KR100658397B1 - 자동차 내장용 기재의 보강 레이어 제조방법 및 이 방법에의해 제조되는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어 - Google Patents

자동차 내장용 기재의 보강 레이어 제조방법 및 이 방법에의해 제조되는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 내장용 기재의 강도와 연소성이 향상되고, 제품의 치수안정성이 확보될 수 있는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어의 제조방법과 이 방법에 의해 제조되는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어에 관한 것이다.
본 발명에 의한 자동차 내장용 기재의 보강 레이어 제조방법은, 바인더의 역할을 하는 폴리올레핀계 섬유와 보강재의 역할을 하는 탄소섬유와 탄소섬유 제조공정에서 발생하며 충진재의 역할을 하는 섬유상 스크랩이 일정비율로 혼합하여 혼합섬유를 형성하는 제 1단계와 상기 복수의 혼합섬유를 공기유동압으로 이송하여 소정의 두께로 적층하는 제 2단계 및 상기 적층되는 복수의 혼합섬유를 가열 및 냉각하는 제 3단계를 포함하여, 박막의 부직포 형상의 보강 레이어를 형성하는 것을 특징으로 한다.
폴리올레핀계, 탄소섬유, 섬유상 스크랩, 공기유동압, 면밀도, 혼합, 적층, 성형, 섬도, 섬유장

