KR101394746B1

KR101394746B1 - 진공단열재를 이용한 차량용 천정재 및 이의 성형방법

Info

Publication number: KR101394746B1
Application number: KR1020120110345A
Authority: KR
Inventors: 권정호; 권춘규; 이창원; 장기룡; 황진호; 조병철; 유종현; 이기동; 이원구
Original assignee: 엔브이에이치코리아(주); 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-10-04
Filing date: 2012-10-04
Publication date: 2014-05-16
Also published as: KR20140046543A

Abstract

본 발명은 차량의 루프 패널에 진공단열층을 적용하여 차량의 외부에서 유입되는 열을 차단함으로써 단열성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 접착필름이나 접착층을 이용하여 용융접착하는 방식으로 적층체 간을 접착함으로써, 접착제를 사용하지 않으므로 공정수 및 제조원가를 절감하고 휘발성 유기화합물의 배출량을 감소시킬 수 있는 진공단열재를 이용한 차량용 천정재 및 이의 성형방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

진공단열재를 이용한 차량용 천정재 및 이의 성형방법{Headliner for vehicle using vacuum insulation panel}

본 발명은 단열성능이 우수한 차량용 천정재 및 이의 성형방법에 관한 것이다.

차량에 사용되는 천정재는 통상적으로 펠트 형태 및 보드 형태로 성형되어 사용되며, 차량의 천정부에 부착되어 외부로부터 차량의 실내로 유입되는 소음을 차단하고 차량의 단열성을 향상시키는 역할을 한다.

그런데, 종래의 차량용 천정재는 차량의 외부에서 유입되는 소음을 흡음 또는 차음하는 성능에 비해 외부에서 유입되는 열에 대한 단열효과가 미미한 문제점이 있었다.

또한, 단열성능을 향상시키기 위해 천정재에 진공단열층을 적용하는 경우에 별도의 접착제를 사용하게 됨으로 인해 제작공정수가 추가로 늘어나고, 접착제에 의한 휘발성 유기화합물의 배출량이 증가하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 차량의 루프 패널에 진공단열층을 적용하여 차량의 외부에서 유입되는 열을 차단함으로써 단열성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 접착필름이나 접착층을 이용하여 용융접착하는 방식으로 적층체 간을 접착함으로써, 접착제를 사용하지 않으므로 공정수 및 제조원가를 절감하고 휘발성 유기화합물의 배출량을 감소시킬 수 있는 진공단열재를 이용한 차량용 천정재 및 이의 성형방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 진공단열재를 이용한 차량용 천정재는 기재층; 상기 기재층의 일면에 적층되는 보강재층; 상기 보강재층이 형성된 기재층의 양면에 적층되는 부직포층; 및 상기 부직포층의 일면에 형성되는 진공단열층;을 포함하여, 단열성능을 향상시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 진공단열층을 이용한 차량용 천정재의 성형방법은 기재층, 보강재층 및 부직포층을 적층하는 소재적층단계; 상기 단계에서 적층된 적층체를 열간금형 또는 예열오븐을 이용하여 열간성형하는 열간성형단계; 상기 단계에서 예열된 적층체에 진공단열층을 적층하는 진공단열층적층단계; 상기 열간성형단계에서 예열시 적층체로부터 발생된 잠열을 이용하여 적층체와 진공단열층을 접착하는 냉간성형단계; 및 상기 냉간성형된 제품을 취출하여 트리밍하는 트리밍단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 진공단열재를 이용한 차량용 천정재 및 이의 성형방법의 장점을 설명하면 다음과 같다.

첫째로, 천정재에 진공단열층을 적용함으로써 차량의 외부에서 유입되는 열을 차단하여 단열성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

둘째로, 천정재에 보강재층을 적용하여 천정재 자체하중에 의한 처짐이나 뒤틀림에 의한 처짐 현상을 개선할 수 있다.

셋째로, 별도의 접착제를 사용하지 않고 열간성형시 적층체로부터 발생되는 잠열을 이용하므로, 종래기술 대비 성형공정이 단순화되어 생산성 향상 및 제조원가를 낮출 수 있는 장점이 있다.

넷째로, 기존의 접착제로 인해 발생되는 휘발성 유기화합물의 배출량을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 천정재의 구성을 보여주는 사시도
도 2는 본 발명에 따른 차량용 천정재의 성형방법을 보여주는 순서도
도 3은 비교예에 따른 차량용 천정재의 성형방법을 보여주는 순서도

이하, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 진공단열층(40)을 이용하여 천정재의 단열성능을 향상시킨 차량용 천전재 및 이의 성형방법에 관한 것이다.

