KR100361025B1

KR100361025B1 - 자동차 내장 기재용 열가소성 펠트

Info

Publication number: KR100361025B1
Application number: KR1020000071817A
Authority: KR
Inventors: 박성호
Original assignee: 한일이화주식회사
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2002-11-23
Also published as: DE60102779T2; DE60102779D1; EP1211138B1; JP2002234094A; US20020102896A1; KR20020042081A; EP1211138A1; US6774068B2; JP4048047B2

Abstract

본 발명은 자동차 내장 기재용 열사소성 펠트 적층물에 관한 것으로, 황마섬유와 폴리프로필렌섬유를 5：5∼6：4의 중량 비율로 배합한 펠트층과 상기 펠트층의 일면에 부착된 폴리프로필렌 기포지를 갖는 매트 유니트 2매를 상기 기포지가 없는 면을 맞대어 결합한 것을 특징으로 한다. 이에 의해 비틀림 변형이 방지되고, 고강성, 내열성 및 내충격성을 갖는 자동차 내장 기재용 열가소성 펠트 적층물을 얻을 수 있으며, 또한 원재료의 가격이 낮고 경량화에 따른 소요량이 적어 낮은 비용으로 자동차 내장 기재용 열가소성 펠트 적층물을 생산할 수 있다.

Description

자동차 내장 기재용 열가소성 펠트{Thermoplastic felt structure for automobile interior substrate}

본 발명은 자동차 내장재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경량, 고강성, 내충격성이 우수한 자동차 내장재용 열가소성 펠트 적층물에 관한 것이다.

도어트림(Door Trim), 리어셀프(Rear Shelf), 헤드라이너(Head Liner), 인스트루먼트 판넬(Instrument Panel), 필러(Pillar)와 같은 자동차 내장재는 기재와 표피재를 접합한 메인판넬(Main Panel)로서, 에어백, 스위치, 스피커, 램프, 공조부품 및 장식부품들이 조립된다. 메인판넬(Main Panel)은 리테이너(Retainer)와 스크류등으로 차체 실내면에 체결, 고정되어 사용된다.

따라서 자동차용 내장재의 기재는 내장재 형상유지와 여러가지 부품을 체결할 수 있도록 충분한 강도와 강성이 있어야 하며, 차량 사고시에 파손에 의해 생길 수 있는 날카로운 모서리가 형성되지 않아야 한다. 또한, 내충격성이 높아 충격 에너지를 흡수할 수 있어야 한다.

아울러 기재는 연비 향상을 위해 경량일 것, 냄새 발생 요인이 없는 것, 재활용이 가능한 것, 재료비가 낮고 제품 성형 공정이 단순하여 적은 비용으로 생산할 수 있는 것이 바람직하다.

종래의 자동차 내장 기재의 한 예로 레진펠트와 우드화이버(Wood Fiber) 소재를 열 프레스로 가열 가압하여 성형된 기재가 있다. 메인 판넬은 기재 표면에 접착제를 도포하여 건조한 후 표피재를 진공성형 접착하여 형성된다. 그러나, 이 기재에 사용되는 소재는 페놀의 열 경화를 촉진하기 위해 헥사민이라는 경화제가 첨가된다. 이 헥사민이 분해 반응시에 아민과 암모니아류의 분해 부산물이 생성되며 이 부산물은 악취 발생 요인으로 환경위생측면에서 인체에 유해하다. 또한, 분말 페놀수지가 소재 취급과정에서 낙하되어 분진이 발생되며 또한 메인판넬 성형시 표피재와 기재를 접착하기 위해 용제형 접착제를 도포하게 되는데 이 과정에서 유기용제의 휘발로 냄새 발생 및 작업환경이 열악해지게 된다.