Description

자동차 내장용 기재의 보강 레이어 제조방법 및 이 방법에 의해 제조되는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어{MANUFACTURING METHOD OF INTERIOR MATERIALS FOR VEHICLE AND RESULTING INTERIOR MATERIALS FOR VEHICLE}
본 발명은 자동차 내장재인 헤드라이너(Headliner), 패키지 트레이(Package Tray), 커버링 셀프(Covering Shelf), 도어 트림(Door Trim), 트렁크 트림(Trunck Trim) 부분에 성능을 향상시킬 수 있는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어 제조방법 및 이 방법에 의해 제조되는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리올레핀계 섬유와 탄소섬유 및 탄소섬유 제조공정에서 발생하는 섬유상 스크랩 등이 포함되는 집합체를 적층, 성형하여 제조되는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어 제조방법 및 이 방법에 의해 제조되는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어에 관한 것이다.
종래에 자동차 내장용 기재의 보강, 즉 자동차 내장용 기재의 강도, 연소성 등의 향상을 목적으로 사용되는 것으로는 유리섬유로 제조된 매트(Mat), 천연섬유인 사이잘(Sisal)로 제조된 매트, 연신되어진 폴리에스터 또는 나일론 필름 등에 접착제가 부가된 필름 등이 있으며, 특히 유리섬유는 자동차 뿐만이 아니라 산업자 재 여러 분야에서 널리 사용되고 있다.
하지만, 유리섬유의 경우에는 작업자에게 거부감이 생기게 하고 소각시 소각로의 노벽에 적층되어 열효율을 저하시키는 원인이 되며, 환경문제 또한 장애요인으로 발생되며, 유리섬유 자체의 비중이 높아 단위 면적당 중량(g/m²)이 무거운 단점이 있다.
천연섬유인 사이잘은 상기의 유리섬유보다 강도 성능이 떨어지며, 제조공정에서의 산포 발생이 크고 이를 이용한 기재 강도 보강시 강도 편차가 큰 단점을 가지고 있다.
연신필름을 이용한 보강재는 단면적이 넓은 평판 성형품의 강도 보강에는 성능을 만족할 수 있으나, 디자인이 복잡한 성형품의 경우 연신필름의 한계를 벗어나는 터짐 현상 등이 발생하여 일정 제품에 국한되어 사용되는 단점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 자동차 내장용 기재의 강도와 연소성이 향상되고, 제품의 치수안정성이 확보될 수 있는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어 제조방법 및 이 방법에 의해 제조되는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어를 제공함에 있다.
전술한 본 발명의 목적은, 바인더의 역할을 하는 폴리올레핀계 섬유와 보강재의 역할을 하는 탄소섬유와 탄소섬유 제조공정에서 발생하며 충진재의 역할을 하는 섬유상 스크랩이 일정비율로 혼합하여 혼합섬유를 형성하는 제 1단계와 상기 복수의 혼합섬유를 공기유동압으로 이송하여 소정의 두께로 적층하는 제 2단계 및 상 기 적층되는 복수의 혼합섬유를 가열 및 냉각하는 제 3단계를 포함하여, 박막의 부직포 형상의 보강 레이어를 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어 제조방법을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 혼합섬유는 5 내지 40 중량％의 폴리올레핀계 섬유와 60 내지 95 중량％의 탄소섬유 및 1 내지 50중량％의 섬유상 스크랩이 혼합되어 형성된다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 의하면, 상기 폴리올레핀계 섬유는 100 내지 160℃내에 분포하는 용융점을 가지며, 본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 의하면, 상기 폴리올레핀계 섬유는 2 내지 4 데니어의 섬도를 가진다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 의하면, 상기 탄소섬유 및 섬유상 스크랩은 2 내지 10 데니어의 섬도를 가지며, 상기 탄소섬유 및 섬유상 스크랩은 10 내지 50mm의 평균섬유장을 가진다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 의하면, 상기 박막의 부직포 형상의 보강 레이어는 30 내지 150g/m²의 면밀도를 가진다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 의하면, 전술한 본 발명의 목적은, 상기의 제조방법에 의해 제조되는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어를 제공함에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 자동차 내장용 기재의 보강 레이어 제조방법은, 혼합단계인 제 1단계와 적층단계인 제 2단계와 가열 및 냉각단계인 제 3단계로 이루어진다.
제 1단계는, 폴리올레핀계 섬유와 탄소섬유 및 섬유상 스크랩을 일정비율로 혼합하여 혼합섬유를 형성하는 단계이며, 혼합섬유는 5 내지 40 중량％의 폴리올레핀계 섬유와 60 내지 95 중량％의 탄소섬유 및 1 내지 50중량％의 섬유상 스크랩을 혼합하여 형성하는 것이 바람직하다.
폴리올레핀계 섬유는 바인더의 역할을 하며, 혼합비율은 5 내지 40 중량％이 바람직한데, 혼합비율이 5 중량％ 미만이면 바인더로서의 주된 기능을 발휘할 수 없을 뿐만 아니라 소량의 면밀도를 가진 박막의 보강 레이어의 형상 유지가 어렵고, 혼합비율이 40 중량％ 이상이면 바인더로서의 성능은 좋지만 폴리올레핀계 섬유의 특성상 가열 및 냉각시 수축율이 높아 제품의 치수안정성이 저하되기 때문이다. 따라서, 폴리올레핀계 섬유의 혼합비율은 5 내지 40 중량％로 하는 것이 바람직하며, 10 내지 40 중량％로 하는 것이 더 바람직하다.
또한, 폴리올레핀계 섬유는 열분석(DSC:Differential Scanning Calorimeter 시차주사열량계)에 의한 용융 영역의 분포가 100 내지 160에 분포하는 것이 바람직하며, 2 내지 4 데니어의 섬도를 가지는 것이 바람직하다.