본 발명에서 따른 진공단열층(40)이 형성된 차량용 천정재의 성형방법은 천정재를 구성하는 소재들을 적층하는 소재적층단계(S101)와, 소재적층단계(S101)에서 적층된 소재를 열간금형 또는 예열오븐을 통해서 예열하는 열간성형단계(S102)와, 열간성형단계에서 예열된 적층체에 진공단열층(40)을 적층하는 진공단열재적층단계(S103)와, 적층체와 진공단열층(40)을 냉간성형하고 열간성형단계에서 예열 시 적층체로부터 발생되는 잠열을 이용하여 적층체와 진공단열층(40)을 부착시키는 냉간성형단계(S104)와, 성형이 완료된 제품을 취출하는 취출단계(S105)와, 제품을 트리밍하는 트리밍단계(S106)를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 천정재의 성형방법은 별도의 접착제를 사용하지 않고 열간성형시 적층체로부터 발생되는 잠열을 이용하므로, 종래기술에 따른 성형방법에 비해서 성형공정이 단순화되어 생산성 향상 및 제조원가를 낮출 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 진공단열층(40)을 이용한 차량용 천정재는 기재층(10)과, 기재층(10)의 일면에 적층되는 보강재층(20)과, 보강재층(20)과 기재층(10)에 각각 적층되는 부직포층(30)과, 부직포층(30)의 일면에 적층되는 진공단열층(40)으로 이루어진다.

상기 소재적층단계(S101)에서 소재층(10)은 유리섬유 40 내지 60 중량부와 바인더 섬유 40 내지 60 중량부를 혼섬(섬유 혼합)하여 이루어지는데, 상기 유리섬유로 직경 10~30㎛이고, 굵기 50~80mm인 이글라스(E-Glass섬유)를 사용한다.

전술한 것처럼 유리섬유의 혼섬을 통해 진공단열층(40)을 이용한 차량용 천정재는 내열 및 내습에 대한 치수안정성과 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.

상기 바인더섬유는 폴리프로필렌 섬유 또는 170~200℃의 융점을 갖는 저융점 폴리에스터섬유로 이루어지는데, 융융된 상태에서 유리섬유 사이에 스며든 후에 냉각과정을 거치면, 유리섬유 사이에서 경화되어 유리섬유를 결속하는 역할을 하며, 전술한 기재층(10)의 성형성을 향상시킨다.

이때, 상기 바인더 섬유의 섬도는 3 내지 15 데니어이고, 길이는 50 내지 80mm이며, 권축(Crimp)이 부여된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 보강재층(20)은 전술한 기재층(10)의 일면에 적층되어 진공단열층(40)이 형성된 차량용 천정재의 기계적 강도를 향상시키는 역할을 하는데, 30 내지 70㎛ 두께의 나일론필름(21) 양면에 내열 폴리올레핀계 접착필름(22)을 적층하여 이루어진다.

상기 나일론필름(21)은 천정재를 제조할 때 기재층(10)을 형성하고 있는 유리섬유가 천정재의 외부로 돌출되는 것을 방지하고, 천정재의 기계적 강도를 보강하는 역할을 한다.

또한, 나일론필름(21) 양면에 적층되어 있는 내열 폴리올레핀계 접착필름(22)은 예열과정에서 용융되어 상기 기재층(10)과 나일론필름(21) 사이 그리고 부직포층(30)과 나일론 필름(21) 사이를 접착하는 역할을 한다.

상기 부직포층(30)은 전술한 보강재층(20)이 형성된 기재층(10)의 양면에 형성되며, 스펀본딩 및 니들펀칭에 의해 결합되는 폴리에스터 장섬유 부직포로 20~50g/㎡의 면밀도를 나타내며, 차량용 천정재의 외관품질을 개선하고, 열간 평판금형으로 차량용 천정재를 예열할 때 열간 평판금형에 차량용 천정재가 달라붙는 것을 방지하는 역할을 하며, 냉각 성형금형으로 차량용 천정재를 이송할 때 천정재의 외부가 손상되는 것을 방지하는 역할을 한다.

상기 열간성형단계(S102)에서는 상기 소재적층단계(S101)를 거친 적층체를 오븐 또는 평판예열금형에서 충분히 예열하여 적층체 사이를 열로 용융접착을 한다.

