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KR101786189B1 - 경량화 투명 복합재료 조성물, 상기 복합재료의 제조방법 및 그에 따른 복합재료 - Google Patents

경량화 투명 복합재료 조성물, 상기 복합재료의 제조방법 및 그에 따른 복합재료 Download PDF

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Abstract

본 발명은 경량화 투명 복합재료의 조성물, 상기 조성물을 사용한 복합재료의 제조 방법 및 그에 따른 복합재료에 관한 것으로, 구체적으로 굴절율 1.4 내지 1.6인 유리섬유보강재(A)와 이러한 유리섬유 보강재와 굴절율 차이가 -0.005 내지 +0.005인 경화성 수지(B)를 열 경화시킴으로써 내충격, 내스크래치, 내후성, 및 고강성이 우수한 경량화 투명 복합재료를 제공할 수 있다.
특히 본 발명에 따른 경량화 투명 복합재료가 자동차의 투명창에 적용하는 경우 자동차 연비향상, 차량 무게 중심이 낮아져 보다 민첩한 조향성을 기대할 수 있으면서도, 강성이 우수하여 자동차 주행 중에도 떨림 및 형태 안정성이 개선할 수 있다.

Description

경량화 투명 복합재료 조성물, 상기 복합재료의 제조방법 및 그에 따른 복합재료{COMPOSITION FOR LIGHTENED AND TRANSPARENT COMPOSITE, METHOD FOR PREPARING THE COMPOSITES USING THE SAME AND THE COMPOSITES PREPARED THEREBY}
본 발명은 경량화 투명 복합재료의 조성물, 상기 조성물을 사용한 복합재료의 제조방법 및 그에 따른 복합재료에 관한 것으로, 구체적으로 굴절율 1.4 내지 1.6인 유리섬유보강재(A)와 이러한 유리섬유보강재와 굴절율 차이가 -0.005 내지 +0.005인 경화성 수지(B)를 열 경화시켜 얻은, 내충격, 내스크래치, 내후성, 및 고강성이 우수한 경량화 투명 복합재료의 조성물, 제조방법 및 이의 성형품이다.
유리 소재의 자동차 선루프는 강화 유리라는 소재 특성상 무겁고, 불순물이 존재하는 경우 자연 파손 발생, 차량 전복 시 파손 및 파편으로 인한 상해 가능성이 문제시 되었다. 이에 대안으로 이중접합 유리를 이용하는 경우도 있었으나, 이는 제조 공정이 복잡하여 원가 상승의 문제와 여전히 무겁다는 한계가 존재한다. 아울러, 플라스틱 소재로서, 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 이용하는 경우도 있었으나, 폴리카보네이트(PC)를 적용하는 경우 강성이 부족하고, 두께 증대, 스크래치 및 내후성이 취약하다는 문제가 있고, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)의 경우 내충격성의 부족으로 인해 종래의 유리 소재를 대체하는데 여전히 한계가 존재하였다.
한편 일본공개특허 제2006-212820호는 높은 광확산성을 가지는 것과 동시에 광투과성이 향상된 유리섬유 시트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 이는 투명수지조성물의 굴절률이 ±0.02 범위 내의 유리 섬유 직포를 적층해서 노르보르넨계 골격을 갖는 열경화성 수지에 함침시켜서 섬유 강화 복합재료를 제조하는 방법을 개시하고 있으나, 이를 자동차 선루프 등에 적용하는 경우 여전히 두께가 얇고 형태 안정성의 한계가 있으며 유리섬유와 수지 조성물의 굴절률의 차이에 기인하여 두께가 두꺼워지기에 투명도가 저하된다.
따라서 유리 소재를 대체하여 경량화에 기안함으로써 자동차 연비향상, 나아가 차량 무게 중심이 낮아져 보다 민첩한 조향성을 기대할 수 있으면서도, 강성이 우수하여 자동차 주행 중에도 떨림 및 형태 안정성이 우수한 플라스틱 소재 투명 복합재료의 필요성이 제기되고 있다.
