KR100410224B1 - 자동차용 부직포와 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차용 부직포와 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리프로필렌 섬유를 이용하여 부직포를 제조하고 그 뒷면에 아크릴 바인더를도포하여 치수안정성 및 강도와 제품의 두께를 조절하고, 또한 화학조제의 사용없이 폴리아미드 필름을 열융착 접착함으로써 물성뿐만 아니라 원가절감이 가능한 자동차의 헤드라이닝에 사용되는 부직포와 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

자동차용 부직포와 그의 제조방법
본 발명은 자동차용 부직포와 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리프로필렌 섬유를 이용하여 부직포를 제조하고 그 뒷면에 아크릴 바인더를 도포하여 치수안정성 및 강도와 제품의 두께를 조절하고, 또한 화학조제의 사용없이 폴리아미드 필름을 열융착 접착함으로써 물성뿐만 아니라 원가절감이 가능한 자동차의 헤드라이닝에 사용되는 부직포와 그의 제조방법에 관한 것이다.
부직포는 자동차 중에서 시트, 헤드라이닝, 또는 도어 트랩의 마감재 등 많은 부분에 널리 쓰이고 있다. 특히 자동차 헤드라이닝(Head lining)은 폴리에스터로 제조된 부직포를 표피제로 사용하고 폴리아미드 직포(Web)와 기재인 F-10으로 이루어진 3층 구조이다.
이때, 표피제로 사용되는 부직포는 보통 3 데니어이고 밀도는 0.183 g/㎡인 폴리에스터 직물을 주원료로 하여 결합제로서 에틸렌비닐클로라이드와 폴리에스터 바인더를 사용하고 난연제, 대전방지제 등을 화학처리하여 제조된다. 이러한 폴리에스터 부직포는 여러 화학약제를 사용하므로 재활용이 불가능하고 많은 공정을 거치게 되어 제조원가가 상승되고 있는 실정이다. 또한 F-10 기재에 부직포를 접착하기 위하여 부직포 뒷면에 폴리아미드 직포(Web)를 라미네이팅 시키는 공정을 실시하는데, 친화성을 향상시키기 위하여 폴리에틸렌 분말을 뿌려야 하는 공정상의 문제점이 있었다.
폴리프로필렌을 자동차의 부직포로 적용한 예는 폴리에스터와 혼방한 폴리프로필렌 부직포가 있으나 두 섬유의 융점과 염색방법에 차이가 있어서 혼섬시 균일한 부직포의 형성이 어려우며, 재활용시 각기 재료를 분리해야 하므로 원가절감의 효과가 줄어드는 등 문제점이 있었다. 또한 폴리프로필렌으로만 구성되어 있는 부직포는 가볍고 값이 싸서 원가절감이 가능하지만 폴리프로필렌 자체의 낮은 내열성과 화학약재 처리가 어렵고 자동차의 헤드라이닝용으로 요구되는 방오성, 내마모성, 광견뢰도 및 신장 탄성율 등 물성이 좋지 않아 실제로 적용된 예는 없었다.
이에 본 발명자들은 기존의 폴리에스터 섬유를 대체할 만한 섬유를 찾던 중 폴리에스터보다 가볍고 공정단축으로 인하여 원가절감이 가능하고 또한 기재에 접착을 위해 따로이 화학처리제를 사용하지 않고도 우수한 물성을 가지는 폴리프로필렌만을 사용한 부직포를 제조하는데 성공하였다.
따라서 본 발명은 공정단축에 의해 원가절감이 가능하고 제품의 물성이 우수하여 자동차 헤드 라이닝에 적합한 폴리프로필렌 부직포와 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 자동차 헤드라이닝에 폴리프로필렌섬유로만 제조된 부직포를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 부직포는 2 ∼ 4 데니어의 폴리프로필렌 원사를 혼합하여 부직포를 제조하고 이의 뒷면을 아크릴 바인더로 화학처리하며 폴리아미드필름을 라미네이팅할 때 열융착 압착하는 공정을 그 특징으로 한다,
이와 같은 본 발명을 제조공정에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 제 1 공정은 부직포 제조 공정으로서 일정속도로 공급되는 폴리프로필렌 원사를 개섬하고 균제도를 높이기 위하여 교반막대(Stirring Bar)로 골고루 섞어준다. 그다음 카딩(Carding)공정으로 와이어가 있는 롤러의 속도를 다르게 하여 빗질하여 직포(Web)를 성형시킨다. 상기 공정으로 성형된 직포를 니들펀칭(Needle Punching)하는데, 6개의 바늘장치(Needle Room)를 통과시켜 교락을 형성하여 부직포를 제조한다. 이때, 사용된 바늘형태는 36CON, 32RB, 36CSM, 40RBM, 42CBA이고 니들펀치 깊이는 6.2 ∼ 9.6㎜로 하고 교락속도(Stroke)는 분당 380 ∼ 490회로 한다. 상기와 같이 제조된 부직포를 90 ∼110℃에서 2 ∼ 4분간 열고정하여 알맞는 중량, 두께로 제조한다.
