릿을 이용하여 하기 표 6에 나타내는 성형 조건으로 사출 프레스 성형을 행하여 사출 성형체를 얻었다. 얻어진 사출 성형체의 결과를 표 6에 나타내는데, 실시예 28 내지 30은 비교예 19, 20에 비하여 기계 특성과 휘어짐 양이 우수한 것이었다.

상기 제2 방법에 있어서의 실시예 및 비교예에 이용한 열가소성 수지 (a)는 이하와 같다.

나일론 6 수지: 도레이사 제조 "아밀란" CM1001

폴리프로필렌 수지: 프라임 폴리머사 제조 "프라임 폴리프로" J137

PPS 수지: 도레이사 제조 "토레리나" M2888

마찬가지로, 섬유상 충전재 (b)는 이하와 같다.

유리 섬유: 닛또 보세끼 제조 RS240QR483(직경 17μ, E 유리)

1 스킨층
2 코어층
3 수지의 흐름 방향으로 배향된 단섬유
4 수지의 흐름에 대하여 직각 방향으로 배향된 단섬유
5 스킨층의 배향이 흐트러진 장섬유
6, 21 가동측의 금형
7, 22 고정측의 금형
8 메인 캐비티
9 더미 캐비티
10 스프링식 가동 게이트
11, 24 핫 런너 시스템
12, 25 이젝터로서의 돌출핀
13, 26 이젝터 플레이트
14, 27 캐비티에 충전시킨 섬유 강화 열가소성 수지
15, 28 사출 성형체
23 캐비티
31 시험편
32 가동측 금형
33 고정측 금형
34 메인 캐비티
35 더미 캐비티
36 성형체

Claims

열가소성 수지 (a)에, 사출 성형체 내에서의 중량 평균 섬유 길이가 300 ㎛ 이상이 되도록 섬유상 충전재 (b)를 배합하여 이루어지는 섬유 강화 열가소성 수지 조성물을, 사출 개시 후에 금형을 조이기 시작하는 사출 프레스 성형에 의해 사출 성형할 때에, 금형을 조이기 시작하는 시간(tps)과 사출이 종료되는 시간(tif)의 차(t1)와 사출이 종료되는 시간(tif)과 금형 조이기가 종료되는 시간(tpf)의 차(t2)의 비율(t2/t1)이 1.5 이상 11.5 이하가 되는 조건으로 사출 성형하는 것을 특징으로 하는 사출 성형체의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 섬유 강화 열가소성 수지 조성물로서, 상기 섬유상 충전재 (b)의 길이가 펠릿과 동일한 길이인 장섬유 펠릿을 이용하여 사출 프레스 성형을 행하는 것인 사출 성형체의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 사출 성형체가, 두께 방향으로 스킨층, 코어층, 스킨층을 이 순서대로 갖는 사출 성형체이며, 사출 성형시의 상기 섬유 강화 열가소성 수지 조성물의 흐름 방향과 직각인 방향을 0도로 한 경우에 상기 섬유상 충전재 (b)의 주배향 방향이 40도 이하가 되는 상기 코어층의 두께가, 사출 성형체의 두께에 대하여 20％ 이하인 것을 특징으로 하는 사출 성형체의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 섬유상 충전재 (b)는, 사출 성형체 내에서의 중량 평균 섬유 길이가 600 ㎛ 이상이 되도록 배합되어 있는 것인 사출 성형체의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열가소성 수지 (a)가 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리페닐렌술피드, 폴리이미드, 폴리에테르케톤 및 폴리에테르에테르케톤으로부터 선택되는 적어도 1종인 사출 성형체의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 섬유상 충전재 (b)가 탄소 섬유, 유리 섬유 및 아라미드 섬유로부터 선택되는 적어도 1종인 사출 성형체의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 사출 성형체의 두께가 0.5 mm 내지 10 mm의 범위에 있는 것인 사출 성형체의 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 스킨층에 있어서의 상기 섬유상 충전재 (b)의 배향 방향이 랜덤인 사출 성형체의 제조 방법.
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