1: 일본공개특허 제2006-212820호
이에 본 발명자들은 내충격, 내스크래치, 내후성, 및 고강성이 우수한 경량화 투명 복합재료를 연구하던 중, 굴절율 차이가 ± 0.005인 유리섬유보강재와 경화성 수지를 사용하는 경우 소재의 투명성을 가지면서도 내충격, 내스크래치, 내후성, 및 고강성이 개선할 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 굴절율이 1.4 내지 1.6인 유리섬유보강재(A); 유리섬유보강재(A)와 굴절율 차이가 -0.005 내지 +0.005인 경화성 수지(B); 및 루테늄계 촉매(C)를 포함하는 경량화 투명 복합재료 제조용 조성물을 제공하는데 있다.
또한 본 발명이 다른 목적은 (ⅰ) 성형 몰드에 굴절율이1.4 내지1.6인 유리섬유보강재(A)를 준비하는 단계; 및 (ⅱ) 유리섬유보강재(A)가 존재하는 성형 몰드(mold)에, 유리섬유보강재(A)와 굴절율 차이가 -0.005내지 +0.005인 경화성 수지(B); 및 루테늄계 촉매(C)를 포함하는 고분자 수지를 주입하고 열 경화하여 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량화 투명 복합재료의 제조방법을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 경량화 투명 복합재료를 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 경량화 투명 복합재료로 제조된 자동차용 투명창 성형품을 제공하는데 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 굴절율이 1.4 내지 1.6인 유리섬유보강재(A); 유리섬유보강재(A)와 굴절율 차이가 -0.005 내지 +0.005인 경화성 수지(B); 및 루테늄계 촉매(C)를 포함하는 경량화 투명 복합재료 제조용 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 (ⅰ) 성형 몰드에 굴절율이 1.4 내지 1.6인 유리섬유보강재(A)를 준비하는 단계; 및 (ⅱ) 유리섬유보강재(A)가 존재하는 성형 몰드(mold)에, 유리섬유보강재(A)와 굴절율 차이가 -0.005 내지 +0.005인 경화성 수지(B); 및 루테늄계 촉매(C);를 포함하는 고분자 수지를 주입하고 열 경화하여 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량화 투명 복합재료의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 제조된 경량화 투명 복합재료를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 경량화 투명 복합재료로 제조된 자동차의 투명창 성형품을 제공한다.
본 발명에 따른 경량화 투명 복합재료는 유리 소재를 대체할 수 있는 투명 소재로서, 유리섬유를 포함하여 강성을 향상시키면서도 수지와의 굴절율을 조절하여 투명성을 유지함으로써, 내충격, 내스크래치, 내후성이 향상된 자동차용 투명창 소재를 제공하면서 자동차 연비 등의 개선효과도 기대할 수 있다.
본 발명의 복합재료는 자동차용 투명창으로 제공될 수 있으며, 구체적으로 파노라마 선루프 이동창, 후방창, 델타 글래스(자동차 A필라와 후사경 사이의 창), 쿼터 글래스(자동차 뒷문과 C 또는 D 필러 사이의 창) 등의 유리 부품 제품에도 적용이 가능하다. 또한 A 필러를 투명 복합재료로 대체하는 경우 운전자의 시야 확보가 용이하여 보다 큰 개방감을 줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 경량화 투명 복합재료를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1의 성형과정을 나타낸 것이다.
이하에서 본 발명을 하나의 구현예로서 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 굴절율이 1.4 내지 1.60인 유리섬유보강재(A); 유리섬유보강재(A)와 굴절율 차이가 -0.005 내지 +0.005인 경화성 수지(B); 및 루테늄계 촉매(C)를 포함하는 경량화 투명 복합재료 제조용 조성물을 제공한다.
구체적으로, 상기 유리섬유보강재(A)는 굴절율이 1.500 ~ 1.540인 S-GLASS 섬유, 굴절율이 1.540 ~ 1.570인 E-GLASS 섬유, 및 굴절율이 1.450 ~ 1.460인 실리카/쿼츠 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 유리섬유(a)를 포함한다.
상기 S-GLASS 섬유는 통상적으로 1.500 ~ 1.540의 굴절율을 가지며, 본 발명에서는 굴절율 편차가 0.005 이내로 균일한 소재를 사용한다. 이는 수지와의 굴절율 편차를 최소화하기 위해서이다.
