KR101954171B1 - 차량 시트백 인몰드용 부직포 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차량 시트백 인몰드용 부직포 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유와 장섬유 강화 열가소성수지(LFT)층 또는 유리섬유강화복합소재(GMT)층, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 매트층 사이에 결합층으로 이루어진 인몰드 부직포 및 그의 제조방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 종래 부직포의 성형시 모서리부의 터지는 문제점을 해결하고자 차량 시트백의 형상에 맞도록 성형하더라도 성형시 터짐이 없고, 성형 후 형태유지성이 있으며, 흡음기능을 높이고, 쿠션감을 향상시키는 차량 시트백 인몰드용 부직포 및 그의 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 차량 시트백 인몰드용 부직포 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유의 부직포층과 장섬유 강화 열가소성수지(LFT; Long Fiber reinforced Thermoplastics) 매트층 또는 유리섬유강화복합소재(; Glsss Mat reinforced Thermoplastics) 매트층, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP; Carbon Fiber reinforced Plastics) 매트층의 기재층 사이에 결합층으로 이루어진 차량 시트백 인몰드용 부직포 및 그의 제조방법에 대한 것이다.
일반적으로 차량용 시트는 승객이 앉을 수 있는 시트쿠션과, 등을 기댈 수 있는 시트백과, 목과 머리를 지지하는 헤드레스트로 구성되어, 승객이 안락감을 느끼도록 설계되어 있다.
자동차 시트백은 뒷좌석 뒤에 위치한 화물이 차량의 급정거로 인해 앞으로 갑자기 이동할 시 승객의 안전을 보호하는 기능을 가지고 있다. 이러한 시트백의 프레임 소재로는 주로 스틸(STEEL)을 사용하고 있다. 하지만 차량의 경량화 및 연비 향상을 고려한다면 경량소재로의 대체가 필요하다. 스틸(STEEL)을 대체할 수 있는 경량소재는 트렁크에 위치한 화물이 급정거로 인해 앞으로 이동할 때 승객의 안전을 보호할 수 있으면서 동시에 중량 절감 효과까지 고려되어야 한다.
유리섬유가 보강된 복합재가 연구되고 있다. 하지만 스틸(STEEL) 정도의 강도를 가지려면 많은 량의 유리섬유가 보강재로 사용되어야 하므로, 추가적으로 경량화가 요구된다. 이런 요구에 만족할 수 있는 소재가 탄소섬유이다. 탄소섬유는 적은 양으로도 고강도의 물성을 나타낼 수 있기 때문에 다양한 분야에서 복합재의 보강재로 많은 연구가 이루어지고 있다.
특허문헌 1에는 열가소성 수지의 유동층을 갖는 유리섬유강화 열가소성 복합재의 표면에 유리섬유, 탄소섬유 등의 유/무기 섬유로 된 보강용 시트를 적층하고, 열가소성 수지가 보강용 시트에 함침이 잘 되도록 더블벨트프레스와 같은 연속프레스 장치를 통과하여 제조하는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는 유리 장섬유 강화 복합소재를 사용하여 사출성형 공법으로 자동차 시트백 프레임 판넬을 제조하는 기술이 개시되어 있다. 상기 특허문헌 2에서는 사출성형 공법을 통해 생산성을 높이고 유리 장섬유 강화복합재를 사용하여 강도 보강을 하며 추가적인 보강은 리브(Rib)와 스틸 인서트법을 적용하여 해결하고 있다.
특허문헌 3에는 열가소성 복합 재료의 상부 및 하부에 강화 연속 섬유 함침 프리프래그층을 적층시켜 제조된 열가소성 복합 판재가 개시되어 있다. 상기 특허문헌 3에서는 강화 연속 섬유 함침 프리프래그층을 테이프 형상의 위사 및 경사 형태로 직조하여 적층하는 기술도 개시하고 있다.
특허문헌 4에는 장섬유 강화 열가소성수지(LFT)층 사이에 탄소섬유와 유리섬유가 직조된 직조층이 삽입되는 복합체가 개시되고 있다.