이때, 열간금형의 표면온도는 120~250℃로 유지한 상태에서 50~200 kgf/㎠의 압력으로 10~120초 동안 적층체를 용융접착하며, 오븐예열을 이용하여 용융접착할 경우에는 오븐의 분위기온도를 120~450℃로 유지한 상태에서 10~240초 동안 적층체를 용융접착한다.

상기 진공단열재적층단계(S103)에서는 냉간성형금형에 진공단열층(40)과 열간성형단계(S102)에서 예열된 적층체를 적층한다.

이때, 적층체가 가지고 있는 열로 인해 진공단열층(40)의 접착층(42b)이 용융되어 적층체와 진공단열층(40)을 결합시킨다.

상기 냉간성형단계(S104)는 진공단열재적층단계(S103)에서 예열된 적층체의 잠열에 의해서 가접착된 적층체와 진공단열층(40)을 냉간성형하여 진공단열층(40)이 적용된 천정재의 형태를 안정화시킨다.

이때, 냉간금형의 표면온도를 10~50℃로 유지한 상태에서 50~200kgf/㎠의 압력으로 10~120초 동안 천정재를 냉간성형하여 안정화한다.

상기 진공단열층(40)은 부직포층(30)의 일면에 적층되며, 외부로부터 차량의 실내로 전달되는 열을 차단하는 역할을 하는데, 본 발명에 따른 진공단열층(40)이 형성된 차량용 천정재를 차량에 형성할 때, 차량용 천정재의 형태안정성과 가공성 등을 고려할 뿐만 아니라 단열성능을 유지하도록 5~10mm의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

더욱 상세하게는 진공단열층(40)은 심재(41) 및 상기 심재(41)를 감싸고 심재(41)의 겉표면에 위치하며 가스 배리어성을 갖는 표피재(42)로 이루어지며, 심재(41)의 내부 진공도는 10^-5 내지 10^-2Torr인 것이 바람직하다.

상기 심재(41)는 허니컴 구조이며, 금속 또는 유리에 바인더로 에폭시 수지를 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하며, 바인더는 전술한 금속 또는 유리 성분의 바인더로 사용될 수 있는 성분이면 특별히 한정되지 않고 어떠한 것이든 사용가능하다.

또한, 상기 심재(41)의 내부에는 가스 성분을 흡수하는 흡착제(43)가 개재되는 것이 바람직한데, 상기 흡착제(43)는 심재(41) 내부에 가스를 흡착할 수 있는 성분이면 특별히 한정되지 않고 어떠한 것이든 사용가능하다.

상기 심재(41)의 소재는 유기섬유, 무기섬유, 무기재질의 분말 또는 에어로겔 및 유기발포체 중에서 하나 이상으로 이루어지고, 예를 들면 활성탄, 실리카겔, 산화알루미늄, 분자체, 제올라이트, 산화칼슘, 산화바륨, 염화칼슘, 산화마그네슘, 염화마그네슘, 철, 아연, 바륨-리튬계 합금 및 지르코늄계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 표피재(42)는 심재(41)의 겉표면을 감싸며, 가스베리어성을 갖는데, 이러한 표피재(42)로 심재(41)를 감싼 후에는 표피재(42)가 서로 맞닿는 표피재(42)의 테두리 부분을 열융착 등의 방법으로 기밀 접착하여 공기를 차단하도록 한다.

또한, 상기 표피재(42)는 알루미늄, 금, 은, 구리, 니켈, 코발트, 크롬 및 주석으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 금속이 증착된 폴리올레핀으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 금속이 증착된 폴리올레핀으로 이루어진 표피재(42)를 사용하게 되면, 표피재(42)의 가스베리어성이 더욱 향상되어 진공단열층(40)의 진공상태를 오랜 기간 동안 유지할 수 있다.

이때, 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌 계열 또는 폴리프로필렌 계열로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 표피재(42)는 가스베리어성을 가지는 필름층(42a)과, 부직포와의 접착이 이루어지는 접착층(42b)으로 구성된다.

이때 접착층(42b)는 용융온도가 170℃이하인 폴리올레핀 계열의 열가소성 플라스틱을 사용하여, 열간성형단계(S102)에서 적층체가 흡수한 잠열에 의해 적층체와 진공단열층(40)을 접착시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명에 의하면 천정재에 진공단열층(40)을 적용함으로써 차량의 외부에서 유입되는 열을 차단하여 단열성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 천정재에 보강재층(20)을 적용하여 천정재 자체하중에 의한 처짐이나 뒤틀림에 의한 처짐 현상을 개선할 수 있다.

