KR100401767B1 - 유리섬유 복합기재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유리섬유 복합기재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리프로필렌 수지섬유 50 ∼ 70 중량%와 유리섬유 30 ∼ 50 중량%를 혼섬/개섬한 섬유웹 양면에 폴리올레핀계 접착필름을 압착하여 가부착시키고, 이를 다시 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌계 장섬유 부직포를 양면 또는 한면에 가접착시키고, 이를 열성형에 의해 가압하여 판상으로 형성시킨 유리섬유 복합기재에 관한 것이다. 이러한 본 발명에 따르면, 내열 및 내습에 의한 기재의 형상 변화를 방지하면서 가격이 저렴하며, 공정수를 줄일 수 있고, 또한 분진이나 유해한 가스가 발생하지 않는다. 이밖에도, 폴리올레핀계 수지 및 무기질인 유리섬유로 구성되어 재활용의 면에서도 우수한 효과를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 유리섬유 복합기재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리프로필렌 수지섬유 50 ∼ 70 중량%와 유리섬유 30 ∼ 50 중량%를 혼섬/개섬한 섬유웹 양면에 폴리올레핀계 접착필름을 압착하여 가부착시키고, 이를 다시 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌계 장섬유 부직포를 양면 또는 한면에 가접착시키고, 이를 열성형에 의해 가압하여 판상으로 형성시킨 유리섬유 복합기재에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차 루프를 치장하기 위한 내장트림의 기재로서 전통적으로 사용되는 레진펠트는 자체의 페놀레진에 의한 특이한 냄새 및 분진으로 인하여 공해 및 작업 기피현상의 문제점이 있고 펄프를 수지필름으로 압착한 종이 보오드, 일명 수지합침 골판지 또는 단보오드는 펄프가 가지는 함수성으로 인하여 습도를 먹게 되면 처지는 문제 및 각 층 구조가 박리되는 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 일본국 특허 특개평11-48876에서 소개하는 자동차 루프 기재는 마수말레인산필름사이에 반경질 우레탄을 함침하여 열성형이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 기재를 선보이고 있는 데, 이는 반경질우레탄이 반복적인 열충격에 의해 변성이 되면서 작은 충격에도 부스러지는 문제와 손가락에 의한 국부적인 압력을 받았을 때 복원이 되지 않는 문제점이 있고 가격이 비싸다는 문제점이 있다.
또한, 일본특허공개 평8-108439에서는 천연섬유와 열가소성 섬유의 혼섬에 의한 자동차 내장 기재에 대하여 소개하고 있는 데, 이는 천연섬유 자체가 우드파이버로 한정이 되고 수지 레진이 아닌 열가소성 섬유의 혼섬을 니들링에 의하여 결합시키는 것을 전제로 하고 있는데, 니들링시 바늘에 의한 우드파이버의 결손과 열가소성 섬유의 융착 결합력이 부족으로 인한 강성 부족은 설계적으로 보완을 하여야 하는 2차적인 가공과 설계 제약을 가져오고 있다.
그리고, 미국특허 제5,656,674호에서는 폴리프로필렌 수지를 주성분으로 하면서 일정부분 강성 보완 차원에서 유리섬유를 블렌드하고 라디칼 개시제와 가교제를 사용하여 에틸렌 폴리프로필렌 공중합체를 가교 시켜 열안정성과 강성을 유지하게 하고 라디칼 개시제 및 발포제를 적절한 조건에서 발포시킴으로서 유리 섬유의배향으로 인한 높은 강성을 가지는 판상 기재에 대하여 소개하고 있는 데, 이 기재는 강성 및 성형성에서 매우 유리한 특성을 가지고 있지만, 제작 설비가 고가이고 제작 공정 특성이 매우 민감하여 일반 성형기로 성형하기 곤란한 특성 및 곡면도 큰 내장트림의 경우 강한 강성으로 인하여 성형면이 매끄럽지 못한 특징을 가지고 있다.
이밖에도, 대한민국 특허등록 제99-015048호에서는 폴리프로필렌수지 및 유리섬유를 일정한 비율로 혼섬하여 만든 내장재에 대하여 소개하고 있는 데, 이 내장재는 유리섬유에 의한 정전기 발생 및 피부 알레르기 발생하는 문제가 있고 통상적인 수준의 내용을 열거한 것이다.
따라서, 이러한 종래의 내장재에서 발생하였던 문제를 개선하고 최적의 원가개선, 열안정성, 내습치수안정성, 공정 단순화, 흡차음성, 곡면 성형성, 꺽임 복원성 및 유리섬유 알레르기를 방지하는 기재의 개발 필요성이 절실히 대두되고 있는 실정이었다.