또 다른 종래의 기술의 한 예로, 특허 출원 제98-013416호 "자동차용 내장재의 제조방법" 및 특허 출원 제98-013417호 "자동차용 내장재"가 있다. 이 기술은 도 1과 같이 3층 구조의 기재로 되어 있다. 이 3층의 중간층(2)은 폴리프로필렌 섬유와 아마(Flax:아마의 일종)섬유를 일정배합비율로 혼합(5:5)한 매트층이며, 3층 중 양쪽 기재 표피층(1)은 폴리프로필렌 섬유와 폴리에스터 섬유를 7:3으로 혼합한 시트층으로 된 적층구조이다. 그러나, 이 종래의 기술은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 이 기술의 공정은 내장재 기재와 같이 면적 중량이 1400g/㎡ 이상의 매트를 제조할 경우에는 웹 포밍공정에서 웹의 층이 두꺼워지고 컨베이어 이송속도를 낮추어야 한다. 그렇게 하면 니들 펀칭 스트로크(Stroke)도 길어지고 니들 펀칭기의 힘도 커져야 하므로 장비에 무리가 가거나 공정 밸런스가 맞지 않게 된다. 따라서, 이로 인해 니들이 파손 탈리되어 니들세편이 매트 속에 잔존하는 문제와 생산속도가 떨어지는 문제도 발생한다.

둘째, 이 기술은 펀칭이 한 방향으로만 이루어지게 되어 매트가 상하 비대칭 내부응력을 갖게 된다. 이 매트를 예열하여 내장 기재로 성형하면 니들 펀칭 방향면을 중심으로 휘어지는 변형이 발생하게 되고, 이로 인해 내장재의 품질이 열등, 동일 중량 대비 강도 저하 및 내열 변형성의 열등 등의 문제가 발생한다.

셋째, 구성 성분의 재질이 폴리프로필렌섬유, 아마섬유 및 폴리에스터섬유의 3가지 재질로 되어 있어 구성 재질의 수가 많아서 재활용성도 떨어진다.

따라서, 본 발명의 목적은 비틀림 변형이 방지되고, 고강성으로 내충격성이 우수한 자동차 내장 기재용 열가소성 펠트 적층물을 제공하는 것이다.또 다른 목적은 경량으로 연비향상을 이룰 수 있을 뿐만 아니라 재료비가 낮아지는 자동차 내장 기재용 열가소성 펠트 적층물을 제공하는 것이다.또 다른 목적은 내장재 성형공정이 단순하여 적은 생산 비용이 드는 자동차 내장 기재용 열가소성 펠트 적층물을 제공하는 것이다.

제 1은 종래의 기술에 의한 열가소성 펠트 적층물의 구조를 나타낸 단면도,

제 2은 본 발명에 의한 열가소성 펠트 적층물의 구조를 나타낸 단면도,

제 3은 본 발명에 의한 열가소성 펠트 적층물의 제조 과정을 나타내는 블록도,

제 4은 본 발명에 의한 열가소성 펠트 적층물을 이용한 자동차 내장 기재 성형공정이다.