이하, 본 발명을 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예

직경이 12㎛이고, 길이가 80mm인 E-Glass 섬유 50 중량부와 길이가 64mm이고 섬도가 6데니어인 폴리프로필렌 섬유 50 중량부를 혼섬하고, 카딩공정 및 니들펀칭 공정을 통해 면밀도가 700g/㎡인 기재층(10)을 형성하고, 기재층(10)의 상부면에 40㎛ 두께를 갖는 나일론필름(21) 양면에 20㎛ 두께의 내열 폴리올레핀계 접착필름(22)을 적층하여 형성된 보강층을 적층하고, 보강층이 형성된 기재층(10)의 양면에 면밀도가 50g/㎡인 스펀본드 폴리에스터 장섬유 부직포로 이루어진 부직포층(30)을 적층하여 3.5㎜ 두께의 적층체를 형성한다.

상기 적층체를 표면온도가 190℃인 열간금형에 장착하여 100kgf/㎠의 압력으로 40초가 열간성형한 후에, 유리와 에폭시 수지를 혼합하여 이루어진 심재(41)와 상기 심재(41)를 감싸는 표피재(42)로 구성되는 7mm 두께의 진공단열층(40)을 적층한 후에 예열 압착성형하여 10.5mm 두께의 진공단열층(40)이 형성된 차량용 천정재를 제조하였다.

이때, 상기 진공단열층(40)의 표피재(42)는 적층체와 접착을 위해 적층체와 접하는 면에 50㎛두께의 폴리에틸렌을 가진다.

비교예

직경이 12㎛이고, 길이가 80mm인 이글라스(E-Glass) 섬유 50 중량부와 길이가 64mm이고 섬도가 6데니어인 폴리프로필렌 섬유 50 중량부를 혼섬하고 카딩공정 및 니들펀칭 공정을 통해 면밀도가 700g/㎡인 기재층을 형성하고, 기재층의 상부면에 40㎛ 두께를 갖는 나일론필름 양면에 20㎛ 두께의 내열 폴리올레핀계 접착필름을 적층하여 형성된 보강층을 적층하고, 보강층이 형성된 기재층의 양면에 면밀도가 50g/㎡인 스펀본드 폴리에스터 장섬유 부직포로 이루어진 부직포층을 적층하여 3.5㎜ 두께의 적층체를 형성한다(S201).

그 다음, 상기 적층체를 표면온도가 190℃인 열간금형에 장착하여 100kgf/㎠의 압력으로 40초 동안 열간성형(S202)한 후에, 표면온도가 20℃인 냉간금형에 열간성형된 적층체를 장착하여 100kgf/㎠의 압력으로 60초 동안 냉간압착성형하여 10.5mm 두께의 성형체를 형성한다(S203).

계속해서, 별도의 공정에서 유리와 에폭시 수지를 혼합하여 이루어진 심재 및 전술한 심재를 표피재로 감싸 이루어진 7mm 두께의 진공단열층에 폴리우레탄계 접착제를 도포한다(S206).

상기 접착제가 도포된 진공단열층을 적층체에 적층(S207)한 후 압착성형(ㄴ208)하여 차량용 천정재를 제조하였다.

폴리우레탄계 접착제로 접착하여 10.5mm 두께의 진공단열층(40)이 형성된 차량용 천정재를 제조하였다.

전술한 실시예 1을 통해 제조된 진공단열층(40)이 형성된 차량용 천정재와 비교예 1을 통해 제조된 차량용 천정재의 휘발성유기화합물(벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 스티렌) 방출량을 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.

(단, 휘발성유기화합물 방출량 측정은 모든 적층소재가 포함된 4㎝×9㎝×제품두께의 시편을 기밀성이 유지되는 3 리터 샘플링백에 질소와 함께 충진 후 밀봉한 상태로 65℃에서 2시간 가열 후, 23℃에서 30분간 방치하여 샘플링백에 포집된 휘발성유기화합물을 가스크로마토그래피/질량분석기(Gas Chromatography-Mass selective detector, GC/MSD) 로 분석하였다.)

