KR101282630B1 - 자동차 내장재용 적층시트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차 내장재용 적층시트를 제조함에 있어서, 내장재용 시트를 구성하는 이면층을 발포배율이나 종류가 다른 두 개 이상의 열가소성 엘라스토머(Thermoplastic Elastomer)폼이 복수층으로 적층된 구조로 구성함으로써, 사출 성형 시 발생하는 표면 굴곡, 함몰, 터짐 등의 현상을 방지하고, 동시에 사출 성형 후 표면 감성도 최대한 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 적층시트에 관한 것이다.

Description

자동차 내장재용 적층시트{Layered sheet for interior material of vehicle}
본 발명은 자동차 내장재용 적층시트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차용 내장재 제조용 수지를 사출성형할 경우 표면 외관 및 감성품질을 동시에 향상시킬 수 있는 자동차 내장재용 적층시트에 관한 것이다.
종래부터 자동차 내장부품, 예컨대 인스트루먼트 패널(Instrument Panel), 도어 트림 패널(Door Trim Panel), 헤드라이닝(Headlining) 등의 표피재로 PVC(폴리염화비닐), PVC/ABS(폴리염화비닐/아크릴로 니트릴 부타디엔 스티렌 탄성중합체) 알로이(ALLOY) 압출(Extrusion) 시트, 또는 캘린더링(Calendering) 시트를 널리 사용하여 왔다.
이러한 시트들의 재료로는 PVC/TPO/PP/PE/PU/Cloth 등이 사용되고 있으며, 통상 진공성형, 사출성형, 감싸기 작업 등의 공정을 거쳐 원하는 형상으로 만들어지게 된다.
최근 들어 환경친화성, 경량성, 안개(Fogging) 및 냄새 등에서 유리한 열가소성 폴리올레핀계 엘라스토머(이하, 'TPO'라 한다.) 시트로 급격히 대체되는 추세에 있다.
특히, 자동차 내장 표피재는 내스크래치성, 내마모성 등의 물리적성질 향상, 내약품성,내용제성 등의 화학적성질 향상, 내광성, 내열성등의 내구물성 향상, 저광택화(표면 반사로 인한 운전자 시야 방해 방지) 및 기타 주변 부품과의 색상 일체화를 위해 표면처리제를 사용하는 경우가 많은데, 기존 TPO 시트는 분자구조상 비극성 및 고결정성을 갖기 때문에, 부착성이 극히 나빠서 사전에 화염처리, 오존처리, 플라즈마처리 등의 표면처리나 염소화폴리올레핀 수지계 프라이머 처리를 실시한 후, 아크릴 수지계 베이스(Base) 코팅제 및 우레탄 수지계 클리어(Clear) 코팅제를 순차적으로 코팅하여 사용하고 있다.
그런데, 자동차 내장부품을 제조하기 위해 PP나 TPO 같은 수지를 150℃ 이상에서 내장용 시트 이면에 직접 사출 성형하는 경우, 내장용 시트 이면층의 내열성이 낮으면 시트의 파열, 함몰 등이 발생하거나 표피층의 외관이 나쁘게 되며(굴곡발생), 반면 내열성이 높으면 파열, 함몰의 문제는 없으나 표면 감성(Cushion 또는 Softness)이 나쁜 단점이 있다.
예컨대, 도 1에 도시한 바와 같이, 수지를 사출 성형하여 제조하는 대표적인 자동차 내장재용 시트로 TPO, PVC, PU 시트를 들 수 있으며, 이들은 표피층(10)과, 표면층(10)에 합판되고 수지가 사출되는 이면층(20)으로 구성되며, 이면층(20)으로 PP 폼(Foam)을 사용하여 표면층(10)에 합판시킬 수 있는데, 이면층(20)으로 발포배율이 높고 내열성이 낮은 PP 폼을 사용하여 합판하는 경우에는 내열성이 낮아지게 되어 사출 성형 후 폼의 함몰이나 터짐이 발생함은 물론 굴곡 현상이 발생하는 등 표면 외관이 불량해지는 단점이 있다.
반면에, 이면층(20)으로 발포배율이 낮고 내열성이 높은 PP 폼을 사용하여 합판할 경우에는 사출 성형시 터짐이나 함몰은 없지만 표피층(10)의 쿠션이나 소프트니스 등과 같은 표면 감성이 나빠지게 된다.