종래에 알려진 보강 기술은 유리섬유, 탄소섬유 등의 보강재가 단독으로 적용되는 경우이며, 탄소섬유 단독의 경우 경량화 효과 및 강도 증가 효과는 탁월하지만 탄소섬유의 높은 가격으로 인한 경제성 문제로 상업적 적용이 어려움이 있었다.
또한 종래의 기술은 함침, 직조, 인서트 사출 등 제조공정이 복잡하여 제조원가가 상승하는 단점이 있었다.
보강재를 사용하지 않고, 장섬유 강화 열가소성수지(LFT) 또는 유리섬유강화복합소재(GMT)를 사용하는 경우에는 도 1a 및 도 1b와 같이 성형 프레스과정에서 단면의 형상이 급격하게 꺽이는 부분에서 터지는 등의 문제가 발생한다.
본 발명은 종래 기술의 문제점인 차량 시트백의 형상을 성형하기 위한 프레스공정에서 모서리부가 터지는 문제점을 방지하되, 탄소섬유와 같은 고가의 소재를 사용하지 않으면서, 종래 기술에 비하여 높은 가압력으로 차량 시트백의 형상에 맞도록 성형하더라도 성형시 모서부가 터지는 현상이 없고, 성형 후 형태유지성이 있으며, 부직포층으로 인하여 흡음기능을 높이고, 쿠션감을 향상시키는 차량 시트백 인몰드용 부직포 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 양상은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유로 이루어진 부직포층; 결합층; 장섬유 강화 열가소성수지(LFT; Long Fiber reinforced Thermoplastics, 이하에서는‘LFT’로 기재합니다) 매트층 또는 유리섬유강화복합소재(GMT; Glsss Mat reinforced Thermoplastics, 이하에서는 ‘GMT’로 기재합니다) 매트층, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP; Carbon Fiber reinforced Plastics, 이하에서는 ‘CFRP’로 기재합니다) 매트층으로 이루어진 기재층;의 순서로 적층된 차량 시트백 인몰드용 부직포에 관한 것이다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 양상은 상기 결합층이 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유 니들 고밀도 부직포 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유와 저융점(LM) 섬유가 혼합된 니들 고밀도 부직포인 차량 시트백 인몰드용 부직포에 관한 것이다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 양상은 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유와 저융점(LM) 섬유가 혼합된 니들 고밀도 부직포가 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유 80~90중량부와 저융점(LM) 섬유 10~20중량부로 이루어진 니들 고밀도 부직포인 차량 시트백 인몰드용 부직포에 관한 것이다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 양상은 상기 결합층(200);은 폴리프로필렌(PP) 스판본드 부직포(221) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 스판본드 부직포(222)인 차량 시트백 인몰드용 부직포에 관한 것이다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 양상은 상기 결합층(200);은 폴리프로필렌(PP) 파우더(231) 또는 폴리에틸렌(PE) 파우더(232), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 파우더(233)인 차량 시트백 인몰드용 부직포에 관한 것이다
본 발명의 다른 구현예에 따른 양상은 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유 부직포층이 면밀도 200~500g/㎡, 두께 0.05 ~ 0.08㎜, 섬도 3 ~ 10데이어, 섬유길이 51 ~ 64㎜인 차량 시트백 인몰드용 부직포에 관한 것이다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 양상은 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유 니들 고밀도 부직포 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유와 저융점(LM) 섬유가 혼합된 니들 고밀도 부직포의 결합층이 면밀도 150~600g/㎡, 두께 2 ~ 3㎜, 섬도 2 ~ 6데이어, 섬유길이 51㎜인 차량 시트백 인몰드용 부직포에 관한 것이다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 