이에, 본 발명의 별명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 폴리프로필렌 섬유 및 유리섬유 복합소재로 구성된 섬유웹을 접착 필름 및 부직포로 보완함으로써 최적의 원가개선, 열안정성, 내습치수안정성, 공정 단순화, 흡차음성, 곡면 성형성, 꺽임 복원성 및 유리섬유 알레르기를 방지하는 데 효과 있음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
결국, 본 발명의 주된 목적은 자동차용 내장 기재에 있어서, 폴리프로필렌 수지섬유 50 ∼ 70 중량%와 유리섬유 30 ∼ 50 중량%를 혼섬/개섬한 후, 카딩공정과 니들링 공정을 통해 제조한 섬유웹(c)과 이 섬유웹 양면에 폴리올레핀계 접착필름(b)을 압착하여 가부착시킨 후, 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌계 장섬유 부직포(a, d)를 양면 또는 한면에 가접착시키고, 이를 열성형에 의해 가압하여 판상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 유리섬유 복합기재를 제공하는 데에 있다.
도 1은 유리섬유 복합기재의 재료 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
[도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명]
a: 장섬유 부직포 b: 접착필름
c: 섬유웹 d: 장섬유 부직포
본 발명은 자동차용 내장 기재에 있어서, 폴리프로필렌 수지섬유 50 ∼ 70 중량%와 유리섬유 30 ∼ 50 중량%를 혼섬/개섬한 후, 카딩공정과 니들링 공정을 통해 제조한 섬유웹(c)과 이 섬유웹 양면에 폴리올레핀계 접착필름(b)을 압착하여 가부착시킨 후, 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌계 장섬유 부직포(a, d)를 양면 또는 한면에 가접착시키고, 이를 열성형에 의해 가압하여 판상으로 형성하는 유리섬유 복합기재를 그 특징으로 한다.
본 발명의 유리섬유 복합기재 및 이의 제조방법에 대하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에서 제공하는 유리섬유 복합기재는 주 소재인 폴리프로필렌 섬유 및유리섬유로 이루어진 섬유웹을 각층의 접착필름과 장섬유 부직포가 양면에서 샌드위치 구조로 강성을 보완하고 있다. 여기서, 폴리프로필렌 수지섬유는 폴리프로필렌 수지 또는 폴리프로필렌동중합체, 폴리에칠렌을 혼합 및 공중합한 것으로, ASTM D1238에 규정한 시험방법으로 평가시 용융지수가 3 ∼ 8g/10min, 더욱 바람직한 것은 3.5 ~ 5 g/10 min이다. 여기서 조건 보다 크면 섬유의 데니어 조정이 어렵고 이보다 작으면 방사가 곤란하기 때문이다. 또한, 수지의 융점은 151 ~ 167℃가 적당하며, 가능한 넓은 성형 온도범위를 얻기 위하여 로우덴시티폴리에칠렌 및 리니어로우덴시티폴리에칠렌을 일부 공중합시킬 수도 있다. 이러한 특성의 수지로 방사한 폴리프로필렌 공중합체 필라멘트는 이차적 가공을 통하여 귄취수는 3 ~ 6개/cm이 되도록 가연처리하고, 더욱 바람직한 것은 4 ~ 5개/cm가 적당하며, 여기서 가연처리가 적을 경우 웹 형성에 제약이 오고, 너무 크면 니들링시 큰 마찰열로 부분적으로 엉킴 현상이 발생할 수 있어 바람직하지 않다. 섬유의 굵기는 5 ~ 10데니어가 적당하며, 가장 바람직하기로는 7 ~ 8 데니어를 사용한다. 열성형시 적절히 융착성을 유지하기 위하여 적절한 굵기가 반드시 필요하기 때문이다. 섬유 길이는 50 ~ 70 mm의 것을 사용하는 것이 바람직하며, 너무 짧으면 웹 형성에 제약을 받고, 너무 길면 우수한 혼섬도를 얻기 어럽다.
