KR101033350B1 - 다중밀도 폴리에스테르 섬유판재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 융점 100∼160℃인 저융점 폴리에스테르를 함유하는 폴리에스테르 바인더섬유와 고융점 폴리에스테르 매트릭스섬유로 이루어진 폴리에스테르 섬유판재에 있어서, 내면부에 배치된 폴리에스테르 매트릭스 섬유의 단섬도의 2∼4배인 단섬도를 가지는 폴리에스테르 매트릭스 섬유를 포함하고 내면부의 밀도와 상이하도록 이루어진 표면부가 상기 내면부의 양쪽에 각각 형성되어 샌드위치 구조를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 다중밀도 폴리에스테르 섬유판재에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면 일반적인 폴리에스테르 섬유판재에 비하여 휨강도의 저하없이 흡음성능이 약 20%이상 향상되는 효과가 있어 고강도, 고밀도의 유리면 판재를 완벽하게 대체할 수 있다
Description
제1도는 본 발명인 다중밀도 폴리에스테르 섬유판재의 측단면도이다.
제2도는 본 발명인 다중밀도 폴리에스테르 섬유판재의 제조공정의 모식도이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 표면부 2: 내면부
본 발명은 다중밀도 폴리에스테르 섬유판재에 관한 것으로서, 표면부와 내면부의 섬유구성 및 밀도를 상이하게 하여 서로 반(反)상관관계에 있는 흡음성능과 휨강도를 최적화하여 고강도·고밀도 유리면을 대용할 수 있는 섬유판재에 관한 것이다.
기존의 단열 및 흡음자재는 유리면이나 암면 등이 많이 사용되어 왔으나 인체에 해로운 물질을 방출하며 재활용이 어려운 문제점이 있었다. 이에 대한 대용으로서 주로 침대 매트리스와 같은 침장용도로 사용되어져 왔던 폴리에스테르 견면은 기존의 단열 및 흡음자재에 비하여 인체에 무해하고, 재활용이 가능한 환경친화적인 소재라는 특징이 있어 전 세계적으로 이슈가 되고 있는 환경중시 경향과 맞물려 이들의 대체재로 크게 각광받고 있다. 그러나, 80㎏/㎥이상의 고밀도 제품의 경우에는 유리면, 암면과 같은 무기질 섬유 판재에 비하여 휨강도가 떨어지는 단점이 있어 흡음용 섬유 판재로서 시공성이나 인테리어성이 떨어지는 단점이 있었다. 또한, 휨강도에 초점을 맞추어 폴리에스테르 견면을 가열판식 핫 프레스나 핫 프레스 롤러를 이용하여 후처리 하는 방법들이 개발되어 있으나, (한국 특허등록공고 10-2003-0398507, 한국 특허등록공고 10-2002-0350729) 이러한 방법으로 생산된 제품들 역시 휨강도의 개선효과는 있으나 흡음성능이 떨어지는 단점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 선행기술의 제반 문제점을 해소할 수 있는 새로운 형태의 흡음용 폴리에스테르 섬유 판재를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명자들은 전체 섬유판재의 밀도를 올리지 않고도 적정한 비율로 섬유 구성을 하여 구조 및 밀도분포를 변형시킬 경우 고밀도, 고강도 유리면과 유사한 수준의 밀도조건에서도 흡음성능의 개선과 함께 휨 강도가 저하되는 것을 막을 수 있다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하게 된 것이다.
그러므로 본 발명에 의하면 융점 100∼160℃인 저융점 폴리에스테르를 함유하는 폴리에스테르 바인더섬유와 고융점 폴리에스테르 매트릭스섬유로 이루어진 폴리에스테르 섬유판재에 있어서, 내면부에 배치된 폴리에스테르 매트릭스 섬유의 단섬도의 2∼4배인 단섬도를 가지는 폴리에스테르 매트릭스 섬유를 포함하고 내면부의 밀도와 상이하도록 이루어진 표면부가 상기 내면부의 양쪽에 각각 형성되어 샌드위치 구조를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 다중밀도 폴리에스테르 섬유판재가 제공된다.
이하 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 다중밀도 폴리에스테르 섬유판재는 폴리에스테르 바인더 섬유와 폴리에스테르 매트릭스 섬유로 이루어지며, 표면부의 밀도와 내면부의 밀도가 상이하도록 이루어진다. 상기 폴리에스테르 바인더 섬유는 융점이 100~160℃인 저융점 폴리에스테르를 전체 또는 부분적으로 함유하는 것이며, 폴리에스테르 매트릭스 섬유는 상기 폴리에스테르 바인더 섬유를 구성하는 저융점 폴리에스테르보다 융점이 상대적으로 높은 폴리에스테르 섬유로 구성된다.