양상은 상기 폴리프로필렌(PP) 스판본드 부직포 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 스판본드 부직포로 이루어진 결합층이 면밀도 60~150g/㎡, 두께 2 ~ 3㎜, 섬도 1.5 ~ 10데이어, 섬유길이 51㎜인 차량 시트백 인몰드용 부직포에 관한 것이다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 양상은 상기 폴리프로필렌(PP) 파우더 또는 폴리에틸렌(PE) 파우더, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 파우더 중 어느 하나인 결합층아 면밀도 60~250g/㎡, 두께 0.05 ~ 0.45㎜인 차량 시트백 인몰드용 부직포에 관한 것이다
본 발명의 다른 구현예에 따른 양상은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유로 이루어진 부직포층을 제조하는 부직포층 제조단계; 결합층을 제조하는 결합층 제조단계; 장섬유 강화 열가소성수지(LFT) 매트층 또는 유리섬유강화복합소재(GMT) 매트층, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 매트층의 기재층을 제조하는 기재층 제조단계; 상기 부직포층 제조단계에서 제조된 부직포층의 일면에 결합층 제조단계에서 제조된 결합층을 적층하는 부직포층과 결합층의 적층단계; 상기 기재층 제조단계에서 제조된 기재층의 상부에 부직포층과 결합층의 적층단계에서 적층된 적층체의 결합층이 기재층의 상부에 적층되는 적층단계; 상기 부직포층과, 결합층, 기재층 적층단계; 이후 성형 프레스에 의하여 부직포를 성형하는 성형 프레스 단계;로 이루어지는 차량 시트백 인몰드용 부직포의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 양상은 상기 성형 프레스 단계; 이후에 워터 쿨링단계;가 추가되는 차량 시트백 인몰드용 부직포의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 양상은 부직포층 제조단계;는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유를 카딩(Carding)한 후 1차 니들펀칭하는 제1니들펀칭단계; 상기 제1니들펀칭단계와는 반대방향으로 니들펀칭하는 제2니들펀칭단계; 상기 제2니들펀칭단계; 이후 제1니들펀칭단계의 니들펀칭과 동일한 방향으로 니들펀칭하는 제3니들펀칭단계; 상기 제3니들펀칭단계; 이후 제2니들펀칭과 동일한 방향으로 니들펀칭하는 제4니들펀칭단계;로 이루어진 차량 시트백 인몰드용 부직포의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 양상은 상기 부직포층과 결합층의 적층단계;이전에, 상기 부직포층의 일면을 가열하여 부직포층의 표면을 용융시켜 결합층을 적층하는 차량 시트백 인몰드용 부직포의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 양상은 상기 부직포층의 일면을 130 ~180℃로 가열하는 차량 시트백 인몰드용 부직포의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 양상은 상기 부직포층과 결합층 적층단계;이전에, 상기 부직포층의 일면에 폴리프로필렌(PP) 파우더 또는 폴리에틸렌(PE) 파우더, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 파우더 중의 어느 하나를 분산 도포하고, 가열한 후, 냉각롤러를 통과시켜 냉각압착시키는 차량 시트백 인몰드용 부직포의 제조방법에 관한 것이다
본 발명의 다른 구현예에 따른 양상은 상기 부직포층의 일면에 폴리프로필렌(PP) 파우더 또는 폴리에틸렌(PE) 파우더, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 파우더 중의 어느 하나를 분산 도포하고, 가열온도는 150 ~ 180℃로 가열하여 상기 파우더를 용융시키는 차량 시트백 인몰드용 부직포의 제조방법에 관한 것이다
본 발명의 다른 구현예에 따른 양상은 성형 프레스에 의하여 성형하는 성형 프레스 단계는 상온에서 1,500톤 ~ 2,000톤의 압력으로 2 ~ 3분 가압한 후 워터 툴링하는 차량 시트백 인몰드용 부직포의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 구현예들에서의 차량 시트백 인몰드용 부직포는, 종래의 부직포와 같이 성형 프레스과정에서 단면의 형상이 급격하게 변화하는 곳에서 터지는 등의 문제점을 해소하고, 종래기술에 비하여 5 ~ 10배의 가압력인 1,500,000 ~ 2,000,000kgf/㎠으로 성형함으로써, 차량 시트백 부직포의 강성을 높이는 효과를 갖는다.