상기한 표면 감성을 개선하기 위해 이면층(20)으로 PP 폼 대신에 PE 폼이나 TPO 폼을 사용할 수 있는데, 이 경우에는 성형시 터짐이나 함몰 현상이 더 심해지는 단점이 있고, 다른 재질인 PP 폼 대신 클로스(Cloth)류를 이면층(20)으로 사용할 수 있는데, 이 경우에는 성형 후 표면 클로스(Cloth)의 구조가 표면에 전사되어 외관을 불량하게 하고 감성도 함께 떨어뜨리는 단점이 있다.
또한, 감성이 좋은 폼의 터짐이나 굴곡을 방지하기 위해 TPO 보호필름을 사출면에 적층할 수도 있는데, 이 경우에는 사출 게이트(Gate)부에서 고온 수지의 흐름성을 악화시켜 사출성형 후 표면 굴곡을 더 가중시키게 된다.
이와 같이 복잡다단한 문제로 인해 사출 성형하기에 적합한 내열성을 가짐으로써 사출 성형 후 표면 품질과 감성 품질이 우수한 자동차 내장재용 적층시트의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 내장재용 시트 구성시 내열성 유지를 위해 저배율의 수지 폼과 고배율의 수지 폼을 복수층 구조로 적층함으로써, 사출 성형 시 발생하는 표면 굴곡, 함몰, 터짐 등의 현상을 방지하고, 동시에 사출 성형 후 표면 감성도 최대한 향상시킬 수 있는 자동차 내장재용 적층시트를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자동차 내장재용 적층시트는 표피층과, 표피층에 합판되고 수지가 사출되는 이면층을 포함한 자동차 내장재용 적층시트에 있어서,
상기 이면층은 발포배율이나 종류가 다른 두 개 이상의 열가소성 엘라스토머(Thermoplastic Elastomer)폼이 복수층으로 적층된 구조로 이루어짐으로써, 사출 성형 시 발생하는 표면 굴곡, 함몰, 터짐 등의 현상을 방지하고, 동시에 사출 성형 후 표면 감성도 최대한 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자동차 내장재용 적층시트의 장점을 설명하면 다음과 같다.
1. 자동차 내장재용 적층시트의 구조에서 이면층을 발포배율이나 종류가 다른 두 개 이상의 폼을 사용하여 복수층으로, 예를 들면 표피층과 접하는 고배율의 상층과 수지가 사출되는 저배율의 하층으로 구성함으로써, 사출 성형 시 함몰이나 파열, 표면 굴곡 등의 현상이 발생하지 않아 표면 외관을 좋게 할 뿐만 아니라, 사출 성형 후에도 쿠션이나 소프트니스 등과 같은 표면 감성 품질도 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 자동차 내장재용 적층 시트의 구조를 보여주는 단면도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자동차 내장재용 적층 시트의 구조를 보여주는 단면도
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자동차 내장재용 적층 시트의 구조를 보여주는 단면도이다.
본 발명은 기존의 자동차 내장재용 적층 시트의 이면층(200)으로 가장 많이 사용되고 있는 저배율 PP 폼의 장점인 내열성을 그대로 유지하면서 저배율 PP 폼의 단점인 표면 감성(Cushion 또는 Softness)을 최대화시킨 점에 주안점이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 적층시트는 표피층(100)과 이면층(200)으로 구성되며, 여기서 이면층(200)을 복층(Multi-layer) 구조로 구성함으로써, 사출 성형시 함몰이나 표면 굴곡, 터짐 등의 문제를 해결하고, 사출 성형 후에는 표면 감성, 이를테면 쿠션 또는 소프트니스를 향상시키도록 하여 기존의 문제로 제기된 내열성과 표면 감성을 모두 만족시킬 수 있도록 구성된다.
이를 위해, 본 발명에서는 표피층(100)을 구성하는 표피재인 TPO(ThermoPlastic Olefin) 시트, PVC(PolyVinyl Chloride) 시트, PVC Alloy 시트, PU(PolyUrethane) 시트 등의 이면에 형성되는 이면층(200)을 발포배율이나 혹은 종류가 다른 두 개 이상의 올레핀계(Olefin Polymer Series) 폼(Foam)을 적층하여 형성한다.