아울러, 상기 경화성 수지(B)는 유리섬유보강재를 기준으로 선택되며, 구체적으로 S-GLASS 섬유를 사용하는 경우, 굴절율이 1.510 ~ 1.515인 폴리-다이사이클로펜타디엔(poly-dicyclopentadiene, pDCPD) 및 굴절율이 1.530 ~ 1.540인 에틸렌 노보넨(ethylene norbornene)을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
이때 경화성 수지의 혼합비는 굴절율이 1.500 ~ 1.540인 S-GLASS섬유와 -0.005 내지 +0.005가 차이 나도록 혼합하는데, 이는 유리 소재와 준하는 투명성을 구현하기 위해서이다.
구체적으로 굴절율의 편차가 ± 0.005의 편차를 벗어나는 경우 빛의 투과율 대비 산란되는 정도를 나타내는 헤이즈(Haze)값이 상승되며 결과적으로 투명도가 저하되는 문제가 발생한다.
다음으로, E-glass섬유를 사용하는 경우, 상기 경화성 수지(B)는 방향족 우레탄 아크릴레이트(aromatic urethane acrylate), 방향족 우레탄 다이아크릴레이트(aromatic urethane diacrylate), 방향족 우레탄 멀티아크릴레이트(aromatic urethane multiacrylate), 할로겐 치환 우레탄 아크릴레이트, 및 황(S)을 포함하는 우레탄 아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 방향족 우레탄 다이아크릴레이트(aromatic urethane diacrylate), 불소(fluorine) 치환 우레탄 아크릴레이트를 사용하는 것이 좋다. 투명도가 높고 경도가 높아 내 스크래치에 유리한 이유에서 이다. 특히 브롬(bromine)치환 우레탄 아크릴레이트 또는 황을 포함하는 우레탄 아크릴레이트는 굴절율의 조절이 용이하나 착색 등의 문제로 투명성을 구현하는 한계가 있기에 상기 수지를 사용하는 것이다.
이 역시 굴절율의 편차가 ± 0.005의 편차를 벗어나는 경우 투명도가 저하되는 문제가 발생하기에, 상기 범위 내로 수지를 사용한다.
그리고 실리카/쿼츠 섬유를 사용하는 경우, 상기 경화성 수지(B)는 굴절율의 차이가 ±0.005 이내인 우레탄 아크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하다.
이 역시 굴절율의 편차가 ± 0.005의 편차를 벗어나는 경우 투명도가 저하되는 문제가 발생하기에, 상기 범위 내로 수지와 혼합한다.
아울러 상기 유리섬유보강재(A)에 포함되는 유리섬유(a)는 보강재 형태로서 직조(Woven), 일방향(Non Crimp Fabric), 부직포(Non-woven), 단섬유 형태 또는 이들의 조합의 형태로 사용될 수 있다.
나아가 상기 유리섬유보강재(A)는 제조하고자 하는 성형품의 특성에 따라, 유리섬유(a)와 함께 선택적으로 탄소섬유 테이프(b)를 더 포함할 수 있으며, 이때 유리섬유(a)와 탄소섬유 테이프(b)가 중첩하는 부분은 불투명한 특성을 갖는다.
여기서 유리섬유보강재(A)는 상기 경화성 수지(B)를 100 중량부로 할 때 50 ~ 250 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 유리섬유보강재가 50 중량부 미만인 경우 강성 보강 효과가 부족하고, 250 중량부 초과인 경우 수지 함침에 한계가 있기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
끝으로, 본 발명에서의 루테늄계 촉매(C)는 두 가지 화합물이 반응하면서 서로의 구성 원자나 원자단을 교환하여 새로운 두 가지 화합물을 만드는 복분해 반응(metathesis)에서 사용되는 루테늄(Ru) 금속 기반의 촉매를 의미한다. 본 발명에서는 루테늄계 촉매(C)로서, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 및 오스뮴(Os)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함하는 루테늄 금속 기반의 복분해 반응용 촉매(metal based metathesis catalyst)를 사용할 수 있으나, 수지의 이중결합을 개환하여 중합을 진행할 수 있는 것이라면 제한되지 않는다.