그 다음은 캘린더링(Calendering)공정으로서, 표면수축을 일으켜 조직을 치밀하게 하고 부직포의 강도 및 내마모성 등 물성을 향상시키기 위하여 스티밍(Steeming) 공정을 실시한 후 열고정하여 표면 균제도를 높인다.
이때 제조된 부직포는 굵기가 2 ∼ 4 데니어이고 밀도가 0.17 g/㎡인 폴리프로필렌사를 사용하므로 기존의 폴리에스터(0.183 g/㎡)에 비하여 가벼워서 원가 절감이 가능하다는 장점이 있다. 만일 폴리프로필렌이 2 데니어 미만이면 내마모성 및 표면쏠림현상 등에 문제가 있고, 4 데니어를 초과하면 중량이 많이 나가며 표면이 거칠어져 자동차용 헤드라이닝에 적합하지 않다.
제 2 공정은 부직포의 가공공정으로서 부직포의 뒷면 코팅(Back Coating)하는 공정이다.
먼저, 나이프(Knife)공정으로서 부직포 뒷면에 고형분이 40 ∼ 50%인 아크릴 바인더를 두께가 0.1 ∼ 0.4 ㎜되도록 거품상으로 도포한다. 이때, 기존의 폴리에스터 부직포처럼 난연제, 대전방지제 등을 처리하지 않아도 아크릴 바인더를 사용함으로써 부직포의 치수안정성이 부여되고 강도와 제품의 두께 조절이 가능하다. 또한 사용되는 아크릴 바인더의 양을 조절하는 것이 부직포의 물성을 좌우하게 되는데, 아크릴 바인더가 다량으로 처리되면 내마모성 등의 강성은 우수해지지만 중량이 많이 나가게 되고 신율이 줄어 가공이 어려우며, 소량처리되면 내마모성이 저하되며 치수안정성에 문제가 있다.
그 이후 90 ∼ 100℃로 유지되고 있는 8개의 열장치를 통과시켜 완전히 건조하고 100℃로 유지하면서 건조된 제품을 원하는 두께로 조절하여 고정하고 냉각하여 권취한다.
제 3 공정은 폴리아미드 필름을 라미네이팅 시키는 공정이다.
상기 공정에서 제조된 폴리프로필렌 부직포와 중공 성형법(Blow Molded)으로 제조된 폴리아미드 필름을 캘린더 롤(Calender Roll)상에서 동시에 투입하여 100 ∼ 130℃에서 1 ∼ 3분간 열융착 접착을 실시한다. 이것은 부직포 뒷면에 도포된 아크릴 바인더의 카르복시기와 폴리아미드 필름의 아미드기가 반응하여 친화력이 생기므로 다른 화학약재의 사용없이 접착이 가능한 것이다.
상기 공정에서 사용된 폴리아미드 필름은 두께가 0.02 ㎜이고 인장강도는 177 ㎏f/㎠이고 신율은 400%인 것이 제품의 접착 및 가공면에서 유리하다. 이때, 열융착 압착온도가 100℃ 미만이면 부직포 접착시에 문제가 있고 130℃를 초과하면 부직포의 수축이 일어나는 문제가 있다.
제 3 공정은 헤드라이닝 성형공정으로 성형 금형내에서 기재 F-10를 180℃이상, 바람직하기로는 190 ∼ 220℃로 가열하고 30 ∼ 60 ㎏/㎡으로 가압하여 제품형상을 유지한다. 그 다음 폴리프로필렌 부직포와 기재를 190 ∼ 220℃에서 10 ∼ 15초 동안 예열하고 냉각금형에서 50 ㎏/㎡의 압력으로 30 ∼ 40초간 압착한다. 그후 펀칭 후 의장부품을 조립하는 트리밍 공정(Trimming)을 거쳐 헤드라이닝을 완성한다.