이때, 이면층(200)을 복수층으로 구성하는 올레핀계 성분으로 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), C2 또는 C4 ~ C12-α-올레핀(Olefins)을 포함하는 폴리프로필렌 공중합체(Polypropylene copolymers) 또는 3량체(terpolymer), C2 또는 C4 ~ C12-α-올레핀(Olefins)을 포함하는 폴리에틸렌 공중합체(Polyethylene copolymers) 또는 3량체(terpolymer) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 올레핀(Olefin)계 TPE(Thermoplastic Elastomer;열가소성 탄성체)를 사용할 수 있다.
그리고, 시트의 물성을 향상시키기 위해 스티렌(Styrene)계 TPE, 우레탄(Urethane)계 TPE, 에스테르(Ester)계 TPE, 아미드(Amide)계 TPE, 초산비닐(Vinyl Acetate)계 TPE 중 적어도 하나 이상을 50% 이하로 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 이면층(200)을 복수층, 예컨대 상층(210)과 하층(220)의 복층으로 구성할 경우 사출 수지와 접하는 하층(220)에는 내열성이 높은 폼(Foam)을 사용하고, 표피재와 합판되어 감성에 영향을 주는 상층(210)에는 감성(Cushion)이 좋은 폼을 사용하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차 내장재용 적층시트는 표피층(100)과 이면층(200)으로 구성된다.
이때, 상기 표피층(100)은 통상적으로 자동차 내장재로 사용되는 TPO 시트, PVC 시트, PVC 알로이(Alloy) 시트, PU 시트 중에서 선택된 어느 하나의 시트로 구성된다.
상기 TPO 시트는 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), C2 또는 C4 ~ C12-α-올레핀(Olefins)을 포함하는 폴리프로필렌 공중합체(Polypropylene copolymers) 또는 3량체(terpolymer), C2 또는 C4 ~ C12-α-올레핀(Olefins)을 포함하는 폴리에틸렌 공중합체(Polyethylene copolymers) 또는 3량체(terpolymer) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 올레핀(Olefin)계 TPE 성분으로 이루어지고, 물성 향상을 위해 스티렌(Styrene)계 TPE, 우레탄(Urethane)계 TPE, 에스테르(Ester)계 TPE, 아미드(Amide)계 TPE, 초산비닐(Vinyl Acetate)계 TPE 중 적어도 하나 이상을 0.1~50중량%로 포함하고, 엠보스(Emboss) 유지력, 표면마모성을 향상시키기 위해 전자선가교 공정을 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 표피층(100)의 표면에는 CPP(Chlorinated Polypropylen)계 수지, 아크릴계 수지, 우레탄계 수지 등을 더 코팅하여 내스크래치성, 내구성, 내약품성, 내마모성 등을 더 향상시킬 수도 있다.
그리고, 상기 이면층(200)은 본 발명의 핵심적인 특징으로서 복수층으로 이루어지며, 본 발명의 일실시예에서는 상층(210) 및 하층(220) 두 개의 복층 구조를 가진다.
그러나, 상기 이면층(200)은 상층, 중층, 하층 등 3개의 층으로 이루어질 수도 있고, 또한 그 이상의 층수를 갖도록 구성될 수도 있다.
특히, 상기 이면층(200)을 복수의 층으로 구성할 때 발포배율이나 종류가 서로 다른 폼을 적층해서 사용하여야 하는데, 상기 상층(210)의 경우는 표피층(100)을 구성하는 표피재와 합판되어 감성에 영향을 주므로 감성이 우수한 폼, 예를 들면 진공성형용 PP/PE/TPO 폼을 사용해야 한다.
아울러, 상기 하층(220)의 경우는 고온의 사출 수지와 접하므로 내열성이 우수한 폼, 예를 들면 사출성형용 PP 폼을 사용해야 한다.
