자동차 애플리케이션에 사용되는 폴리프로필렌(PP) 소재의 경우 선팽창계수(CLTE)가 중요한 변수입니다. 일반적으로 PP 소재의 CLTE는 다소 큰 편이며, 사출 성형 시 용융 흐름(MD) 방향과 수직 흐름(TD) 방향의 CLTE가 크게 달라집니다. 자동차 부품의 수요를 충족시킬 수없는 MD 방향은 약 2 ~ 3 배 더 많은 TD 방향이 있습니다. 치수 안정성 기준. PP 소재의 CLTE를 낮추고 치수 안정성을 높임으로써 다른 조립품과의 불일치 및 조립 간극을 줄이고 조립 효과를 높일 수 있습니다.

CLTE에 대해 설명합니다.

CLTE라는 용어는 시작 길이(L)와 단위 온도 변화 범위(T)에 따라 재료가 변화하는 길이 사이의 관계를 나타냅니다(CLTE=L/(LT)). 소재 조각의 조립과 조립 후 치수 안정성은 모두 소재의 CLTE에 영향을 받으며, 이는 소재의 크기와 밀접한 상관관계가 있습니다. 정적 열역학 분석(TMA)은 CLTE를 측정하는 데 사용됩니다. 비진동 하중과 프로그래밍 가능한 온도 제어를 사용하여 물질의 변형과 온도를 TMA로 측정합니다. 측정된 곡선은 시료 길이 L 또는 시료 변형 L을 종축으로 하고 온도 T를 횡축으로 합니다.

PP 수지의 효과

어느 정도의 결정성을 가진 반결정성 폴리머인 PP의 분자 사슬은 사출 성형 공정 중에 용융물 흐름 방향을 따라 움직입니다. PP 비정질 세그먼트의 열팽창 파라미터는 이동성이 증가하기 때문에 결정질 세그먼트보다 더 큽니다. 따라서 PP 소재의 결정성과 분자 사슬 방향을 개선하면 물질의 CLTE를 낮출 수 있습니다.

엘라스토머 강화제의 영향

자동차용 PP 소재는 일반적으로 인성이 좋지만, PP 자체의 인성은 낮기 때문에 인성 개질을 위해서는 엘라스토머 강화제가 필요합니다. 에틸렌-프로필렌 디엔 모노머(EPDM), 에틸렌-알파 올레핀 엘라스토머(POE), 스티렌 기반 열가소성 엘라스토머가 가장 많이 사용되는 엘라스토머 강화제입니다.

01엘라스토머 형태 효과

PP 복합재의 CLTE는 엘라스토머 고무상의 형태에 따라 크게 영향을 받습니다. 아래 이미지는 플라스틱/고무 혼합물에서 다양한 고무 형태의 열팽창 거동을 개략적으로 나타낸 것입니다.

엘라스토머/PP 매트릭스의 점도 비율은 엘라스토머의 모양에 큰 영향을 미칩니다. 엘라스토머/PP 점도비가 낮으면 엘라스토머는 MD 및 TD 방향을 따라 막대 모양이 되고, PP는 엘라스토머 방향과 반대 방향으로 결정화됩니다. 엘라스토머는 엘라스토머/PP의 점도 비율이 중간일 때 MD 방향에서는 막대 모양을, TD 방향에서는 구형 모양을 취합니다. PP는 MD 방향에서 엘라스토머의 방향에 수직으로 정렬됩니다. PP는 엘라스토머를 TD 방향으로 무작위로 관통합니다. 결정은 아래쪽을 향합니다.

엘라스토머/PP 점도비가 높으면 PP가 엘라스토머에 무작위로 침투하고 결정학적 배향이 더욱 감소하며 엘라스토머는 MD 및 TD 방향 모두에서 원형이 되어 구형임을 나타냅니다. 엘라스토머/PP 점도 비율이 높아지면 CLTE는 MD 및 TD 방향에서 증가하고 두께 방향에서는 감소합니다.

02엘라스토머 콘텐츠의 효과

엘라스토머의 구성은 모양 외에도 PP 소재의 CLTE에 상당한 영향을 미칩니다.

EPR 성분이 20%보다 낮으면 PP/에틸렌-프로필렌 고무(EPR) 합금의 CLTE가 점진적으로 증가하다가 급격히 감소합니다. 그 결과 PP/EPR 합금의 CLTE가 빠르게 상승합니다. 엘라스토머 EPR 함량이 60%일 때 PP/EPR 합금의 CLTE는 4.310-5°C-1이며, 이는 30% 탈크 충진(5.010-5°C-1)의 CLTE보다 낮고 30% 유리 섬유 충진(3.510-5°C-1)과 동등한 수치입니다. 따라서 필러를 많이 넣지 않고도 소재의 CLTE를 낮출 수 있어 저밀도 제품에 사용할 수 있습니다.