탄소섬유는 보강재의 역할을 하며, 혼합비율은 60 내지 95 중량％가 바람직하다. 또한, 탄소섬유는 2 내지 10 데니어의 섬도를 가지고, 섬유장은 짧게는 0.5 내지 5mm, 길게는 10 내지 70mm이며 10 내지 50mm의 평균섬유장을 가지는 것이 바람직하다.
섬유상 스크랩은 탄소섬유 제조공정에서 발생하며, 충진재의 역할을 한다. 섬유상 스크랩의 혼합비율은 1 내지 50 중량％가 바람직하며, 전술한 탄소섬유와 마찬가지로 2 내지 10 데니어의 섬도를 가지고, 섬유장은 짧게는 0.5 내지 5mm, 길 게는 10 내지 70mm이며 10 내지 50mm의 평균섬유장을 가지는 것이 바람직하다.
제 2단계는, 제 1단계에서 혼합되는 복수의 혼합섬유를 공기유동압으로 이송하여 소정의 두께로 적층하는 단계로서, 이에 의해, 적정 혼합비율로 혼합된 혼합섬유가 공기유동압에 의해 이송되어 겹면방식의 펠트제조공정을 통하여 소량의 면밀도를 가지게 되며, 공기유동압에 의해 랜덤하게 적층됨으로써 강도가 향상된다.
제 3단계는, 제 2단계에 의해 적층되는 복수의 혼합섬유를 가열 및 냉각하는 단계로서, 이로 인해 박막의 부직포 형상의 보강 레이어가 형성된다. 여기서, 박막의 부직포 형상의 보강 레이어의 면밀도는 20 내지 200 g/m²이 바람직하며, 면밀도가 20g/m²미만이면 보강 레이어의 부직포 형상의 제조가 어렵고 형태 안정성 및 기재의 강도 보강성이 떨어지며, 면밀도가 200g/m²이상이면 보강 레이어보다는 펠트 형상을 가지게되고 기재층과의 접착시 성형온도와 성형시간이 상승하여 바인더인 폴리올레핀계 섬유의 특성상 가열 및 냉각시 수축율이 높아 제품의 치수안정성이 나빠진다. 따라서, 박막의 부직포 형상의 보강 레이어의 면밀도는 20 내지 200g/m²내이어야 하며, 바람직하게는 30 내지 150g/m²내이어야 한다.
전술한 제 1단계 내지 제 3단계를 거치면, 자동차 내장용 기재의 강도와 연소성을 향상시키고 제품의 치수안정성을 확보할 수 있는 보강 레이어가 제조되며, 이 보강 레이어는 자동차 내장용 기재에 접착되어 사용된다.
이하에는, 본 발명에 따른 보강레이어에 대한 실시예를 제시하나, 본 발명의 보호가 이하 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
＜표 1＞은 자동차 내장용 기재의 시험방법이고, ＜표 2＞와 ＜표 3＞은 ＜표 1＞의 시험방법에 따른 시험평가 결과이다. 섬유의 혼합비율은 바인더인 폴리올레핀계 섬유는 5내지 40중량％, 보강재로서의 탄소섬유는 60 내지 95중량％이며, 충진재로서의 탄소섬유 제조공정에서 발생하는 섬유상 스크랩은 1 내지 50중량％의 혼합비로 구성하여 박막의 부직포 형상의 보강 레이어를 실험하여 나타낸 것이다.
＜표 1＞ 자동차 내장용 기재의 시험방법
자동차내장용 기재 시험항목 시험방법 양호 보통 불량
헤드라이너용 굴곡강도 (kgf/5cm) ASTM D 790, 시편 size 150×50mm 시험속도 5mm/min 23℃ 50％RH×24h 3이상 2.3∼3 2.3이하
굴곡tan값 (kgf/cm) 8이상 6∼8 6이하
내열 사이클성 [90℃×5hr→23℃×1hr→-40℃×3hr→23℃×1hr→50℃,90％RH×7hr→23℃×1hr:1cycle] 3cycle 제품의 외관이나 형태의 변형이 없을 것 - -
패키지 트레이용, 커버링 셀프용 인장강도 (kgf/cm²) ASTM D 638, 시편 size 150×50mm 시험속도 50mm/min 23℃ 50％RH×24h 335이상 285∼335 285이하
굴곡강도 (kgf/cm²) ASTM D 790, 시편 size 150×50mm 시험속도 5mm/min 23℃ 50％RH×24h 385이상 335∼385 335이하
굴곡tan값 (kgf/cm) 10이상 8∼10 8이하
내열 사이클성 [110℃×5hr→23℃×1hr→-40℃×3hr→23℃×1hr→50℃,90％RH×7hr→23℃×1hr:1cycle] 3cycle 제품의 외관이나 형태의 변형이 없을 것 - -
헤드라이너, 패키지 트레이용, 커버링 셀프용 연소성 KS B 9152-1978[자동차 실내용 유기자재의 연소성 시험방법]에 따라 평가한다. 80mm/min 이상 연소하지 않은경우 80∼90 90이상
치수안정성(％) 시험조건[110℃×24hr→23℃ 50％RH×24h], 시편 size 300×300mm, 길이 변형 측정 ±1 - -
＜표 2＞ 보강 레이어의 면밀도(g/mm²) 변화에 따른 기재의 시험평가결과.(헤드라이너 기재 : 경질 폴리우레탄 폼 면밀도 500g/m²와 양면에 폴리에스터 부직포 50g/m²를 접착하고, 그 양면에 보강 레이어를 접착하여 시험)
구분 면밀도(g/m²)
20이하 20 30 50 70 100
굴곡강도(kgf/5cm) 불량 보통 양호 양호 양호 양호
굴곡tan값(kgf/cm) 불량 보통 양호 양호 양호 양호
연소성 양호 양호 양호 양호 양호 양호
내열 cycle성 불량 양호 양호 양호 양호 양호
치수 안정성(％) 양호 양호 양호 양호 양호 양호
＜표 3＞ 보강 레이어의 면밀도(g/mm²) 변화에 따른 기재의 시험평가결과.(패키지 트레이/커버링 셀프 기재 : HS 펠트(JUTE, 폴리프로필렌) 면밀도 1,600g/m²와 양면에 폴리프로필렌 기포지 30g/m²를 접착하고, 그 양면에 보강 레이어를 접착하여 시험)
구분 면밀도(g/m²)
20이하 20 30 50 70 100
굴곡강도(kgf/5cm) 불량 불량 보통 양호 양호 양호
굴곡tan값(kgf/cm) 불량 불량 보통 양호 양호 양호
연소성 양호 양호 양호 양호 양호 양호
내열 cycle성 불량 양호 양호 양호 양호 양호
치수 안정성(％) 불량 불량 양호 양호 양호 양호
비교예1
＜표 4＞에서는 현재 사용되고 있는 자동차 내장용 기재인 헤드라이너의 사양과 본 발명에 의해 보강 레이어가 접착된 헤드라이너의 사양을 시험평가하여 비교 검토하였다.
구분 현제품 본 발명품
기재사양 기재성분 경질 폴리우레탄
면밀도 500g/m²
보강 레이어 주성분 유리섬유(Glass Fiber) 탄소섬유(Carbon Fiber)
면밀도 120g/m² 50g/m²
시험항목 굴곡강도 가로:2.70, 세로:2.68 가로:4.84, 세로:2.69
굴곡 tan값 가로:9.64, 세로:8.4 가로:29.49, 세로:10.68
따라서, 본 발명에 따른 자동차 내장용 기재의 보강 레이어 제조방법 및 이 방법에 의해 제조되는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어에 의하면, 소량의 면밀도 를 가진 보강 레이어가 자동차 내장용 기재와 접착됨으로써, 자동차 내장용 기재의 강도와 연소성 등의 성능이 향상된다.
또한, 박막의 보강 레이어가 기재에 접착됨으로써 제품의 치수안정성을 확보할 수 있다.