이를 위해, 본 발명에서는 상기 이면층(200)의 재료, 즉 폼으로서 TPE 폼이 적합한데, 특히 폼 성분으로 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), C2 또는 C4 ~ C12-α-올레핀(Olefins)을 포함하는 폴리프로필렌 공중합체(Polypropylene copolymers) 또는 3량체(terpolymer), C2 또는 C4 ~ C12-α-올레핀(Olefins)을 포함하는 폴리에틸렌 공중합체(Polyethylene copolymers) 또는 3량체(terpolymer) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 올레핀(Olefin)계 TPE를 사용하고, 시트의 물성을 향상시키기 위해 스티렌(Styrene)계 TPE, 우레탄(Urethane)계 TPE, 에스테르(Ester)계 TPE, 아미드(Amide)계 TPE, 초산비닐(Vinyl Acetate)계 TPE 중 적어도 하나 이상을 50% 이하로 사용할 수도 있다.
또한 상층(210)은 사출 성형시 감성 품질 향상을 위해 5~50 배율로 발포되는 것이 바람직하며, 하층(220)은 내열성 향상을 위해 1~30배율로 발포되는 것이 바람직하다.
뿐만 아니라, 상층(210)의 발포 두께는 표면 감성에 영향을 주지 않도록 0.5~9.5mm을 가져야 하며, 하층(220)도 사출 수지의 온도에 견딜 수 있기 위해서는 0.5~9.5mm을 가져야 한다.
물론, 사출 수지의 성형 조건, 표면 감성 만족도 등에 따라 배율, 재료의 종류, 두께 등이 달라질 수 있음은 당연하며, 특히 본 발명에서는 상층(210)과 하층(220)을 합한 두께, 즉 이면층(200)의 두께가 1~10mm의 범위로 유지되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 이면층(200)의 두께를 상기 범위로 한정하는 이유는 1mm 미만으로 유지하면 상층(210) 또는 하층(220) 중 어느 한 층이 최소 유지조건인 0.5mm 미만이 되게 되므로 예를 들어, 상층(210)이 0.5mm 미만으로 유지되면 표피재와 합판시 표면 감성 품질이 떨어지게 되고, 반대로 하층(220)이 0.5mm 미만으로 유지되면 사출 수지의 온도(대략 150~250℃)를 견디지 못하여 사출 성형시 표면 굴곡, 함몰, 터짐 등의 현상을 초래하므로 적어도 1mm 이상의 두께를 가져야 한다.
또한, 상기 이면층(200)의 두께가 10mm를 초과하게 되면 성형후 코너부 선예도(Sharpness) 저하, 다른 조립품과의 편차, 가격 상승의 이유로 최대 10mm 이하의 두께로 유지되어야 한다.
한편, 사출 수지는 150~250℃의 온도로 용융된 상태에서 사출기의 게이트를 통해 적층시트의 폼 면, 즉 도 2의 경우 하층(220)의 저면에 분사되어 성형된다.
덧붙여, 발포 폼은 서로 다른 배율과 재질로 한번에 발포할 수 없기 때문에 서로 다른 폼을 합판하기 위해서는 별도의 합판 공정을 거쳐야 하며, 합판 방식은 열합판, 접착제를 이용한 합판, 핫멜트식 합판 등이 있고, 가장 바람직한 합판 방식은 열합판이다.
만약, 열합판식으로 본 발명에 따른 표피층(100)과 이면층(200) 중 상층(210)을 합판하고자 할 경우, 합판직전의 표피층(100) 온도는 적어도 50~300℃의 온도로 유지되어야 성형 후 박리현상을 막을 수 있다.
이하, 본 발명을 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예
본 발명에 따른 자동차 내장재용 적층시트는 표피층(100)과 이면층(200)으로 구성되며, 표면층은 기존과 동일한 구성으로 제조되고, 이면층(200)은 발포배율이 높은(예, 15배율 이상) 진공성형용 PP/PE/TPO 폼의 상층(210)과, 배열이 낮고(예, 15배율 이하) 고내열성을 가지는 사출성형용 PP 폼의 하층(220)으로 적층된 구조로 제조하였다.
비교예1
이면층(200)의 하층(220)이 TPO/PP/PE 시트로 이루어진 것을 제외하고, 실시예1과 동일한 복층 구조로 이루어진다.
비교예2
이면층(200)이 사출성형용 PP 폼의 단층 구조로 이루어지고, 표면층은 기존과 동일한 구성으로 이루어진다.
비교예3
이면층(200)이 진공성형용 PP/PE/TPO 폼의 단층 구조로 이루어지고, 표면층은 기존과 동일한 구성으로 이루어진다.