이때 루테늄계 촉매는 0.2 ~ 2 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 루테늄계 촉매가 0.2 중량부 미만인 경우 반응개시가 안되거나 불균일한 중합의 문제가 있고, 2 중량부 초과인 경우 분자량 분포가 크고 반응 속도 조절의 문제가 있기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
즉 본 발명에서는 유리섬유보강재와의 굴절률 편차를 최소화할 수 있는 경화성 수지를 사용함으로써 복합재료의 투명성을 구현할 수 있는 것이다. 나아가 내충격, 내스크래치, 내후성, 및 고강성 등의 물성이 우수하기에 종래의 투명창을 대체할 수 있음을 후술할 실험예를 통해서 확인할 수 있다.
또한 본 발명은 (ⅰ) 성형 몰드에 굴절율이 1.4 내지 1.6인 유리섬유보강재(A)를 준비하는 단계; 및 (ⅱ) 유리섬유보강재(A)가 존재하는 성형 몰드(mold)에, 유리섬유보강재(A)와 굴절율 차이가 -0.005 내지 +0.005인 경화성 수지(B); 및 루테늄계 촉매(C);를 포함하는 고분자 수지를 주입하고 열 경화하여 성형하는 단계를 포함하는 경량화 투명 복합재료의 제조방법을 제공한다.
상기 (ⅰ) 단계는 성형 몰드에 굴절율이 1.4 내지 1.6인 유리섬유보강재(A)를 준비하는 단계로서, 상기 언급한 바와 같이 유리섬유보강재(A)는 굴절율이 1.500 ~ 1.540인 S-GLASS 섬유, 굴절율이 1.540 ~ 1.570인 E-GLASS 섬유 및 굴절율이 1.450 ~ 1.460인 실리카/쿼츠 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 유리섬유(a)를 포함한다. 이때 유리섬유(a)는 굴절율의 편차가 0.005 이내의 균일한 소재로서, 직조(Woven), 일방향(Non Crimp Fabric), 부직포(Non-woven), 단섬유 또는 이들의 조합의 형태로 사용한다.
아울러 상기 유리섬유보강재(A)는 추가적으로 탄소섬유 테이프(b)를 더 포함할 수 있으며, 탄소섬유 테이프(b)를 포함하는 경우, 상기 (ⅰ) 단계의 유리섬유보강재(A)는 유리섬유(a)와 나일론계 바인더로 도포된 탄소섬유 테이프(b)를 일부 중첩하여 200 ~ 250℃의 열로 압착함으로써 가성형된 것을 의미한다. 이때 압착 온도가 200℃ 미만인 경우 바인더의 미용융에 의한 형태안정성 유지에 한계가 있고, 250℃ 초과인 경우 섬유 표면의 사이징제가 분해되어 수지와의 계면접착력이 저하되는 문제가 있기에 상기 범위 내에서 수행한다. 도 1은 본 발명에 따른 일구현예로서, 1.500 ~ 1.540의 굴절율을 갖는 S-GLASS섬유와, 굴절율이 1.510 ~ 1.515인 폴리-다이사이클로펜타디엔(poly-dicyclopentadiene, pDCPD) 및 굴절율이 1.530 ~ 1.540인 에틸렌 노보넨(ethylene norbornene), 및 탄소섬유 테이프를 이용하여 제조된 복합소재를 나타낸 것이다.
이러한 탄소섬유 테이프(b)는 복합재료 제조 시, 투명도가 필요 없는 부위, 예를 들면, 창이 차체에 접합하는 부위에 3층 이내로 적층할 수 있다. 여기서 탄소섬유 테이프는 탄소섬유를 펼쳐서 일정한 폭을 갖은 시트 형태로 제조해 놓은 것으로, 두께는 0.3 mm 정도 되는 것을 사용할 수 있지만 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
다시 말해, 상기 탄소섬유 테이프는 복합재료를 이용하여 제조하고자 하는 성형품의 테두리 부분에 적용할 수 있는데, 이는 결과적으로 성형품의 강성을 더욱 개선할 수 있다. 여기서 탄소섬유 테이프의 적용 부위는 성형품의 종류에 따라 설계 변경될 수 있다.