에틸렌과 공중합체가 결합하여 POE가 생성됩니다. POE의 구성 성분의 양과 종류는 PP 소재의 CLTE에 영향을 미칩니다. 상분리는 PP와 엘라스토머가 결합할 때 발생합니다. 상분리는 공단량체 함량이 높으면 천천히 일어나고 공단량체 농도가 낮으면 빠르게 일어납니다.

높은 공단량체 함량(30%)을 가진 POE의 경우 엘라스토머에서 PP 비정질 사슬의 상 분리가 느리며, 이는 PP의 빠른 결정화에 의해 방지되어 엘라스토머에 PP 비정질 사슬이 남게 됩니다. 결과적으로 결정성 PP는 PP 비정질 세그먼트와 엘라스토머의 열팽창을 감소시켜 CLTE를 감소시킵니다. PP 비정질 사슬은 낮은 공 단량체 함량 (9%)으로 POE의 PP 결정으로 확산되고 엘라스토머와 PP 비정질 세그먼트의 열팽창이 덜 제한되기 때문에 CLTE가 더 커집니다. 결과적으로 POE 엘라스토머의 공 단량체 함량이 상승하면 PP 소재의 CLTE도 증가합니다.

또한 PP의 CLTE는 POE의 용융 유동성에 의해 크게 영향을 받습니다. 혼합 재료의 전단 분산 과정에서 POE의 용융 유속(MFR)이 증가하면 POE가 더 쉽게 분산되어 연속적으로 분포된 미세한 상 상태를 형성합니다. 분산된 고무 상은 구조에서 PP에 의해 결합되어 MD 및 TD 방향에서 PP 소재의 열팽창 거동을 억제합니다. 결과적으로 PP 소재의 CLTE는 점차 감소합니다.

필러 결과

무기 충전제는 강성을 높이기 위해 PP 소재의 보강 수정에 자주 사용됩니다. 가장 자주 사용되는 보강 필러로는 벗겨지는 활석 가루, 운모, 바늘 모양의 수염, 울라스토나이트, 특정 길이 대 직경 비율의 유리 섬유 등이 있습니다. 또 다른 일반적인 필러는 구형 탄산칼슘이며, 이 중 활석 분말이 가장 일반적입니다. 이러한 무기 필러를 첨가하면 폴리머 재료의 CLTE가 매우 낮기 때문에 CLTE를 크게 줄일 수 있습니다.

이 중 탈크 분말 입자 크기 감소와 탈크 분말 농도 증가는 모두 MD 및 TD 방향으로 PP의 CLTE를 감소시킬 수 있습니다.

말레산 무수물 접목 PP (PP-g-MAH)는 중합체 사슬이 서로 얽히고, 상호 침투하고, 동시에 필러와 혼합되도록하여 필러와 PP 사이의 계면 결합력을 향상시키는 호환제로 사용할 수 있습니다. 열 이동의 억제로 인해 PP 소재의 CLTE가 감소하고 흐름에 수직 인 방향에서 감소가 더 큽니다.

첨가제의 효과

핵 형성제는 소재의 결정성과 강성을 향상시키기 위해 개질 PP 소재에 자주 적용됩니다. 폴리머 사슬은 비정질 사슬에 비해 결정성 영역에서 이동이 자유롭지 않고 열팽창이 적습니다. 그 결과, 핵 생성제가 없는 PP 소재의 CLTE는 핵 생성제가 있는 PP 소재보다 낮습니다.

PP 수지, 엘라스토머, 필러, 핵 생성제 등 많은 요인이 CLTE에 영향을 미칩니다. 위에서 언급한 접근 방식을 요약하면 다음과 같은 결론에 도달할 수 있습니다:

PP 수지의 결정성과 분자 사슬 배향을 개선하여 CLTE를 줄일 수 있습니다.

엘라스토머의 형태를 변경하여 PP 매트릭스와 이연상 구조를 형성하고, 엘라스토머의 공단량체 함량을 높이고, 상 분리 정도를 낮추고, 엘라스토머의 MFR을 높이고, 입자 크기를 줄이고, MFR을 증가시킴으로써 CLTE를 감소시킬 수 있습니다.

다양한 구조의 무기 필러를 추가하면 CLTE를 크게 줄일 수 있습니다.

핵 생성제를 추가하여 CLTE를 낮추면서 PP의 결정성을 높일 수 있습니다.