이하 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1:폴리프로필렌 부직포
일정속도로 공급되는 3 데니어인 폴리프로필렌 원사를 개섬하고 교반막대로 골고루 섞었다. 그다음 와이어가 있는 롤러로 빗질하여 직포를 성형시키고 니들펀칭하는데, 6개의 바늘장치(Needle Room)를 통과시켜 교락을 형성하고 열고정하여 200㎡인 부직포를 제조하였다. 이때, 사용된 바늘형태는 36 CSM, 니들펀치 깊이는 7.9 ㎜로 하고 교락속도는 분당 340회로 하였다. 그 다음으로 표면수축을 일으켜 조직을 치밀하게 하고, 부직포의 강도 및 내마모성 등 물성을 향상시키기 위해 스티밍(Steeming)공정을 실시하여 표면 균제도를 높였다.
그리고나서 부직포 뒷면에 고형분이 46%인 아크릴 바인더로 두께가 0.2㎜가 되게 도포하여 코팅(Back Coating)하였다. 95℃로 유지되고 있는 8개의 열장치를 통과시켜 완전히 건조하고, 100℃로 유지하면서 건조된 제품을 원하는 두께로 조절하여 고정하고 냉각하여 권취후 부직포를 완성하였다.
제조예 2:폴리아미드 필름
폴리아미드 공중합체를 압출기를 이용하여 관상 금형을 통해 고압공기로 압출시키면 펠렛(Pellet)상의 아미드 공중합체가 거품(Bubble)형으로 압출되어 합지되어 평평한 필름상이 된다. 이때, 두께가 0.02㎜, 인장강도는 177 ㎏f/㎠이고 신율은 400%가 되도록 폴리아미드 필름을 제조하였다. 그리고나서 박리강도를 측정하여 다음 표 1에 나타내었다.
구분 상태박리강도 내습박리강도 내열박리강도 규격
폴리아미드 필름 가로 1.06 1.16 1.12 1 ㎏f/25㎜ 이상
세로 1.30 1.18 1.61
실시예 1
제조예 1과 제조예 2에서 제조된 폴리프로필렌 부직포와 폴리아미드 필름을 캘린더 롤(Calender Roll)상에서 동시에 투입하여 110℃에서 2분 동안 열융착 압착을 실시하였다.
비교예 1
3데니어인 폴리에스터 원사를 이용하여 만든 부직포에 에틸렌 비닐 클로라이드계 접착제, 안티모니 펜트 옥사이드계의 난연제, 폴리에스터계 접착제, 대전방지제를 첨가하여 가공하고, 이 뒷면에 접착필름을 접착시키기 위해 폴리에틸렌 파우더를 분무한 후 폴리아미드 필름을 라미네이팅하여 폴리프로필렌 부직포를 제조하였다.
실험예 1:물성시험
상기 실시예 1과 비교예 1에서 제조된 부직포를 MS343-16법을 이용하여 물성시험을 한 후, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
실시예 1 비교예 1 기준사항
폴리프로필렌 부직포 폴리에스터 부직포
중량(g/㎡) 240 222.1 210±20
인장강도(㎏f/50mm) 가로 62.6 30.1 25 이상
세로 55.4 39.9 25 이상
신율(%) 가로 85 102.2 80 이상
세로 69 60.1 55 이상
일정신율시 하중(㎏f/50mm) 가로 6.5 6.7 15 이하
세로 13.8 16.5 30 이하
신장탄성율(%) 가로 6.4 14 15 이하
세로 5.7 12 15 이하
인열강도(㎏f) 가로 7.2 7 5 이상
세로 8.2 8 5 이상
내광성(급) 7 7 6급 이상
마찰착색성(급) 건식 5 5 4급 이상
습식 5 4 4급 이상
침수 수축율(%) 가로 -0.1 1.3 1.5 이하
세로 -0.1 1.1 1.5 이하
내마모성(급) 5 3 3급 이상
오염성(급) 4 4 4급이상
연소성(㎜/분) 149 70 80 미만
냄새(급) 4 5 4급 이상
실험예 2:환경시험
상기 실시예 1에서 제조된 폴리프로필렌 부직포를 표피제로 사용하여 190℃로 예열된 F-10에 X-3 금형에서 압착성형하였다. 그후 MS363-03법을 이용하여 카드 보드와 표피재 패드가 부착된 헤드라이닝 어셈블리의 내열성을 다음과 같이 시험하여 그 결과는 다음 표 3에 나타내었다.