본 발명의 차량 시트백 인몰드용 부직포는 부직포층을 가열하여 부직포층과 결합층을 결합시키고, 결합된 부직포층과 결합층을 기재층에 적층시켜 원하는 형상으로 냉각프레스 성형함므로써, 성형시 터지는 문제점을 해결하고 성형 변형력에 견디는 물성을 확보할 수 있는 효과를 갖는다.
이러한 본 발명의 구현예들은, 차량 시트백 인몰드용 부직포의 성형 후 형태유지성, 흡음성을 향상시키고, 제조공정의 수월성 및 경제성 등을 우수하게 유지할 수 있는 차량 시트백 인몰드용 부직포 제조방법을 제공한다.
도 1a는 종래의 차량 시트백 후면용 부직포의 모서리부가 찢어지는 것을 나타내는 사진이다.
도 1b는 종래의 차량 시트백 후면용 부직포의 모서리부가 찢어져 다른 부직포로 덧데기한 사진이다.
도 2는 본 발명의 차량 시트백 인몰드용 부직포의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 차량 시트백 인몰드용 부직포 제조방법의 공정도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 차량 시트백 인몰드용 부직포 제조방법의 공정도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량 시트백 인몰드용 부직포의 부직포층과 니들 고밀도 부직포인 결합층 사진이다.
도 6는 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량 시트백 인몰드용 부직포의 부직포층과 스판본드 부직포인 결합층 사진이다.
도 7는 본 발명의 제3 실시예에 따른 차량 시트백 인몰드용 부직포의 부직포층과 부직포층의 뒷면에 파우더 결합층이 적층된 사진이다.
도 1b는 종래의 차량 시트백 후면용 부직포의 모서리부가 찢어져 다른 부직포로 덧데기한 사진이다.
도 2는 본 발명의 차량 시트백 인몰드용 부직포의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 차량 시트백 인몰드용 부직포 제조방법의 공정도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 차량 시트백 인몰드용 부직포 제조방법의 공정도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량 시트백 인몰드용 부직포의 부직포층과 니들 고밀도 부직포인 결합층 사진이다.
도 6는 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량 시트백 인몰드용 부직포의 부직포층과 스판본드 부직포인 결합층 사진이다.
도 7는 본 발명의 제3 실시예에 따른 차량 시트백 인몰드용 부직포의 부직포층과 부직포층의 뒷면에 파우더 결합층이 적층된 사진이다.
이하에서 본 발명의 구현예들을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 구성 또는 기능에 대한 상세한 설명은 생략한다.
종래의 차량 시트백의 부직포는 장섬유 강화 열가소성수지(LFT) 매트층, 유리섬유강화복합소재(GMT) 매트층에 부직포층(100)을 적층하여 프레스에 의하여 가압성형하고 있다.
상기 가압성형시 부직포 모서리부가 터지는 현상이 발생한다. 모서리부가 터지는 이유는 성형과정에서 단면이 급격하게 변화되는 곳에서 프레스 금형의 단부에 부직포가 고정된 상태에서 꺽임부의 외측단면이 증가되므로, 부직포가 밀리면서 그 부분에서 터지는 것이다.
도 1a는 종래의 차량 시트백 후면용 부직포의 모서리부가 터진 것을 나타내는 사진이고, 도 1b는 종래의 차량 시트백 후면용 부직포의 모서리부가 터져 다른 부직포로 덧데기한 사진이다.
이와 같이 차량 시트백 부직포의 성형 프레스공정에서 부직포가 터지는 문제로 인하여 프레스 가압력을 50,000 ~ 300,000kgf/㎠의 범위에서 가압 프레스할 수 밖에 없었다. 성형 프레스의 가압력을 높이게 되면 차량 시트백의 강성을 높여 트렁크에 위치한 화물이 급정거로 인해 앞으로 이동할 때 승객의 안전을 보호할 수 있으면서 동시에 중량을 절감할 수 있으나, 가압력을 높이면 부직포가 터지므로, 가압력을 더 이상 높이는데 한계가 있었던 것이다.
