초록 ▼

현재 골프공에 사용되는 폴리우레탄은 폴리우레탄 프리폴리머에 경화제를 함께 넣어 2액형으로 하여 캐스팅 성형방법으로 주로 제조되고 있으며 이는 주제와 경화제의 2액 경화형이라서 작업이 까다롭고 경화속도의 제어가 어려운 문제가 있다. 또한 캐스팅 성형공정 설비에 대한 초기투자비가 많이 들어 기존 이오노머 사출성형 공정의 설비들을 이용할 수 없어 우레탄 커버 성형을 위해 별도의 캐스팅 성형공정 설비를 두어야 하는 부담이 크다.

본 과제에서는 이와 같은 문제점들을 또한 염두해 두고 기존의 캐스팅에 의한 우레탄 커버제조의 공정상

현재 골프공에 사용되는 폴리우레탄은 폴리우레탄 프리폴리머에 경화제를 함께 넣어 2액형으로 하여 캐스팅 성형방법으로 주로 제조되고 있으며 이는 주제와 경화제의 2액 경화형이라서 작업이 까다롭고 경화속도의 제어가 어려운 문제가 있다. 또한 캐스팅 성형공정 설비에 대한 초기투자비가 많이 들어 기존 이오노머 사출성형 공정의 설비들을 이용할 수 없어 우레탄 커버 성형을 위해 별도의 캐스팅 성형공정 설비를 두어야 하는 부담이 크다.

본 과제에서는 이와 같은 문제점들을 또한 염두해 두고 기존의 캐스팅에 의한 우레탄 커버제조의 공정상의 문제점을 극복하고 또 성능면에서도 기존의 우레탄 커버와 차이가 없는 i) 사출형 자기치유 가교폴리우레탄 소재를 제조하여 ii) 여기에 이오노머를 가교화하여 얻어진 이오노머 분말을 함께 압출하여 하이브리드 소재를 제조하였다.

자기치유 가교폴리우레탄은 열가소성 폴리우레탄(TPU) 내에 가교구조를 이룰 수 있도록는 선택된 관능기가 3개 이상인 폴리올(트리메틸올프로판) 모노머를 디이소시아네이트(MDI)를 반응시켜 가교형 폴리우레탄 프리폴리머를 만들고 또한 말단의 이소시아네이트기를 블록킹하여 블록 폴리우레탄(blocked polyurethane) 프리폴리머를 제조하였다. 무엇보다 사용의 편리함과 TPU와의 균일한 혼합을 위해 실리카 입자를 이용한 가교형 블록 폴리우레탄(Si-MI 또는 I)을 제조하였다.

이와 같이 제조된 가교형 프리폴리머는 압출기에서 190℃ 이상에서 열가소성폴리우레탄(TPU)과 에스테르 교환반응으로 TPU의 긴사슬이 끊겨지고 유동성이 확보되어 사출성형이 가능한 것을 확인하였으며 또한 활성화된 이소시아네이트는 실온으로 천천히 냉각되는 동안 긴사슬의 말단에 있는 하이드록시기와 우레탄 가교결합으로 네트워크구조를 이루어 자기치유 폴리우레탄이 만들어 졌다.

그리고 이오노머의 가교화는 상용화를 위해 실리카 입자에 아미노실란기를 도입하고 기에 가교된 뉴크렐을 붙여 분말(Si-SN 또는 N)로 하여 성능 뿐 만아니라 사용하기에 편리하게 하였다. 이렇게 제조된 자기치유폴리우레탄과 가교이오노머 분말을 TPU와 함께 일정비로 섞어 압출하여 폴리우레탄 하이브리드 소재를 펠렛 형태로 제조하였다. 또한 탄성이 좋으며 TPU와 상용성(compatibility)이 뛰어난 PA(polyamide)를 사용하여 컴파운딩한 결과 PU의 탄성모듈러스가 증가됨을 알 수 있었다.

본 과제에서는 폴리우레탄 하이브리드 컴파운드를 개발함에 있어 TPU에 Si-SN, Si-Mi 뿐만 아니라 우레탄에 가역적 가교결합을 유도할 수 있는 다양한 재료 즉 EPS(Epoxidized Polysulfide), 주쇄에 히드록시기를 다량 함유한 셀룰로오스(cellulose), PVA(polyvinyl alcohol) 등을 또한 적용하여 보았다.

본 과제에서 하이브리드 컴파운드를 개발하는 과정에서 전체 40종 컴파운드가 만들어졌으며 이들에 대한 기계적 특성(경도, 인장/신율, 인열강도)을 파악하여 목표달성 여부를 판단하였으며 골프공 소재로서 보다 더 적합한 선택을 위해 DMA(dynamic mechanical analysis) 분석을 하였다.

기계적 강도와 DMA 분석을 통해 40종 중에서 가장 적합한 하이브리드 소재가 TPU/PA-NI-3 로 판단되었다.

이를 골프공 커버에 적용하고자 커버의 두께별로, 딤플의 개수와 딤플구도에 따른 시작품을 제작하였으며 성능평가를 통해 하이브리드 커버를 장착한 최적의 디멘젼을 결정하였다.

하이브리드 소재 TPU/PA-NI-3을 커버로 한 골프공은 커버두께가 1.20mm, 코아직경 40.3mm, 딤플갯수 322인 것으로 비거리, 스핀력 등에서 과제목표치를 달성하였으며 타구음과 타구감 등의 프로선수들의 관능시험에서도 상급의 평가반응을 보였다.