Claims (8)

  1. 바인더의 역할을 하는 폴리올레핀계 섬유와 보강재의 역할을 하는 탄소섬유 와 탄소섬유 제조공정에서 발생하며 충진재의 역할을 하는 섬유상 스크랩이 일정비율로 혼합하여 혼합섬유를 형성하는 제 1단계;
    상기 복수의 혼합섬유를 공기유동압으로 이송하여 소정의 두께로 적층하는 제 2단계; 및
    상기 적층되는 복수의 혼합섬유를 가열 및 냉각하는 제 3단계;를 포함하여, 박막의 부직포 형상의 보강 레이어를 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 혼합섬유는 5 내지 40 중량％의 폴리올레핀계 섬유, 60 내지 95 중량％의 탄소섬유 및 1 내지 50중량％의 섬유상 스크랩이 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 섬유는 100 내지 160℃내에 분포하는 용융점을 가지는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 섬유는 2 내지 4 데니어의 섬도를 가지는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어 제조방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 탄소섬유 및 섬유상 스크랩은 2 내지 10 데니어의 섬도를 가지는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 탄소섬유 및 섬유상 스크랩은 10 내지 50mm의 평균섬유장을 가지는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어 제조방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박막의 부직포 형상의 보강 레이어는 30 내지 150g/m²의 면밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어.
  8. 제 7항에 의한 방법으로 제조되는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어.
KR1020050126539A 2005-12-21 2005-12-21 자동차 내장용 기재의 보강 레이어 제조방법 및 이 방법에의해 제조되는 자동차 내장용 기재의 보강 레이어 KR100658397B1 (ko)

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공개특허공보 공개번호 특1998-0067273호
공개특허공보 공개번호 특2001-0051300호
공개특허공보 공개번호1993-0019396호
일본 공개특허공보2005-281466호

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