본 발명은 이와 같이 기재층에 적층된 부직포층의 터짐을 방지하고, 종래 기술에 비하여 5 ~ 30배의 가압력인 1,500,000 ~ 2,000,000kgf/㎠으로 성형함으로써, 차량 시트백 부직포의 강성이 높은 차량 시트백 인몰드용 부직포와 그 제조방법에 관한 것이다.
도 2는 본 발명의 차량 시트백 인몰드용 부직포의 적층된 상태를 나타내는 개념도이다.
본 발명의 차량 시트백 인몰드용 부직포는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유로 이루어진 부직포층(100); 결합층(200); 장섬유 강화 열가소성수지(LFT) 매트층(301) 또는 유리섬유강화복합소재(GMT) 매트층(302), 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 매트층(303)으로 이루어진 기재층(300);의 순서로 적층된다.
본 발명의 차량 시트백 인몰드용 부직포의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유 부직포층(100)은 면밀도 200~500g/㎡, 두께 0.05 ~ 0.08㎜, 섬도 3 ~ 10데이어, 섬유길이 51 ~ 64㎜를 갖는다.
상기 부직포층(100)을 이루는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유는 강도가 높아 내구성과 형태성을 부여하는 역할을 갖는다. 이와 같은 물성으로 인하여 프레스에 의해 가압성형시 급격한 변화가 발생하는 곳에서의 터짐을 감소시키는데 효과적이다.
상기 부직포층(100)은 두께가 0.05 ~ 0.08㎜로 매우 얇은 두께를 갖는데, 그 이유는 상기 부직포층(100)은 표피재 역할을 수행하는 것으로, 표피의 부드러운 촉감을 부여하고 흡음성을 갖추면 되기 때문이다.
표피재인 부직포층(100)의 두께가 0.05㎜ 미만이면 부직포층(100)을 프레스 성형할 때 부직포층(100)을 유지하기 어렵고, 부직포층(100)의 두께가 0.08㎜을 초과하면, 필요이상의 두께이다.
상기 부직포층(100)과 장섬유 강화 열가소성수지(LFT) 매트층(301) 또는 유리섬유강화복합소재(GMT) 매트층(302), 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 매트층(303)으로 이루어진 기재층(300) 사이에 결합층(200)을 갖는다.
상기 결합층(200)의 제1 실시예는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유 니들 고밀도 부직포(211) 단독으로 사용되거나, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유와 저융점(LM) 섬유가 혼합된 니들 고밀도 부직포(212)를 사용한다.
제1 실시예인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유와 저융점(LM) 섬유가 혼합된 니들 고밀도 부직포(212)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유 80 ~ 90중량부와 저융점(LM) 섬유 10 ~ 20중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제1 실시예인 결합층(200)은 면밀도 150 ~ 600g/㎡, 두께 2 ~ 3㎜, 섬도 2 ~ 6데이어, 섬유길이 51㎜를 갖는다.
상기 제1 실시예의 면밀도가 150g/㎡ 미만인 경우에는 결합성능이 낮아 결합재로서의 역할을 하지 못하고, 면밀도가 600g/㎡ 초과하는 경우는 필요한 결합성능을 초과하여 불필요하게 많은 양의 결합재를 사용하는 것이 된다.
상기 제1 실시예인 결합층(200)의 저융점 섬유는 폴리에스터계이고, 가열시 상대적으로 빠르게 용융되는 특성을 갖는 LM(Low Melting fiber) 섬유이고, 상기 저용점 섬유는 융점이 110℃ 내지 180℃의 범위를 갖는다.