아울러 탄소섬유 테이프 도포된 나일론계 바인더라 함은 나일론6, 나일론11, 나일론12, 나일론46, 나일론410, 나일론66, 나일론610, 나일론612, 나일론1010, 및 나일론1212로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 의미하며, 이는 탄소섬유 테이프 전체 중량에 대해 1 ~ 3 중량% 이내로 사용하는 것이 바람직하다. 사용량이 1 중량% 미만인 경우 형태안정성 저하 문제가 있으며, 3 중량% 초과인 경우 수지 함침 및 유동에 방해되는 문제가 있기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
다음으로 상기 (ⅱ) 단계는 유리섬유보강재(A)가 존재하는 성형 몰드(mold)에 유리섬유보강재(A)와 굴절율 차이가 -0.005 내지 +0.005인 경화성 수지(B)와 루테늄계 촉매(C)를 포함하는 고분자 수지를 주입하고 열 경화하여 성형하는 단계이다.
상기 언급한 바와 같이 경화성 수지(B)를 100 중량부로 할 때, 유리섬유보강재(A)는 50 ~ 250 중량부, 루테늄계 촉매(C)는 0.2 ~ 2 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
이때 경화성 수지(B)는 유리섬유보강재의 종류에 따라 선택적으로 사용된다. 구체적으로 S-GLASS 섬유를 사용하는 경우, 폴리-다이사이클로펜타디엔(poly-dicyclopentadiene) 및 에틸렌 노보넨(ethylene norbornene)로 이루어진 수지를, E-GLASS 섬유를 사용하는 경우, 방향족 우레탄 아크릴레이트(aromatic urethane acrylate), 방향족 우레탄 다이아크릴레이트(aromatic urethane diacrylate), 방향족 우레탄 멀티아크릴레이트(aromatic urethane multiacrylate), 할로겐 치환 우레탄 아크릴레이트, 및 황(S)을 포함하는 우레탄 아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 수지를, 실리카/쿼츠 섬유를 사용하는 경우, 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate)를 사용하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 (ⅱ) 단계에서의 주입은 10 ~ 60℃ 온도에서, 더욱 바람직하게는 20 ~ 30℃ 온도에서 수행하는 것이 좋다. 주입 온도가 10℃ 미만인 경우 수지 점도가 높아 주입 시간이 길고 반응 개시가 늦어지는 문제가 있으며, 60℃ 초과인 경우 가교 반응이 진행되어 점도가 상승하는 문제가 있기에 상기 범위 내에서 수행한다.
다음으로 열 경화를 위한 온도는 45 ~ 95℃, 더욱 바람직하게는 60 ~ 80℃에서 수행하는 것이 좋다. 이처럼 본 발명의 제조방법으로 제조된 경량화 투명 복합재료는 내충격, 내스크래치, 내후성, 및 고강성의 우수한 물성을 만족하기에 대표적으로 자동차의 투명창 성형품으로 제공될 수 있다. 구체적으로, 파노라마 선루프 이동창, 후방창, 델타 글래스(자동차 A필라와 후사경 사이의 창), 쿼터 글래스(자동차 뒷문과 C 또는 D 필러 사이의 창) 등의 유리 부품 제품으로 제공될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ~ 4: 경량화 투명 복합재료의 제조
실시예 1
굴절율 1.525인 S-GLASS를 일방향으로 배열하여 두께 약 0.4 ㎜의 시트(sheet)를 8장 제작하고, 이들을 차량의 범퍼와 범퍼를 연결하는 가상의 선을 0도로 기준하여 도 2에 나타낸 바와 같이 0도, 45도, -45도, 90도, 90도, -45도, 45도, 0도로 적층하였다. 상기 적층 유리섬유 하단에 두께 약 0.3 ㎜의 탄소섬유 테이프를 도 2에 나타낸 바와 같이 테두리에 3 장을 적층하였다.