비교예4
이면층(200)이 클로스(Cloth;예,부직포, 직물 등)류의 단층 구조로 이루어지고, 표면층은 기존과 동일한 구성으로 이루어진다.
본 발명의 실시예와 비교예에 따른 적층시트의 사출 성형시, 사출 성형 후 터짐, 함몰, 굴곡, 두께 편차, 표면 감성 등의 특성을 확인하기 위해 동일 크기와 동일 조건으로 시편을 만들었고, 그 과정에서 상기 특성들을 확인하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
Figure 112011068618319-pat00001
상기 표에서, ◎은 터짐이나 함몰, 표면 굴곡과 두께 편차가 없으며, 표면 감성이 우수한 경우를 의미하며, ×는 ◎의 반대 경우를 의미한다.
상기 표 1에 나타난 평가 결과에서와 같이, 본 발명의 실시예의 경우 종래 이면층(200)들이 갖는 단점을 보완하여, 사출성형성(터짐없음, 함몰없음), 사출성형 후 표면 외관 및 사출 성형 후 표면 감성이 양호함을 확인하였다.
100 : 표피층 200 : 이면층
210 : 상층 220 : 하층

Claims (9)

  1. 표피층(100)과, 표피층(100)에 합판되고 수지가 사출되는 이면층(200)을 포함한 자동차 내장재용 적층시트에 있어서,
    상기 이면층(200)은 발포배율이나 종류가 다른 두 개 이상의 열가소성 엘라스토머(Thermoplastic Elastomer)폼이 복수층으로 적층된 구조로 이루어지고,
    상기 이면층(200)은 상층(210)과 하층(220)으로 적층된 복층구조를 가지고, 상층(210)을 구성하는 폼은 감성품질의 향상을 위해 발포배율이 5~50 배율로 유지되는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 적층시트.
  2. 청구항 1에 있어서;
    상기 이면층(200)의 폼은 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), C2 또는 C4 ~ C12-α-올레핀(Olefins)을 포함하는 폴리프로필렌 공중합체(Polypropylene copolymers) 또는 3량체(terpolymer), C2 또는 C4 ~ C12-α-올레핀(Olefins)을 포함하는 폴리에틸렌 공중합체(Polyethylene copolymers) 또는 3량체(terpolymer) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 올레핀(Olefin)계 TPE 성분으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 적층시트.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 이면층(200)은 물성 향상을 위해 스티렌(Styrene)계 TPE, 우레탄(Urethane)계 TPE, 에스테르(Ester)계 TPE, 아미드(Amide)계 TPE, 초산비닐(Vinyl Acetate)계 TPE 중 적어도 하나 이상을 0.1~50중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 적층시트.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 이면층(200)은 상층(210)과 하층(220)으로 적층된 복층구조를 가지고, 하층(220)을 구성하는 폼은 내열성 향상을 위해 발포배율이 1~30 배율로 유지되는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 적층시트.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 상층(210)과 하층(220)은 각각 0.5~9.5mm 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 적층시트.
  7. 청구항 1에 있어서;
    상기 이면층(200)의 두께는 1~10mm로 유지되는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 적층시트.
  8. 청구항 1에 있어서;
    상기 표피층(100)은 TPO 시트, PVC 시트, PVC Alloy 시트, PU 시트 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 적층시트.
  9. 청구항 8에 있어서;
    상기 TPO 시트는 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), C2 또는 C4 ~ C12-α-올레핀(Olefins)을 포함하는 폴리프로필렌 공중합체(Polypropylene copolymers) 또는 3량체(terpolymer), C2 또는 C4 ~ C12-α-올레핀(Olefins)을 포함하는 폴리에틸렌 공중합체(Polyethylene copolymers) 또는 3량체(terpolymer) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 올레핀(Olefin)계 TPE 성분으로 이루어지고, 물성 향상을 위해 스티렌(Styrene)계 TPE, 우레탄(Urethane)계 TPE, 에스테르(Ester)계 TPE, 아미드(Amide)계 TPE, 초산비닐(Vinyl Acetate)계 TPE 중 적어도 하나 이상을 0.1~50중량%로 포함할 수도 있으며, 엠보스(Emboss) 유지력, 표면마모성을 향상시키기 위해 전자선가교 공정을 더 포함할 수도 있는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 적층시트.
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