상기 제1 실시예에서 결합층(200)을 이루는 소재로 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유 니들 고밀도 부직포(211)와 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유와 저융점(LM) 섬유가 혼합된 니들 고밀도 부직포(212)는 표피층인 부직포층(100)보다 두께를 두껍게 유지하는 것은 기재층(300)과의 결합력을 높여 성형 프레스시 부직포층이 터지는 것을 방지하기 위한 것이다.
상기 결합층(200)의 제2 실시예는 폴리프로필렌(PP) 스판본드 부직포(221) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 스판본드 부직포(222)를 사용한다.
제2 실시예에 사용되는 폴리프로필렌(PP) 스판본드 부직포(221) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 스판본드 부직포(222)는 상기 제1 실시예에서 결합층(200)을 이루는 소재로 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유와 저융점(LM) 섬유가 혼합된 니들 고밀도 부직포(212) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유 니들 고밀도 부직포(211)보다 면밀도가 낮다.
제2 실시예에 사용되는 폴리프로필렌(PP) 부직포(221) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 스판본드 부직포(222)는 면밀도 60 ~ 150g/㎡, 두께 2 ~ 3㎜, 섬도 1.5 ~ 10데이어, 섬유길이 51㎜를 갖는다.
상기 면밀도가 60g/㎡ 미만인 경우에는 결합성능이 낮아 결합재로서의 역할을 하지 못하고, 면밀도가 150g/㎡ 초과하는 경우는 필요한 결합성능을 초과하여 불필요하게 많은 량의 결합재를 사용하는 것이 된다.
상기 제2 실시예에 사용되는 폴리프로필렌(PP) 스판본드 부직포(221) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 스판본드 부직포(222)는 제1 실시예인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유 니들 고밀도 부직포(211)와 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유와 저융점(LM) 섬유가 혼합된 니들 고밀도 부직포(212)에 비하여 상대적으로 신율은 낮고, 인장강도는 높은 물성을 갖는다.
상기 결합층(200)의 제3 실시예는 폴리프로필렌(PP) 파우더(231) 또는 폴리에틸렌(PE) 파우더(232), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 파우더(233) 중의 어느 하나를 사용한다
상기 제3 실시예에 사용되는 결합층 소재인 3가지의 파우더는 서로 혼용하여 사용되지 않고, 각기 단일 소재의 파우더만을 사용한다.
폴리프로필렌(PP) 파우더(231)의 용융온도가 160 ~ 180℃의 범위이고, 폴리에틸렌(PE) 파우더(232)의 용융온도가 140 ~ 160℃의 범위이며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 파우더(233)의 용융온도가 150 ~ 200℃의 범위이다.
따라서 상기 제3 실시예인 결합층(200) 소재를 부직포층(100)에 분산 도포한 후 결합층인 파우더를 가열하는 온도는 150 ~ 180℃의 범위에서 가열한 후, 기재층의 상면에 적층하여 냉각 프레스한다.
상기 제3 실시예인 폴리프로필렌(PP) 파우더(231) 또는 폴리에틸렌(PE) 파우더(232), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 파우더(233) 중의 어느 하나인 결합층(200)은 면밀도 60~250g/㎡, 두께 0.05 ~ 0.45㎜를 갖는다.
상기 면밀도가 50g/㎡ 미만인 경우에는 결합성능이 낮아 결합재로서의 역할을 하지 못하고, 면밀도가 250g/㎡ 초과하는 경우는 필요한 결합성능을 초과하여 불필요하게 많은 양의 결합재를 사용하는 것이 된다.
상기 기재층(300)인 장섬유 강화 열가소성수지(LFT) 매트층(301) 또는 유리섬유강화복합소재(GMT) 매트층(302)은 종래에 사용되고 있는 소재이고, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 매트층(303)은 최근에 금속을 대체할 경량화 소재로 각광받고 있는 소재이다.
본 발명에서는 기재층(300)을 별도로 개발한 것이 아니라, 기 개발되어 사용되는 소재를 사용하므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
이하 차량 시트백 인몰드용 부직포의 제조방법을 설명한다.