이때 유리섬유 시트의 탄소섬유 테두리와 중첩되는 부위와 탄소섬유 테이프에는 파우더 형상의 나일론계 바인더를 탄소섬유 테이프 전체 중량에 대해 3 중량%를 도포 후 약 200℃의 열을 가하여 압착하여 가성형을 하였다. 이렇게 제작된 유리섬유보강재를 파노라마 선루프 고정창 형상의 성형 몰드에 안착시킨 후 굴절율 1.515를 갖는 폴리-다이사이클로펜타디엔(poly-dicyclopentadiene) 60 중량부와 굴절율 1.540을 갖는 에틸렌 노보넨(ethylene norbornene) 40 중량부 및 루테늄계 촉매 1 중량부가 균일하게 섞인 고분자 수지를 유리섬유보강재가 존재하는 성형 몰드에 20℃ 온도에서 주입하고 60℃로 승온한 후 약 5 분 동안 경화하여 고정창을 얻었다.
실시예 2
굴절율 1.520인 S-GLASS, 굴절율 1.510인 폴리-다이사이클로펜타디엔(poly-dicyclopentadiene) 50 중량부, 굴절율 1.530인 에틸렌 노보넨(ethylene norbornene) 50 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 성형하여 고정창을 얻었다.
실시예 3
굴절율 1.560인 E-GLASS, 굴절율 1.499인 방향족 우레탄 아크릴레이트(aromatic Urethane Acylate) 23 중량부, 굴절율 1.578인 방향족 우레탄 다이 아크릴레이트(aromatic Urethane di-acrylate) 77 중량부를 사용하여 루테늄계 촉매 대신 UV를 조사하여 성형하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 성형하여 고정창을 얻었다.
실시예 4
굴절율 1.458인 실리카로 이루어진 3.2 ㎜ 두께의 부직포에 굴절율 1.460인 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate) 100 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 성형하여 고정창을 얻었다.
비교예 1: 강화유리 이용
700℃의 고온에서 열처리한 3.2 ㎜ 두께의 자동차용 강화유리로 성형한 고정창을 준비하였다.
비교예 2: 비스페놀A 타입의 에폭시 수지 이용
굴절율 1.558인 에폭시 수지와 방향족 아민계 경화제를 포함하는 수지를 주입하여 100℃로 금형을 승온하여 90 분 동안 경화시키는 것 이외에 실시예 3과 동일한 방법으로 성형하여 고정창을 준비하였다.
비교예 3: 폴리카보네이트 수지 이용
상업적으로 널리 사용되는 사출용 비스페놀A 타입의 폴리카보네이트 수지를 사출하여 두께 4 ㎜ 되도록 성형하여 고정창을 준비하였다.
실험예 : 물성측정
실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 3에서 제조한 파노라마 선루프 고정창을 물성 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 아울러 하기 표 1에 나타낸 물성 결과에 대한 시험방법은 다음과 같다.
(1) 비중(Density): ASTM D792의 방법으로 상온(23℃)에서 측정하였다.
(2) 광투과율(%): ASTM D1003의 방법으로 측정하였다.
(3) 굴곡탄성율(GPa): ASTM D790의 방법으로 측정하였다.
(4) 강철구 충격강도: ISO 15082에 따라 지름 82 ㎜, 무게 2,260 g의 강철구를 5 m 높이에서 낙하하여 충격강도를 측정하였다.
(5) 내후성: ISO 105 에 규정하는 Xenon arc lamp Weather-o-meter를 사용 2,500 kJ/㎡ (340 nm)조사 후 ΔE 값 측정하였다.
(6) 내스크래치성(ΔHaze): ISO15082에 따라 500 g의 연마휠을 사용한 Taber 시험기로 500회 마모시험을 실시한 후 Haze를 측정하여 초기 Haze와의 차이 비교하였다.
(7) 선팽창계수(10-6 m/m·K): ISO 11359-2 규정에 따라 측정하였다.
※ 굴절율의 측정: ISO 489 Method A (Abbe refractometer) 에 따라 측정하였다.