유리섬유는 로밍 타입을 사용시 피부의 찔림 현상으로 발생하는 피부 알레르기가 발생하며 이를 방지하기 위하여 얀 타입을 주로 사용하고 꼬임을 주어 피부에 찔릴 수 있게끔 하는 섬유의 강연도를 약화시킨 것을 매우 큰 특징으로 한다. 유리섬유는 이-글래스(E-GLASS)를 사용하고 섬유의 직경은 7 ~ 13㎛를 사용하며 강성에 내장재의 강성 요구사항에 따라 가능하면 작은 직경의 섬유를 사용하는 것이 피부 알레르기를 유발하지 않는다. 이러한 알레르기를 유발하지 않는 최적의 유리섬유 굵기는 9.4 ~ 10.1㎛ 이고, 길이는 45 ~ 100 mm를 사용하며, 또한 얀 타입의 성분을 80 중량% 이상 사용한다. 사용하는 유리섬유의 주성분은 SiO2 52 ~ 72 중량%, Al2O3 0.6 ~ 16 중량%, CaO 10 ~ 25 중량%, MgO 1 ~ 2.5 중량%, B2O3 2 ~ 13 중량%로 구성되며 가공제로서 멜라민 25 중량% 및 아크릴 16 중량%가 사용될 수 있다. 꼬임수는 ISO 1890에 따라 평가시 2 ~ 31t/m가 적당하다.
폴리프로필렌섬유 및 유리섬유 복합의 웹 상태인 c 는 중량부로 유리섬유 30 ~ 50 중량% 를 사용하고 폴리프로필렌 섬유 50 ~ 70 중량%를 사용한다. 최적의 강성을 확보하기 위한 배합은 유리섬유 37 ~ 44 중량%와 폴리프로필렌 섬유 56 ~ 63 중량%를 사용하는 것이다. 유리섬유와 폴리프로필렌 섬유를 혼섬할 때는 저울을 사용하여 한주먹 정도 약 50g 을 번갈아 가며, 겹쳐서 쌍아 놓고 이때 니들링시 발생하는 정전기를 방지하기 위하여 통상의 액상 대전방지제를 뿌려준다. 이 혼섬 상태의 섬유체를 골고루 펴 주는 카딩 공정과 통상의 니들링 공정을 통하여 780 ~ 1200 g/㎡ 중량으로 웹을 형성한다. 최적의 중량은 980 ~ 1020 g/㎡이다. 통상의 결속 니들링 수는 단위 제곱 센티미터당 65 ~ 75회 되도록 하는 것이 성형전까지 비산되지 않고 결합되어 질 수 있다.
각 층간 결합을 위하여 사용하는 접착필름의 특성은 비중 0.91 ~ 0.98의 것을 사용하며, 재질로는 로우덴시티폴리에칠렌 및 폴리프로필렌 공중합체가 사용될 수 있다. 용융지수는 ASTM D1238에 의해 측정시 0.01 ~ 0.05 g/10 min 사이의것을 사용하는 것이 바람직하다. ASTM D638로 인장강도를 평가시 항복점은 210 ~ 250 kg/㎠의 것을 사용한다.
유리섬유의 비산을 방지하기 위하여 사용하는 부직포는 폴리에스테르 장섬유 부직포를 사용하는 것이 좋은 방법이 될 수 있다. 본 발명에서 사용한 부직포는 두께 0.1 ~ 0.2 mm이고 중량이 15 ~ 30 g/㎡ 이고 신율이 13 ~ 50 % 인 것을 사용한다.
c의 웹 상태에서 약 80 ~ 120℃ 사이의 온도를 가지는 롤(ROLL)로 로우덴시티폴리프로필렌 접착필름(b)을 압착하여 가부착시키고 장섬유부직포(a, d)를 압착 부착한다. 이때 d는 자동차 내장재로서 사용될 때 표피재 접착의 경우 부분적으로 부착하지 않은 상태로 사용될 수 있다. 자동차 내장재의 재활용성을 증대하기 위하여 경우에 따라서는 a,d에 사용하는 장섬유 부직포를 장섬유 폴리프로필렌 부직포를 사용할 수 있는 데, 중량과 두께가 동일한 것을 사용한다. 이때는 성형시 예열온도를 낮추어야 한다. 폴리에스테르 부직포일때의 예열온도 조건으로 성형하면 부직포 자체가 녹기 때문이다. 성형온도를 낮추게 되면 유리섬유와 폴리프로필렌 섬유 웹에서 결합제 역할을 하는 폴리프로필렌 수지를 폴리프로필렌 코포리머를 사용하거나 로우멜팅로우덴시티 폴리에칠렌으로 개질한 수지를 사용하여 예열시 120 ~ 150℃ 범위에서 연질화되어 결합제의 역할을 수행할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 이들 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1:
이-글래스(E-GLASS) 타입 유리섬유 길이 50 ~ 70 mm, 섬유 굵기 9.7 ~ 10.1㎛, 꼬임수 0.7/inch에 80% 얀 타입 및 20% 로밍 타입의 유리섬유를 혼섬하였다. 폴리프로필렌 융점 163℃, 용융지수 4.6 g/10 min의 수지를 7 데니어 섬유로 만들고 귄취수 4.3개/cm로 가연처리하고, 길이는 51mm의 스테이플 섬유를 사용하였다. 유리섬유 및 폴리프로필렌섬유를 각기 중량비로 38 ~ 41% : 59 ~ 62%가 되도록 개섬과 혼섬을 하면서 혼섬 중량부 50g에 대하여 액상의 통상 대전방지제를 약 3 ~ 5g을 처리하였다. 혼섬된 유리섬유 및 폴리프로필렌 섬유를 일련의 카딩기와 니들링을 거쳐 섬유웹을 형성한 후 로우덴시티폴리에칠렌 필름(비중 0.96, 용융지수 0.04 g/10 min)을 롤 온도 120℃에서 중량 20 g/㎡ 의 폴리에스테르 부직포 두께 0.12 mm에 신율 15%의 장섬유 부직포와 함께 가접착하였다. 가접착 상태의 유리섬유 복합소재 웹을 가열판에서 필요한 형상으로 성형한다.