본 발명의 차량 시트백 인몰드용 부직포는 부직포층(100), 결합층(200), 기재층(300)의 순서로 적층된다.
상기 부직포층(100)을 이루는 소재인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유를 카딩한 후, 혼방, 웹(Web)형성, 니들펀칭하여 부직포를 형성한다. 니들펀칭은 4회를 실시하여 부직포층(100)을 제조한다(S1).
상기 웹(Web)형성 시 좌우 중량편차를 줄이기 위하여 1차 니들펀칭은 상부에서 하부방향으로 진행하고, 2차 니들펀칭은 하부에서 상부방향로 진행하고, 다시 3차 니들펀칭은 상부에서 하부방향으로 진행하는 방식으로 니들펀칭으로 상부와 하부방향을 서로 반대방향으로 진행한다. 이와 같이 니들펀칭을 서로 반대방향으로 실시하면 형성된 웹(Web)의 좌우측 중량편차를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 부직포층(100)은 단위면적당 무게는 200g/㎡ ~ 500g/㎡이면 적합하다.
본 발명의 결합층(200)은 제1 실시예 내지 제3 실시예가 있다.
도 3은 본 발명의 결합층 중 제1 실시예 및 제2 실시예의 제조공정도이다.
제1 실시예의 결합층(200)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유 니들 고밀도 부직포(211) 단독으로 사용되거나, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유와 저융점(LM) 섬유가 혼합된 니들 고밀도 부직포(212)를 사용한다.
상기 결합층(200)의 제1 실시예인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유를 카딩한 후, 혼방, 웹(Web)형성, 니들펀칭하여 부직포를 형성한다. 니들펀칭은 4회를 실시하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유 니들 고밀도 부직포(211) 결합층(200)을 제조한다(S2).
이때 니들펀칭은 상기 부직포층(100)과 동일한 방법으로 상부와 하부방향을 서로 반대방향으로 교번적으로 니들펀칭하여 웹(Web)의 좌우측 중량편차를 감소시킨다.
제1 실시예의 결합층(200)을 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유 니들 고밀도 부직포(211)와 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유와 저융점(LM) 섬유가 혼합된 니들 고밀도 부직포(212)에서 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유와 저융점(LM) 섬유를 혼합하여 사용하는 경우에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유와 저융점(LM) 섬유를 각각 카딩한 후, 혼방, 웹(Web)형성, 니들펀칭하여 부직포를 형성한다. 니들펀칭은 4회를 실시하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유 니들 고밀도 부직포(211)와 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유와 저융점(LM) 섬유가 혼합된 니들 고밀도 부직포(212)가 혼합된 결합층(200)을 제조한다(S2).
제2 실시예의 결합층(200)은 폴리프로필렌(PP) 스판본드 부직포(221) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 스판본드 부직포(222)를 사용한다.
상기 폴리프로필렌(PP) 스판본드 부직포(221) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 스판본드 부직포(222)는 칩형태의 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 수지를 융융시켜 녹인 원료 수지를 노즐의 끝에서 직접 분출시켜 연속하여 긴 섬유를 얻고, 이것을 이용하고 부직포를 제조한다(S2). 이와 같은 스판본드 방식으로 부직포로 제조하면, 제1 실시예의 니들펀칭 부직포 방식에 비하여 인장강도가 높지만 신율이 낮은 특징이 있다.
결합층(200)의 제1 실시예인 니들 고밀도 부직포는 제2 실시예인 스판본드 부직포에 비하여 인장강도가 낮고, 신율이 높은 특징을 갖으므로, 제1 실시예가 인장강도가 낮으므로, 제2 실시예의 면밀도보다 높게 유지되어야만 한다.
상기 제조된 부직포층(100)에 결합층(200)의 제1 실시예와 제 2실시예를 적층하기 전에 부직포층(100)의 일면을 130 ~ 180℃로 가열하여 부직포층의 표면을 용융시켜 제1 실시예 또는 제2 실시예의 결합층(200)을 적층한다(S4).