위에 표 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 진공단열층(40)이 형성된 차량용 천정재는 비교예 1을 통해 제조된 진공단열층(40)이 형성된 차량용 천정재에 비해 발생되는 유기화합물질인 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 스티렌 의 방출량이 모두 현저하게 낮게 나타나 탑승객에 대한 유해성 측면에서 매우 우수한 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1을 통해 제조된 진공단열층(40)이 형성된 차량용 천정재와 비교예 1을 통해 천정재와 진공단열층(40)과의 박리강도를 아래 표 2에 나타내었다.

(단, 박리강도는 측정은 천정재와 진공단열층(40)이 적층된 상태로 25㎝×200㎝×제품두께의 시편에 대해서 천정재와 진공단열층(40)을 각각 반대방향으로 50㎜/min 속도로 인장하여 측정하였다. )

위에 표 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 진공단열층(40)이 형성된 차량용 천정재는 비교예 1을 통해 제조된 진공단열층(40)이 형성된 차량용 천정재에 비해 천정재와 진공단열층(40)간의 접착력이 우수한 것을 알 수 있다.

10 : 기재층
20 : 보강재층
21 : 나일론필름
22 : 접착필름
30 : 부직포층
40 : 진공단열층
41 : 심재
42 : 표피재
42a : 배리어 필름층
42b : 접착층
43 : 흡착제

Claims

기재층(10);
상기 기재층(10)의 일면에 적층되는 보강재층(20);
상기 보강재층(20)이 형성된 기재층(10)의 양면에 적층되는 부직포층(30); 및
상기 부직포층(30)의 일면에 형성되는 진공단열층(40);
을 포함하여, 단열성능을 향상시킬 수 있으며,
상기 진공단열층(40)은 심재(41);및
상기 심재(41)를 감싸며, 가스 배리어성을 갖는 표피재(42);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공단열재를 이용한 차량용 천정재.
청구항 1에 있어서,
상기 기재층(10)은 유리섬유 40~60 중량부와 바인더섬유 40~60 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공단열재를 이용한 차량용 천정재.
청구항 1에 있어서,
상기 보강재층(20)은 30~70㎛ 두께를 갖는 나일론필름(21)의 양면에 내열 폴리올레핀계 접착필름(22)을 적층하여 형성되는 것을 특징으로 하는 진공단열재를 이용한 차량용 천정재.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 심재(41)의 내부에는 가스 성분을 흡수하는 흡착제(43)가 개재되는 것을 특징으로 하는 진공단열재를 이용한 차량용 천정재.
청구항 1에 있어서,
상기 심재(41)는 유기섬유, 무기섬유, 무기재질의 분말 또는 에어로겔 및 유기발포체 중에서 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공단열재를 이용한 차량용 천정재.
청구항 1에 있어서,
상기 표피재(42)는 알루미늄, 금, 은, 구리, 니켈, 코발트, 크롬 및 주석으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 금속이 증착된 폴리올레핀으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공단열재를 이용한 차량용 천정재.
청구항 1에 있어서,
상기 표피재(42)는 가스베리어성을 가지는 필름층(42a)과, 상기 필름층(42a)의 일면에 적층되어 잠열을 이용하여 부직포와 진공단열층(40)을 접착시킬 수 있도록 된 접착층(42b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재를 이용한 차량용 천정재.
삭제
기재층(10), 보강재층(20) 및 부직포층(30)을 적층하는 소재적층단계;
상기 단계에서 적층된 적층체를 열간금형 또는 예열오븐을 이용하여 열간성형하는 열간성형단계;
상기 단계에서 예열된 적층체에 진공단열층(40)을 적층하는 진공단열층적층단계;
상기 열간성형단계에서 예열시 적층체로부터 발생된 잠열을 이용하여 적층체와 진공단열층(40)을 접착하는 냉간성형단계; 및
상기 냉간성형된 제품을 취출하여 트리밍하는 트리밍단계;
를 포함하고,
상기 열간성형단계는 금형예열시 금형표면온도를 120~250℃로 유지한 상태에서 50~200 kgf/㎠의 압력으로 10~120초 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공단열층을 이용한 차량용 천정재의 성형방법.
청구항 10에 있어서,
상기 열간성형단계는 오븐예열시 오븐의 분위기 온도를 120~450℃로 유지한 상태에서 10~240초 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공단열층을 이용한 차량용 천정재의 성형방법.
청구항 10에 있어서,
상기 냉간성형단계는 10~50℃의 금형 표면온도에서 50~200kgf/㎠의 압력으로 10~120초 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공단열층을 이용한 차량용 천정재의 성형방법.