실시예 2:
이-글래스(E-GLASS) 타입 유리섬유 길이 40 ~ 50 mm, 섬유 굵기 8.7 ~ 9.7 ㎛, 꼬임수 0.5 ~ 0.6/inch에 100% 얀 타입의 유리섬유를 사용하였다. 폴리프로필렌은 융점 159~162도, 용융지수 4.2 ~ 4.5 g/10min의 수지를 8 ~ 10 데니어 섬유로 만들고 권취수 4.5 ~ 5개/cm로 가연처리하고 길이는 45 ~ 50mm의 스테이플 섬유를 사용하였다. 유리섬유 및 폴리프로필렌 섬유를 각기 중량부로 45 ~ 48% : 52 ~ 55%가 되도록 개섬과 혼섬을 하면서 혼섬 중량부 50g에 대해서 액상의 통상 대전방지제를 3 ~ 5g을 처리하였다. 혼섬된 유리섬유 및 폴리프로필렌 섬유를 일련의 카딩기와 니들링을 거쳐 섬유웹을 형성한 후 로우덴시티폴리에칠렝 필름(비중 0.95 ~ 0.96, 용융지수 0.02 ~ 0.03g/10mim을 롤 온도 120℃에서 중량 20 g/m2 의 폴리에스테르 부직포 두께 0.15 mm에 신율 16%의 장섬유 부직포와 함께 가접착하였다. 가접착 상태의 유리섬유 복합소재 웹을 가열판에서 필요한 형상으로 성형하였다.
비교예 :
이-글래스(E-GLASS) 타입 유리섬유 길이 50 ~ 55mm, 섬유굵기 9.8 ~ 10㎛, 꼬임수 0.7개/inch에 80% 얀타입 섬유와 20% 로밍타입 유리섬유를 혼섬하였다. 폴리프로필렌 및 폴리에칠렌 공중합체 또는 폴리프로필렌코폴리머, 융점 범위가 121 ~ 135℃ 및 155 ~ 159℃의 두가지 융점 특성을 가지는 수지를 7 ~ 8 데니어 섬유로 만들고 권취수 4 ~ 6개/cm로 가연처리하고 길이는 50 ~ 51 mm의 스테이플 섬유를 사용하였다. 유리섬유 및 폴리프로필렌 및 폴리에칠렌 공중합체 또는 폴리프로필렌코폴리머 섬유를 각기 중량비 39 : 61%가 되도록 개섬과 혼섬을 하면서 혼성 중량부 50g에 대해여 액상의 통상 대전방지제를 약 3 ~ 5g을 처리하였다. 혼섬된 유리섬유 및 공중합체 및 코폴리머 섬유를 일련의 카딩기와 니들링을 거쳐섬유웹을 형성한 후 로우덴시티폴리에칠렌 필름(비중 0.96, 용융지수 0.04 g/10 min)을 롤 온도 120도에서 중량 20 g/㎡ 의 폴리프로필렌 부직포 두께 0.12 mm에 신율 15%의 장섬유 부직포와 함께 가접착하였다. 가접착 상태의 유리섬유 복합소재 웹을 가열판에서 필요한 형상으로 성형한다. 이때 성형온도는 폴리에스테르 부직포 일때의 220℃ 보다 낮은 190 ~ 200℃ 예열을 하여야 부직포가 녹아 예열판에 붙는 현상을 방지할 수 있다.