항목 시험표준 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3
비중 ASTM D792 1.79 1.79 1.80 1.56 2.46 1.98 1.2
광 투과율 (%) ASTM D1003 73 77 71 70 99 67 89
굴곡탄성율 (㎬) ASTM D790 48 51 46 25 80 42 2.5
강철구 충격강도 ISO 15082 지지함 지지함 지지함 지지함 지지하지
못함		 지지함 지지함
내후성 ISO105 0.7 0.8 1.1 0.9 변화없음 14 7.5
내스크래치성
(ΔHaze)		 ISO 15082 4 5 4 3 1 6 40
선팽창계수
　(10-6 m/m·K)		 ISO 11359-2 16.7 16.4 10.8 13.2 2.9 15.8 80
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 ~ 4 의 경우 70% 이상의 투과율을 나타내고, 외부충격에도 안전하며, 기존 유리 대비 30% 정도 가볍기에, 결론적으로 경량화된 자동차용 투명창을 제공할 수 있음을 확인할 수 있다.
반면 비교예 1은 강화유리로서 종래의 유리소재를 이용한 투명창인 것으로 강철구 충격강도에서 모사된 외부 낙석 등에 쉽게 파손될 수 있음을 알 수 있었다. 또한 비교예 2와 같이 에폭시 수지를 사용하는 경우 유리섬유보강재와 수지의 굴절율을 조절하여도 에폭시 수지의 발색단에서 기인하는 특성색(노랑) 때문에 투명도가 저하되며 옥외 폭로 사용 조건에 필요한 내후성이 부족하여 변색의 우려가 큼을 확인할 수 있었다.
비교예 3의 경우 경량화 측면에서는 유리의 50% 수준으로 매우 뛰어나지만 강성이 부족하여 주행 시 이동창의 떨림에 의한 방사소음이 생길 수 있고 내후성 및 내스크래치성이 부족하여 이를 보완할 코팅 등의 후공정이 필요하나 원가 상승의 부담이 있다. 또한 선팽창 계수가 기존의 유리 제품 대비 차이가 커서 외부 온도 변화에 따라 수축 및 팽창에 의한 내부 응력의 영향으로 장기 내구성에 불리하다는 한계가 있다.
따라서 본 발명에 따른 경량화 투명 복합재료는 굴절율 차이가 ± 0.005가 되도록 유리섬유보강재와 특정 경화성 수지를 선택하여 열 경화시킴으로써 소재의 투명성을 갖으면서도 내충격, 내스크래치, 내후성, 고강성 등의 물리적 특성이 우수하기에, 궁극적으로 자동차, 항공, 선박, 토목 분야 등의 다양한 분야에서 적용되어 왔던 유리 소재 투명창을 대체하여 널리 적용될 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 굴절율이 1.4 내지 1.6인 유리섬유보강재(A);
    상기 유리섬유보강재(A)와 굴절율 차이가 -0.005 내지 +0.005인 경화성 수지(B); 및
    루테늄계 촉매(C);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량화 투명 복합재료.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 경화성 수지(B)를 100 중량부로 할 때, 유리섬유보강재(A)는 50 ~ 250 중량부, 루테늄계 촉매(C)는 0.2 ~ 2 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량화 투명 복합재료.
  3. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 유리섬유보강재(A)는 굴절율이 1.500 ~ 1.540인 S-GLASS 섬유, 굴절율이1.540 ~ 1.570인 E-GLASS 섬유, 및 굴절율이 1.450 ~ 1.460인 실리카/쿼츠 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 유리섬유(a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량화 투명 복합재료.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 유리섬유(a)는 굴절율의 편차가 0.005 이내의 균일한 소재로서, 직조(Woven), 일방향(Non Crimp Fabric), 부직포(Non-woven), 단섬유 또는 이들의 조합의 형태인 것을 특징으로 하는 경량화 투명 복합재료.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항 중에 있어서, 상기 경화성 수지(B)는 유리섬유보강재를 기준으로 선택되며,
    S-GLASS 섬유를 사용하는 경우, 폴리-다이사이클로펜타디엔(poly-dicyclopentadiene) 및 에틸렌 노보넨(ethylene norbornene)로 이루어진 수지,
    E-GLASS 섬유를 사용하는 경우, 방향족 우레탄 아크릴레이트(aromatic urethane acrylate), 방향족 우레탄 다이아크릴레이트(aromatic urethane diacrylate), 방향족 우레탄 멀티아크릴레이트(aromatic urethane multiacrylate), 할로겐 치환 우레탄 아크릴레이트, 및 황(S)을 포함하는 우레탄 아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 수지,
    실리카/쿼츠 섬유를 사용하는 경우, 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate)를 사용하는 것을 특징으로 하는 경량화 투명 복합재료.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 루테늄계 촉매(C)는 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 및 오스뮴(Os)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 루테늄 금속 기반의 복분해 반응용 촉매(metal based metathesis catalyst)인 것을 특징으로 하는 경량화 투명 복합재료.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 유리섬유보강재(A)는 유리섬유(a)와 함께 선택적으로 탄소섬유 테이프(b)를 더 포함할 수 있으며,
    유리섬유(a)와 탄소섬유 테이프(b)가 중첩하는 부분은 불투명한 것을 특징으로 하는 경량화 투명 복합재료.