〈도면의 주요부분에 대한 간단한 설명〉

1 : 기재표피층2 : 중간층10 : 본 발명에 의한 열가소성 펠트 적층물

11 : 펠트 표면에 폴리프로필렌 기포지를 적층한 매트 유니트

12 : 가열가압한 열가소성 펠트 적층물13 : 표피재14 : 본 발명에 의한 자동차 내장 기재

21,22 : 열간 프레스 31,32 : 가열가압평판금형

41,42 : 성형 프레스 51,52 : 냉각성형금형

111 : 폴리프로필렌 섬유와 황마섬유를 혼합한 펠트층

112 : 폴리프로필렌 기포지

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 황마섬유와 폴리프로필렌섬유를 5:5~ 6:4의 중량 비율로 배합한 펠트층과 상기 펠트층의 일면에 부착된 폴리프로필렌 기포지를 갖는 매트 유니트 2매를 상기 기포기가 없는 면을 맞대어 결합한 것을 특징으로 하는 자동차 내장 기재용 열가소성 펠트 적층물을 제공한다.여기서, 상기 황마섬유는 굵기가 40~120㎛이며, 길이가 45~80mm로 컷팅된 것이 바람직하다. 일반적으로 마섬유 중에서 강도와 내구성이 우수하며 생산성이 좋은 황마를 사용할 수 있다.그리고, 상기 폴리프로필렌섬유는 굵기가 6~15데니어이며, 길이는 45~80mm인 것이 바람직하다. 만일 폴리프로필렌섬유의 굵기가 6데니어 이하의 가는 섬유를 사용하면 카딩 작업성이 원활하지 못하며 15데니어 이상의 섬유를 사용하면 균일 분산 혼합이 어려워진다.또한, 상기 폴리프로필렌섬유는 클림프가 부여된 스테이플섬유인 것이 바람직한데 이것으로 니들펀칭 작업성이 좋아진다.상기 폴리프로필렌 기포지는 면적중량이 50~100g/㎡인 것이 효과적이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.도 2는 본 발명에 의한 자동차 내장 기재용 열가소성 펠트 적층물의 구조를 나타낸 단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열가소성 펠트 적층물(10)은 황마섬유와 폴리프로필렌섬유를 5:5~6:4의 중량 비율로 배합하여 형성된 펠트층(111)과 상기 펠트층(111)의 일면에 부착된 폴리프로필렌 기포지(112)를 갖는 매트 유니트(11) 2매를 상기 기포지가 없는 면을 맞대어 결합하여 형성된 4층의 적층구조이다.

펠트층(111)의 황마섬유와 폴리프로필렌섬유의 혼합율에 있어서, 황마섬유는 내장 기재의 강도와 강성, 내충격성을 담담하며, 폴리프로필렌섬유는 기재 성형시 용융되어 황마섬유들을 결속하는 결합재의 역할과 내장 기재의 성형성을 부여하는 역할을 한다. 여기서 황마섬유의 혼합 비율이 높으면 강도와 강성이 높아지게 되지만 성형성이 부족하게 된다. 따라서 본 발명에서 황마섬유와 폴리프로필렌섬유의 혼합율은 5:5~6:4의 중량 비율로 하여 강도와 성형성의 적절한 균형을 달성할 수 있다.

기포지(112)는 재질이 호모폴리머 폴리프로필렌수지이며 면적 중량은 50~100g/㎡이다. 기포지(112)는 펠트층(111)의 표면에 위치하여 내장재 성형을 위해 열가소성 펠트를 가열가압하여 예열할 때, 용융되어 펠트층 표면에 흡수되어서 치밀한 기재 표면을 형성하게 된다. 이는 기재의 표면 강화 효과와 기재의 강성을 약 15% 이상을 향상시키며, 또한 리테이너와 같은 부속물을 기재에 용융 접착할 때 접착력을 향상시키는 역할도 한다.따라서, 본 발명에 의한 열가소성 펠트 적층물의 구조는 4층 구조의 대칭성에 기인하여 평판 성형을 하여도 비틀림 변형이 발생하지 않는다.