<시험방법>
110℃×3시간→ 상온×1시간→ -40℃×3시간→ 상온×1시간→ 40℃×15시간×습도 95% 이상→ 상온×1시간의 처리를 1 회로 하여 이것을 3회 반복시험하였다.
시험항목 시험결과
내열 사이클성 박리 이상없음
부풀음 이상없음
처짐 이상없음
변형 이상없음
외관상 변색 이상없음
실험예 3:오염성 실험
MS300-07법을 이용하여 오염포를 시험하였고, 자동차 배기관을 이용하여 2분간 그을음을 묻혀 색차계에 의한 밝기 변화(ΔL)로 그을음 평가를 하였다. 또한 MS300-32법을 이용하여 오염불식성 시험을 하여 그 결과를 다음 표 4에 나타내었다.
오염포시험(ΔL) 그을음시험(ΔL) 오염불식성 시험
벤젠에 의한 닦임성 중성세제에 의한 닦임성
오일 그리이스 왁스 담배진 진흙
실시예 1 -3.75 -7.53 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
비교예 2 -4.18 -9.98 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
주: (-)는 어둡다는 것을 나타내며 절대값이 클수록 오염이 많이 된 것을 표시
상기의 결과들을 살펴보면 폴리프로필렌 부직포는 종래의 폴리에스터 부직포와 대등한 물성을 가지며, 특히 인장강도, 신장 탄성율, 내마모성, 침수수축율 등에서는 더 우수한 물성을 나타내고 박리 강도 시험 결과를 보면 우수한 접착력을 갖는다. 또한 부직포의 양 방향에서의 신율의 차이가 적어 성형시 유리함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 폴리프로필렌의 중량이 기존의 폴리에스터에 비하여 가벼우므로 경량화가 가능하다. 또한 원사의 가격이 저렴하고 여러 화학 약제를 처리하지 않고 아크릴 바인더만을 사용하므로 부직포 제조공정의 단축이 가능하며, 특히 폴리아미드 필름과 아크릴 바인더가 친화력이 우수하여 접착성이 좋고 라미네이팅 공정시 열 융착 접착이 가능하므로 원가가 절감된다. 그에 따른 비용에 대한 비교는 다음 표 5에 나타내었다.
구분 부직포+열융착필름(1200㎜× 1000㎜) X-3 헤드라이닝어셈블리 대비((1200㎜× 1800㎜) MX 헤드라이닝어셈블리 대비((1200㎜× 2050㎜)
실시예 1 2,239원/m 10,755원/대 14,355원/대
비교예 1 2,375원/m 10,543원/대 14,641원/대
비고 135.5원 감소 212원 감소 286원 감소
그리고 물성을 살펴보면 인장강도, 내마모성, 신장탄성율 등이 우수하고 양방향에서의 신율의 차이가 작아 제품성형시 유리하다. 환경적인 면을 고려하면, 여러 화학약재를 사용하지 않고 제조되는 폴리프로필렌을 자동차의 내장재로 사용하면 재활용이 가능하다.

Claims (4)

  1. 폴리프로필렌 섬유만으로 부직포를 제조하고 이의 뒷면에 아크릴 바인더를 도포한 후 폴리아미드 필름을 열융착 접착으로 라미네이팅하여 제조된 것임을 특징으로 하는 자동차용 부직포.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 부직포는 2 ∼ 4 데니어의 폴리프로필렌 원사를 사용한 것임을 특징으로 하는 자동차용 부직포.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 아크릴 바인더는 고형분이 40 ∼ 50%이고 도포 두께는 0.1 ∼ 0.4㎜인 것을 특징으로 하는 자동차용 부직포.
  4. 폴리프로필렌 섬유만으로 부직포를 제조하고 이의 뒷면에 아크릴 바인더를 도포한 후 폴리프로필렌 부직포와 폴리아미드 필름을 동시에 투입하여 100 ∼ 130℃에서 1 ∼ 3분간 열융착 접착하여 라미네이팅하는 것을 특징으로 하는 자동차용 부직포의 제조방법.
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