  8. (ⅰ) 성형 몰드에 굴절율이 1.4 내지 1.6인 유리섬유보강재(A)를 준비하는 단계; 및
    (ⅱ) 유리섬유보강재(A)가 존재하는 성형 몰드(mold)에, 유리섬유보강재(A)와 굴절율 차이가 -0.005 내지 +0.005인 경화성 수지(B); 및 루테늄계 촉매(C);를 포함하는 고분자 수지를 주입하고 열 경화하여 성형하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량화 투명 복합재료의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 유리섬유보강재(A)는 굴절율이 1.500 ~ 1.540인 S-GLASS 섬유, 굴절율이 1.540 ~ 1.570인 E-GLASS 섬유, 및 굴절율이 1.450 ~ 1.460인 실리카/쿼츠 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 유리섬유(a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량화 투명 복합재료의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 유리섬유(a)는 굴절율의 편차가 0.005 이내의 균일한 소재로서, 직조(Woven), 일방향(Non Crimp Fabric), 부직포(Non-woven), 단섬유 또는 이들의 조합의 형태인 것을 특징으로 하는 경량화 투명 복합재료의 제조방법.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 유리섬유보강재(A)는 유리섬유(a)와 함께 추가적으로 탄소섬유 테이프(b)를 더 포함할 수 있으며,
    탄소섬유 테이프(b)를 포함하는 경우, 상기 (ⅰ) 단계의 유리섬유보강재(A)는 유리섬유(a)와 나일론계 바인더로 도포된 탄소섬유 테이프(b)를 일부 중첩하고 열로 압착함으로써 가성형된 것을 특징으로 하는 경량화 투명 복합재료의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 유리섬유(a)와 탄소섬유 테이프(b)가 중첩하는 부분은 불투명한 것을 특징으로 하는 경량화 투명 복합재료의 제조방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 경화성 수지(B)는 유리섬유보강재를 기준으로 선택되며,
    S-GLASS 섬유를 사용하는 경우, 폴리-다이사이클로펜타디엔(poly-dicyclopentadiene) 및 에틸렌 노보넨(ethylene norbornene)로 이루어진 수지,
    E-GLASS 섬유를 사용하는 경우, 방향족 우레탄 아크릴레이트(aromatic urethane acrylate), 방향족 우레탄 다이아크릴레이트(aromatic urethane diacrylate), 방향족 우레탄 멀티아크릴레이트(aromatic urethane multiacrylate), 할로겐 치환 우레탄 아크릴레이트, 및 황(S)을 포함하는 우레탄 아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 수지,
    실리카/쿼츠 섬유를 사용하는 경우, 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate)를 사용하는 것을 특징으로 하는 경량화 투명 복합재료의 제조방법.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 루테늄계 촉매(C)는 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 및 오스뮴(Os)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 루테늄 금속 기반의 복분해 반응용 촉매(metal based metathesis catalyst)인 것을 특징으로 하는 경량화 투명 복합재료의 제조방법.
  15. 제 8 항에 있어서, 상기 (ⅱ) 단계에서의 주입은 10 ~ 60℃, 경화는 45 ~ 95℃ 온도 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 경량화 투명 복합재료의 제조방법.
  16. 제 8 항 내지 제 10 항 및 제 13 항 내지 제 15 항 중에서 선택된 어느 한 항의 방법으로 제조된 경량화 투명 복합재료.
  17. 제 16 항의 경량화 투명 복합재료로 제조된 자동차용 투명창 성형품.
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