실험예 :
상기 실시예와 비교예에서 제작한 시편의 인장강도, 신율, 굴곡강도, 치수 변화율을 시험하여 결과를 다음 표 1에 정리하였다. 인장강도는 가로 세로 방향에 따라 각기 50 ×150mm의 시편을 인장속도 50mm/min으로 시험한 결과이다. 내열 조건은 90℃에서 24시간 방치후 시험하며, 내습은 50℃, 90%RH에서 24 시간 방치후 시험결과이다. 신율은 표면거리 50 mm에 대하여 평가한 결과이다. 굴곡강도는 가로 세로 방향에 따라 50×150mm의 시험편을 ASTM D790의 시험방법으로 시험속도 5mm/min으로 시험한 결과이다. 치수변화율은 내열 및 내습 각기 인장강도의 내열 및 내습 조건에 따라 300×300mm의 시험편을 방치후 변화율을 측정한 결과이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 유리섬유 복합기재에 관한 것이다. 이러한 본 발명에 따르면, 내열 및 내습에 의한 기재의 형상 변화를 방지하면서 가격이 저렴하며, 공정수를 줄일 수 있고, 또한 분진이나 유해한 가스가 발생하지 않는다. 이밖에도, 폴리올레핀계 수지 및 무기질인 유리섬유로 구성되어 재활용의 면에서도 우수한 효과를 얻을 수 있다.
Claims (8)
- 자동차용 내장 기재에 있어서, 폴리프로필렌 수지섬유 50 ∼ 70 중량%와 유리섬유 30 ∼ 50 중량%를 혼섬/개섬한 후, 카딩공정과 니들링 공정을 통해 제조한 섬유웹(c)과 이 섬유웹 양면에 폴리올레핀계 접착필름(b)을 압착하여 가부착시킨 후, 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌계 장섬유 부직포(a, d)를 양면 또는 한면에 가접착시키고, 이를 열성형에 의해 가압하여 판상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 유리섬유 복합기재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유리섬유는 섬유굵기가 7 ∼ 13㎛이고 길이가 45 ∼ 100mm인 이-글래스(E-GLASS)를 사용하며, 주성분은 이산화규소(SiO2) 52 ∼ 72 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 0.6 ∼ 16 중량%, 산화칼슘(CaO) 10 ∼ 25 중량%, 산화마그네슘(MgO) 1 ∼ 2.5 중량%, 산화바륨(B2O3) 2 ∼ 13 중량%로 구성되며, 가공제로서 멜라민 25 중량% 및 아크릴 16 중량%가 사용된 것으로 꼬임수가 25 ∼ 31t/m 가 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 유리섬유 복합기재.
- 제 2 항에 있어서, 상기 유리섬유는 섬유굵기가 9.4 ∼ 10.1㎛이고, 얀 타입을 80 ∼ 100% 함유하는 것을 특징으로 하는 유리섬유 복합기재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 수지섬유는 폴리프로필렌 수지 또는 폴리프로필렌동중합체, 폴리에칠렌을 혼합 및 공중합한 것으로, 용융지수가 3 ∼ 8g/10min이고, 융점이 151 ∼ 167℃인 폴리프로필렌 수지로 만든 섬유로 귄취수 3 ∼ 6개/cm이고, 섬유 굵기는 5 ∼ 10데니어를 사용하며, 섬유의 길이는 50 ∼ 70mm인 것을 특징으로 하는 유리섬유 복합기재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 섬유웹은 섬유체 50g당 액상의 대전 방지제를 3 ∼ 5 g을 뿌려 처리하고, 통상의 카딩공정과 니들링 수가 65 ∼ 75 회/㎠인 니들링공정을 통하여 중량이 780 ∼ 1200 g/㎡ 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 유리섬유 복합기재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 폴리올레핀계 접착필름은 로우덴시티폴리에칠렌, 리니어로우덴시티폴리에칠렌, 폴리프로필렌 공중합체의 수지로 비중이 0.91 ∼ 0.98이고, 용융지수가 0.01 ∼ 0.05g/10min이며, 인장 항목점이 210 ∼ 250kg/㎠인 것을 특징으로 하는 유리섬유 복합기재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 장섬유 부직포는 두께는 0.1 ∼ 0.2mm이고, 중량이 15 ∼ 30g/㎡이며 신율이 15 ∼ 30%인 것을 특징으로 하는 유리섬유 복합기재.
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