도 3은 본 발명에 의한 열가소성 펠트 적층물 제조 과정을 나타내는 블럭도이다. 그 과정을 상세히 설명하면, 첫번째 컷팅공정에서 황마의 굵기가 40~120㎛인 것을 45~80mm가 되게 자른다. 일반적으로 마섬유는 크게 대마, 황마, 아마로 구분되며 그 중에서 강도와 내구성이 우수한 황마는 밧줄이나 포장 가마니로 사용되고 있다. 따라서, 본 발명에는 강도와 내구성이 우수하며 생산성이 좋은 황마를 선택하여 사용할 수 있다. 그리고, 폴리프로필렌섬유는 6~15데니어의 굵기가 되도록 하며 45~80mm의 길이로 자른다. 만일 폴리프로필렌섬유의 굵기가 6데니어 이하의 가는 섬유룰 사용하면 균일 분산 혼합이 어려워지는 문제점이 있다. 또한 폴리프로필렌섬유는 클림프가 부여된 스테이플섬유인 것이 바람직한데 이것으로 니들펀칭 작업성이 좋아진다.두번째 믹싱공정은 황마섬유와 폴리프로필렌섬유의 혼합비율을 5:5~6:4의 중량 비율이 되게 혼합한다. 세번째 오프닝 공정에서 황마섬유와 폴리프로필렌섬유를 스파이크롤로 풀어주고 부풀리면서 또 다시 섞어지게 한다. 네번째 카딩공정은 침포로 황마섬유와 폴리프로필렌섬유를 한 올씩 풀어주고 또 다시 섞이게 하면서 섬유를 긁어 주는 방향으로 정렬시킨다. 다섯번째 웹 포밍공정은 이송 컨베이어 벨트 표면에 폴리프로필렌 기포지를 투입하고 기포지 위에 이전의 카딩공정에서 공급된 섬유 웹을 원하는 폭과 면적중량이 되도록 겹겹이 쌓아준다. 이때 폴리프로필렌 기포지는 면적중량이 50~100g/㎡이 되도록 사용한다.여섯번째 니들 펀칭 공정은 여러 겹으로 쌓여 있는 웹과 기포지를 니들펀칭하여 물리적 결속력을 갖게 하고 원하는 매트 두께로 만든다. 일곱번째 와인딩공정은 니들펀칭한 매트를 감아서 롤 형태로 한다. 여덟번째 2차 니들펀칭 공정은 위의 7단계의 공정으로 준비된 매트 2개 롤을 펠트층이 서로 맞닫게 하여 다시 한번 니들 펀칭한다. 마지막으로 아홉번째 재단공정은 2차 니들펀칭한 펠트의 양 끝단을 트리밍하고 원하는 길이와 폭으로 재단하여, 내장 기재용 열가소성 펠트를 완성한다.

도 4는 본 발명에 의한 열가소성 펠트 적층물을 이용한 자동차 내장 기재 성형공정이다.

위의 과정으로 제조된 열가소성 펠트물(10)은 180~230℃로 조정된 열간 프레스(21,22)에 연설된 가열가압 평판금형(31,32)으로 가열 가압한다. 이때 가열 가압조건은 펠트 중심부의 온도가 170~190℃에 도달하는 시간이 40~90초 정도가 될 수 있도록 설정한다. 가열가압 평판금형(31,32) 사이의 간격이 최종 기재 두께의 1.2~1.8배 정도로 설정하며, 가압력은1~5kgf/㎠ 정도의 범위로 조정한다.

가열가압한 열가소성 펠트 적층물(12)은 성형 프레스(41,42)와 냉각수가 순환하고 있는 냉각성형금형(51,52) 사이로 이송하여 원하는 내장 기재로 성형된다. 냉각 형성 조건은 10~30kgf/㎠ 의 압력으로 가압하면서 30~60℃ 정도의 기재온도가 될때까지 40~60초 동안 냉각하여 자동차 내장 기재(14)를 완성한다. 냉각성형시에 필요에 따라 표피재(13)와 가열 가압한 열가소성 펠트 적층물(12)을 동시에 넣고 성형할 수도 있다.

(실시예1)

본 실시예는 본 발명에 따른 자동차 내장 도어트림에 대한 것이다.

폴리프로필렌섬유는 호모폴리머 폴리프로필렌수지로서, 6데니어의 섬유 굵기와 65mm의 길이를 가지며, 니들펀칭 작업성을 위해 클림프가 부여된 스테이플섬유를 사용하였다. 황마섬유는 평균 80㎛의 굵기와 60mm이 길이로 잘라서 사용하였다. 황마섬유와 폴리프로필렌섬유의 혼합비율은 55:45의 중량비율로 하였고, 폴리프로필렌 기포지는 60g/㎡의 면적 중량을 사용하였다. 펠트의 제조는 이전의 발명의 구성에서 기술한 과정을 거쳐 펠트 전체 면적 중량이 1800, 1900, 2000g/㎡이 되게 제조하였다. 내장 기재 성형 과정은 200~210℃로 조정된 열간프레스에 연설된 가열가압된 평판금형에 열가소성 펠트를 넣고 가열가압금형 간격을 3.5mm로 조정하였다. 가압력이 2kgf/㎠이 되게 하여 45초 동안 가열하여 열가소성 펠트 중간부의 온도가 180℃가 되도록 가열하였다. 그 다음 성형 프레스와 냉각 성형금형으로 이송하여 냉각성형금형 간격을 2.25, 2.5mm로 조정하고 가압력이 12kgf/㎠이 되게 하며 45초동안 냉각하여 내장 기재를 성형 하였다. 성형된 기재의 물성시험 결과를 종래 기술에 따른 기재와 같이 시험하여 표 1에 나타내었다.