본 발명의 섬유 판재의 표면부(1)는 단섬도가 2~6데니어이고 융점이 100~160℃인 저융점 폴리에스테르를 전체 또는 부분적으로 함유하는 폴리에스테르 바인더 섬유 60~80중량%와 단섬도가 15~25데니어인 폴리에스테르 매트릭스 섬유 20~40중량%로 이루어지는 것이 바람직하고, 이렇게 형성된 표면부의 두께는 전체섬유판재두께의 5~15% 수준이 바람직하다. 보다 바람직한 조건은 폴리에스테르 바인더 섬유는 단섬도 4데니어, 섬유중량비가 60중량%, 폴리에스테르 매트릭스 섬유는 단섬도가 18데니어, 섬유 중량비가 30중량%, 그리고 표면부의 두께가 전체섬유판재두께의 10%이다.
만일 폴리에스테르 매트릭스 섬유의 단섬도가 15데니어 미만, 표면부의 두께가 5%미만인 경우에는 표면부의 강직성이 저하되어 바라는 수준의 휨강도를 얻을 수 없으며, 폴리에스테르 매트릭스 섬유의 단섬도가 25데니어를 초과하거나 표면부의 두께가 15%를 초과하는 경우에는 표면부의 강직성이 향상되어 원하는 수준 이상의 휨강도를 얻을 수는 있으나 흡음성능이 저하되는 단점이 있다.
본 발명의 섬유 판재의 내면부(2)는 융점이 100~160℃인 저융점 폴리에스테르를 전체 또는 부분적으로 함유하며 단섬도 2∼6 데니어인 폴리에스테르 바인더 섬유가 60∼80중량%, 단섬도 4∼10데니어인 폴리에스테르 매트릭스 섬유가 20∼40중량%으로 이루어지고, 내면부의 두께가 다중밀도 폴리에스테르 섬유판재 전체두께의 70∼90%인 것이 바람직하다. 보다 바람직한 조건은 폴리에스테르 바인더 섬유는 단섬도가 4데니어, 섬유중량비가 70중량%이고, 폴리에스테르 매트릭스 섬유는 단섬도가 8데니어, 섬유중량비가 30중량%이며, 내면부의 두께가 전체 두께의 80%이다.
만약 폴리에스테르 매트릭스 섬유의 단섬도가 10데니어를 초과하거나 내면부의 두께가 70%미만인 경우에는 내면부의 강직성은 향상되나 원하는 수준의 흡음성 능을 얻을 수 없고, 폴리에스테르 매트릭스 섬유의 단섬도가 4데니어 미만이고 내면부의 두께가 90%를 초과하는 경우에는 흡음성능은 향상되나 내면부의 강직성이 저하되어 휨강도가 떨어지는 단점이 있다. 이렇게 본 발명에서의 표면부에 적용된 폴리에스테르 매트릭스 섬유의 단섬도비가 내면부에 적용된 폴리에스테르 매트릭스 섬유에 비해 2~4배인 경우에 강도 및 흡음성능측면에서 특히 바람직하다.
또한, 도 1과 같이 내면부의 경우 1층으로 구성될 수도 있지만, 공정의 효율성을 고려하여 2층이상으로 나누어 제조한 후, 이들을 열접착하여 구성할 수도 있다. 본 발명에서는 양 표면부의 강직성이 휨강도의 개선에 기여하고 내면부의 미세공기층이 흡음성능의 개선에 기여하게 되는 것이다. 그리고 표면부-내면부-표면부-내면부-표면부 식으로 구성하면 다양한 효과 및 성능을 발현할 수 있으며 용도 및 요구성능에 따라 층구성을 변경하거나, 다른 재질의 섬유류를 적당량 혼합하는 등의 구성이 가능하다.
또한 표면부-내면부-표면부로 이루어진 샌드위치 구조의 폴리에스테르 섬유판재는 두께 13 ~ 50㎜ , 밀도 80 ~150㎏/㎥ 정도로 제조하는 것이 각종 용도에 적용하기에 바람직하다. 본 발명에 의해서 두께가 25㎜인 경우의 흡음율이 NRC 0.5 ∼ 0.7, 굽힘강도 30 ∼ 50N/㎠ 및 압축강도 4∼6N/㎠인 다중밀도 폴리에스테르 섬유판재를 얻을 수 있는데 이러한 수준은 일반적인 폴리에스테르 섬유판재로는 대체하기 어려운 고밀도 고강도 유리면 판재와 유사한 수준의 성능을 발현시켜 유리면 판재를 효과적으로 친환경자재인 폴리에스테르 섬유판재로 대체할 수 있게 하는 장점이 있다.