(출처 : 요약서 3p)

Abstract ▼

For over 20 years, the golf ball cover in the premium used for the golf pros and amateur players has been mostly consisted of the dual cover, i.e. polyurethane(outer layer) and ionomer(inner layer). In fact, the ionomer material as a cover has been employed for over 30 years because of its high mech

For over 20 years, the golf ball cover in the premium used for the golf pros and amateur players has been mostly consisted of the dual cover, i.e. polyurethane(outer layer) and ionomer(inner layer). In fact, the ionomer material as a cover has been employed for over 30 years because of its high mechanical properties like hardness and strength in order to gain the further flight distance and also to protect the inside core from breaking by the hitting of huge impact about 1 ton/cm2. Not only the flight distance but also the accurate control induced by back-spin is more importantly required in the golf tournament game such as PGA and LPGA. For the purpose of easy green control, polyurethane has been selected and widely used.

So far, the urethane covering on the ionomer underneath has been achieved mostly via the casting molding in which two type components are blended together; polyurethane prepolymer and curing agent. In the process of dual cover fabrication, the urethane is molded by the casting but the ionomer cover is fabricated by the injection, resulting in two different molding processes in a row. Therefore, the covering production efficiency is kind of low due to the relatively long production hour and increasing unacceptable item percentage.

Frankly, in the golf ball industry, there has been great efforts to solve such problems mentioned just here through the combination of two materials, urethane and ionomer, into one hybrid material, with the high expectation that such a hybridization could be a promising materials to realize both characteristic performance with the only one cover material.

In this R&D project, first, the cross-linked ionomer powder(Si-SN or simply I) was prepared for the practical and convenient use. The cross-linked ionomer powder was obtained through a new synthetic method; on the surface of silica particles epoxy group ended silanes were introduced and then the top surface was finally coated with ionomers which are cross-linked.

Second, the blocked polyurethane prepolymer(Si-MI or simply I) was synthesized from the reaction: firstly, between trimethylol propane and MDI diisocyanate and then the following blocking reaction by using isosorbide.

Third, the reversible crosslink polyurethane was prepared by the reaction between the conventional TPU and blocked polyurethane prepolymers, carried out in the reaction-type twin extruder. The conventional thermoplastic polyurethane(TPU) was modified to provide the reversible characteristic and cross-linkable property in it.

The reversible crosslink polyurethane prepared in the project is to be used for the golf ball cover injection molding. During the injection molding, the PU networks are reversibly changed, which means that at the temperature over 180℃, some of cross-linking networks are dissociated, resulting in the fluid state. But their networks are recovered while cooling down to the room temperature.

Additionally, we found the PA(polyamide) could be used for the enhancement of elastic modulus of PU hybrid system. In the project, besides Si-SN, and Si-MI, other kinds of materials, e.g. EPS(Epoxidized Polysulfide), hydroxy group containing cellulose and PVA(polyvinyl alcohol) were employed to realize more useful and efficient hybrid systems.

In the course, we were able to obtain 40 different PU hybrid compounds and the mechanical strengths; hardness, tensile strength, elongation and tear strength, were measued and also, more importantly, DMA(dynamic mechanical analysis) was conducted for the best selection of PU hybrid among the 40 different PU hybrid systems. The hybrid system, TPU/PA-NI-3 is finally chosen as a PU hybrid cover material. Using the TPU/PA-NI-3, PU hybrid golf balls were manufactured, varying with different cover thickness and also dimple numbers.

Finally, from the performance evaluation based on flight distance(m) and spin(rpm), etc., the optimal dimension was determined to be the cover thickness of 1.20mm, the core diameter of 40.3mm, and the dimple number of 322. Compared to other global brand premium golf balls, the PU hybrid golf ball developed in this project showed the competitive performances.

(출처 : SUMMARY 12p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 12
• Contents ... 14
• 목차 ... 17
• 제1장 기술개발과제의 개요 ... 21
• 1. 기술개발의 필요성 ... 21
• 가. 기술적 중요성 ... 21
• 나. 경제․산업적 중요성 ... 24
• 다. 사회적 중요성 ... 26
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 27
• 1. 국내외 기술개발 현황 ... 27
• 2. 국내외 경쟁사 기술 현황 ... 32
• 제3장 기술개발 내용, 방법 및 결과 ... 40
• 1. 기술개발내용 및 방법 ... 40
• 2. 기술개발 결과 ... 47
• I. 이오노머 분말 제조기술 개발 ... 47
• II. 폴리에틸렌 이오노머 가교분말 상용화제 개발 ... 60
• III. 사출형 자기치유 가교폴리우레탄 제조 기술개발 ... 69
• IV. 폴리우레탄 하이브리드 제조기술 개발 ... 88
• V. 하이브리드 골프공 시작품 제작 및 최적화 ... 152
• VI. 하이브리드 골프공 제조공정 표준 ... 212
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 219
• 1. 목표달성도 ... 219
• 2. 연구개발결과의 기여도 ... 228
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 229
• 1. 활용방안 ... 229
• 2. 추가연구의 필요성 ... 229
• 3. 사업화 계획 ... 230
• 제6장 기술개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 237
• 제7장 참고문헌 ... 242
• 부록I. 특허출원사실증명원 ... 244
• 부록II. NCO 측정 방법 ... 255
• 부록III. 파일럿반응압출 조건표 ... 257
• 부록IV. 폴리우레탄 하이브리드 공인시험성적서 ... 277
• 부록V. 하이브리드 컴파운드 물성 측정 데이터(Raw Data) ... 320
• 부록VI. DMA(동역학특성) 분석 ... 358
• PU 복합필름의 저온 DMA분석(1) ... 359
• 이오노머 필름의 저온 DMA 분석(2) ... 366
• PU하이브리드의 DMA 분석 ... 371
• 부록VII. 커버사출성형 조건표 ... 381
• 부록VIII. 학회대회발표 ... 405
• 끝페이지 ... 416