#1, #2, #3은 본 발명에 따른 4층 구조이며 중량과 두께 변화를 나타낸 것이고, #4는 본 발명 구조에서 폴리프로필렌 기포지가 없는 경우이다.

(실시예2)

본 실시예는 본 발명에 자동차 내장 리어셀프에 대한 것이다.

폴리프로필렌섬유, 황마섬유, 폴리프로필렌 기포지는 실시예1과 동일하게 사용하였다. 펠트제조도 실시예1과 동일하게 제조하되 펠트 전체 면적 중량이 2400, 2700, 3000g/㎡이 되게 제조하였다. 내장 기재성형과정은 200~210℃로 조정된 열간프레스에 연설된 가열가압평판금형에 열가소성 펠트를 넣고 가열가압금형 간격을 4.0mm로 조정하였다. 가압력은 2kgf/㎠이 되게 하여 45초동안 가열하여 열가소성펠트 중간부의 온도가 180℃가 되도록 가열하였다. 그 다음 성형 프레스와 냉각성형금형으로 이송하여 냉각성형금형 간격을 2.75, 3.1mm로 조정하고 가압력이 15kgf/㎠이 되게 하며 50초 동안 냉각하여 내장 기재를 성형 하였다. 성형된 기재의 물성시험 결과를 종래 기술에 따른 기재와 같이 시험하여 표 2에 나타내었다.

#1, #2, #3은 본 발명에 따른 4층 구조이며 중량과 두께 변화를 나타낸 것이다.

이에 의해 비틀림 변형이 방지되고, 고강성, 내열성 및 내충격성을 갖는 자동차 내장 기재용 열가소성 펠트 적층물을 얻을 수 있으며, 또한 원재료의 가격이 낮고 경량화에 따른 소요량이 적어 낮은 비용으로 자동차 내장 기재용 열가소성 펠트 적층물을 생산할 수 있다. 그 외에 냄새와 분진의 발생요인이 없고 구성 재질에 환경유해요인이 없어 환경친화적인 자동차 내장 기재용 열가소성 펠트 적층물을 제공할 수 있다.

Claims

자동차 내장 기재용 열가소성 펠트 적층물에 있어서,

황마섬유와 폴리프로필렌섬유를 5:5~6:4의 중량 비율로 배합한 펠트층과 상기 펠트층의 일면에 부착된 폴리프로필렌 기포지를 갖는 매트 유니트 2매를 상기 기포지가 없는 면을 맞대어 결합한 것을 특징으로 하는 자동차 내장 기재용 열가소성 펠트 적층물.
제1항에 있어서,

상기 황마섬유는 굵기가 40~120㎛이며, 길이가 45~80mm로 컷팅된 것을 특징으로 하는 자동차 내장 기재용 열가소성 펠트 적층물.
제1항에 있어서,

상기 폴리프로필렌섬유는 굵기가 6~15데니어이며, 길이는 45~80mm인 것을 특징으로 하는 자동차 내장 기재용 열가소성 펠트 적층물.
제1항에 있어서,

상기 폴리프로필렌섬유는 니들펀칭 작업성을 위해 클림프가 부여된 스테이플 섬유인 것을 특징으로 하는 자동차 내장 기재용 열가소성 펠트 적층물.
제1항에 있어서,

상기 폴리프로필렌 기포지는 면적중량이 50~100g/㎡ 인 것을 특징으로 하는 자동차 내장 기재용 열가소성 펠트 적층물.