본 발명의 다중밀도 폴리에스테르 섬유 판재를 제조하기에 바람직한 방법의 일예를 들어 설명하기로 한다.
우선 표면부에 해당하는 상기 섬유 구성비에 맞는 바인더 섬유와 매트릭스 섬유를 혼합한 후 2대의 카딩수단을 통하여 웹을 형성하고, 내면부에 해당하는 상기 섬유 구성비에 맞는 바인더 섬유와 매트릭스 섬유를 혼합한 후 1대의 카딩기를 통하여 웹을 형성하여 표면부-내면부-표면부의 순서로 웹 적층물을 적층시켜 예열처리 수단에서 예열하여 용융 열처리 수단으로 공급되는 웹 적층물의 섬유가 흐트러지지 않고 균일하게 배열되도록 한다. 용융 열처리 수단에서 웹 적층물은 바인더 섬유의 융점이상과 매트릭스 섬유의 융점이하의 온도, 바람직하게는 120~170℃에서 용융 열처리하여 열접착된 견면을 제조한다. 이후 용융 열처리된 견면을 냉각수단에 통과시키면서 표면을 냉각시킨 후 1~3조의 상하 핫 프레스 롤러가 설치된 공정을 통과하게 된다. 이때 핫 프레스 롤러의 온도는 용융 열처리 온도보다 높은 온도인 150~250℃로 설정하는 것이 바람직하다.
견면을 열처리시킨 후 냉각수단을 통과시키면서 표면을 냉각시키는 이유는 열처리공정을 통과한 견면을 핫 프레스 롤러로 바로 이송하게 되면 표면에 남아있는 잔열에 의해 견면이 롤러에 달라붙는 현상이 발생하기 때문이다. 이러한 연속적인 방법 이외에도 열융착 및 냉각 완료된 견면을 원하는 치수로 절단하여 가열판식 핫 프레스를 이용하여 가열, 압착하고 냉각하는 방법의 채용도 가능하다. 이때 가열판식 핫 프레스의 온도는 용융 열처리보다 높은 온도인 150~250℃로 설정하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단, 본 발명이 하기 실시예로 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
바인더 섬유로서 단섬도 4데니어인 시스코어형 폴리에스테르 복합섬유(시스부 융점120℃) 70중량%와 매트릭스 섬유로서 단섬도 18데니어인 폴리에스테르 섬유(융점 260℃) 30중량%를 사용하여 개면 및 혼합한 후 각각 2대의 카딩수단을 통해 얻은 웹을 적층하여 표면부용으로 준비하고, 단섬도 4데니어인 시스코어형 폴리에스테르 복합섬유 (시스부 융점 120℃) 70중량%와 매트릭스 섬유로서 단섬도 8데니어인 폴리에스테르 섬유 (융점 260℃) 30중량%를 사용하여 개면 및 혼합한 후 카딩수단을 통해 얻은 웹을 적층하여 내면부용으로 준비한다. 상기 준비된 웹들을 표면부 - 내면부 - 표면부 순서대로 적층하여 예열한 후 150℃에서 용융 열처리하여 바인더 섬유와 매트릭스 섬유를 열접착시키고 이를 냉각하여 절단하고, 10㎏f/㎠ 이상의 압력을 갖는 가열판식 핫 프레스에서 온도 230℃, 체류시간 90초의 조건에서 가열, 압착시켜 시료를 제조하였다.
[비교예 1∼3]
표 1에 나타낸 바와 같은 두께와 밀도 및 섬유구성으로 실시예 1의 샌드위치 구조가 아닌 일반적인 방법으로 생산된 제품의 흡음성능 및 휨강도의 결과를 표 2에 나타내었다.
[비교예 4]
표 1에 나타낸 바와 같은 두께와 밀도를 갖는 고강도, 고밀도 유리면 판재의 흡음성능 및 휨강도 측정결과를 표 2에 나타내었다.
상기 실시예와 비교예의 각 시료의 흡음성능과 굽힘강도 및 압축강도는 다음과 같은 방법으로 측정한후 측정결과를 표 2에 나타내었다.
- 흡음성능 : KS F 2814-2 (임피던스관에 의한 흡음계수와 임피던스의 결정방법)에 의거하여 전달함수법으로 테스트하고 잔향실 흡음율 시험결과의 단일수치 대표값으로 사용되는 NRC값을 적용함.
- 휨강도 : KS M 3808 (발포 폴리스티렌 보온재의 시험방법)에 의거 측정.
- 압축강도 : KS M 3808 (발포 폴리스티렌 보온재의 시험방법)에 의거 측정. 단, 하중은 20% 압축 기준.
| 구 분 | 두 께 (㎜) |
밀 도 (㎏/㎥) |
표 면 부 (섬도) | 내 면 부 (섬도) | ||
| 바인더 | 매트릭스 | 바인더 | 매트릭스 | |||
| 실시예 1 | 25 | 120 | 4데니어 70중량% |
18데니어 30중량% |
4데니어 70중량% |
8데니어 30중량% |
| 비교예 1 | 25 | 120 | 4데니어 60중량% |
18데니어 40중량% |
4데니어 40중량% |
18데니어 60중량% |
| 비교예 2 | 25 | 120 | 4데니어 70중량% |
8데니어 30중량% |
4데니어 70중량% |
8데니어 30중량% |
| 비교예 3 | 25 | 120 | 4데니어 70중량% |
18데니어 30중량% |
4데니어 70중량% |
18데니어 30중량% |
| 비교예 4 | 25 | 100 | 유리면 | 유리면 | 유리면 | 유리면 |
| 구 분 | 흡음성 (NRC) |
굽힘강도 (N/㎠) |
압축강도 (N/㎠) |
| 실시예 1 | 0.52 | 31.6 | 5.4 |
| 비교예 1 | 0.42 | 34.9 | 5.5 |
| 비교예 2 | 0.52 | 25.1 | 2.5 |
| 비교예 3 | 0.44 | 35.7 | 5.7 |
| 비교예 4 | 0.51 | 42.5 | 4.1 |
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 일반적인 폴리에스테르 섬유판재에 비하여 휨강도의 저하없이 흡음성능이 약 20%이상 향상되는 효과가 있어 고강도, 고밀도의 유리면 판재를 완벽하게 대체할 수 있다.
Claims (5)
- 융점 100∼160℃인 저융점 폴리에스테르를 함유하는 폴리에스테르 바인더섬유와 고융점 폴리에스테르 매트릭스섬유로 이루어진 폴리에스테르 섬유판재에 있어서, 내면부에 배치된 폴리에스테르 매트릭스 섬유의 단섬도의 2∼4배인 단섬도를 가지는 폴리에스테르 매트릭스 섬유를 포함하고 내면부의 밀도와 상이하도록 이루어진 표면부가 상기 내면부의 양쪽에 각각 형성되어 샌드위치 구조를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 다중밀도 폴리에스테르 섬유판재.
- 제1항에 있어서, 상기 다중밀도 폴리에스테르 섬유판재의 전체두께가 13∼50㎜이고 밀도가 80∼150㎏/㎥인 것을 특징으로 하는 다중밀도 폴리에스테르 섬유판재.
- 제1항에 있어서, 상기 표면부의 섬유구성은 단섬도 2∼6 데니어인 폴리에스테르 바인더 섬유가 60∼80중량%, 단섬도 15∼25데니어인 폴리에스테르 매트릭스 섬유가 20∼40중량%이고, 양표면부의 두께가 각각 다중밀도 폴리에스테르 섬유판재 전체두께의 5∼15%인 것을 특징으로 하는 다중밀도 폴리에스테르 섬유판재.
- 제1항에 있어서, 상기 내면부의 섬유구성은 단섬도 2∼6 데니어인 폴리에스테르 바인더 섬유가 60∼80중량%, 단섬도 4∼10데니어인 폴리에스테르 매트릭스 섬유가 20∼40중량%이고, 내면부의 두께가 다중밀도 폴리에스테르 섬유판재 전체두께의 70∼90%인 것을 특징으로 하는 다중밀도 폴리에스테르 섬유판재.
- 제3항에 있어서, 상기 다중밀도 폴리에스테르 섬유판재는 두께가 25㎜인 경우의 흡음율이 NRC 0.5 ∼ 0.7, 굽힘강도 30 ∼ 50N/㎠ 및 압축강도 4 ∼ 6N/㎠인 것을 특징으로 하는 다중밀도 폴리에스테르 섬유판재.
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