도 4는 본 발명의 결합층 중 제3 실시예의 제조공정도이다.
제3 실시예의 결합층(200)은 폴리프로필렌(PP) 파우더(231) 또는 폴리에틸렌(PE) 파우더(232), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 파우더(233) 중의 어느 하나를 사용한다.
상기 제조된 상기 부직포층(100)의 일면에 제3 실시예인 파우더를 분산도포한 후, 150 ~ 180℃로 가열하여 파우더를 용융시켜 상기 부직포층에 결합층(200)을 적층한다(S4).
상기 기재층인 장섬유 강화 열가소성수지(LFT) 매트층(301) 또는 유리섬유강화복합소재(GMT) 매트층(302), 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 매트층(303)를 제조한다(S3).
상기 적층된 부직포층과 결합층에서 결합층(200)이 기재층(300) 상부에 위치되도록 적층한다(S5).
이 후 성형 프레스에 의하여 원하는 형상으로 가압 성형하는 성형 프레스한다(S6).
상기 가압 성형된 차량 시트백은 워터 쿨링시킨다(S7).
<실시예 1> - 결합층을 제1 실시예를 적용한 경우
부직포층은 섬도 8데니아 길이 64㎜의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유를 카딩한 후 1차 니들펀칭하되, 믹싱 탱크내에 분산 팬을 설치하여 분산 팬에 의하여 믹싱한 후 웹(Web)에 낙하시켜 웹을 형성하였다. 상기 형성된 웹을 상부에서 하부방향으로 1차 니들펀칭하고, 다시 하부에서 상부방향으로 2차 니들펀칭한 후, 상부에서 하부방향으로 3차 니들펀칭, 다시 하부에서 상부방향으로 4차 니들펀칭하여 부직포층(100)을 제조하되, 부직포층(100)의 면밀도는 300g/㎡으로 제조되었다.
결합층(200)의 제1 실시예는 섬도 6데니아 길이 51㎜의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유 80중량부와 섬도 6데니아 길이 51㎜의 저융점(LM) 섬유 20중량부를 각각 카딩한 후 믹싱 탱크에서 혼방한 후, 1차 니들펀칭하되, 믹싱 탱크내에 분산 팬을 설치하여 분산 팬에 의하여 믹싱한 후 웹(Web)에 낙하시켜 웹을 형성하였다. 상기 형성된 웹을 상부에서 하부방향으로 1차 니들펀칭하고, 다시 하부에서 상부방향으로 2차 니들펀칭한 후, 상부에서 하부방향으로 3차 니들펀칭, 다시 하부에서 상부방향으로 4차 니들펀칭하여 결합층(200)을 제조하되, 제1 실시예의 결합층(200)의 면밀도는 400g/㎡, 두께 2.7㎜로 제조되었다.
상기 제조된 부직포층(100)의 한쪽 표면을 160℃로 가열하여 표면의 얇은 두께 0.01㎜ 정도 용융하고, 용융된 부직포층(100)에 상기 제조된 제1 실시예의 결합층(200)을 적층하였다.
기재층(300)이 제조되어 뜨거운 상태일 때, 상기 적층된 부직포층(100)과 결합층(200)에서 결합층(200)이 기재층(300) 상부에 위치되도록 적층하고, 형성 프레스에서 1,800,000kgf/㎠의 가압력으로 냉각 성형하였고, 이후 냉각수조에서 워터 쿨링하였다. 이렇게 제조된 실시예 1이 후술된 표 1의 실시예 1이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 제조된 부직포층(100)과 결합층(200)의 사진이다.
<실시예 2> - 결합층을 제2 실시예를 적용한 경우
부직포층(100)은 실시예 1에서 제조된 것과 동일한 부직포층(100)을 사용하였다.
결합층(200)의 제2 실시예는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 칩을 용융시켜 녹인 원료 수지를 노즐의 끝에서 10데이어의 섬도로 직접 분출시켜 연속하여 긴 섬유를 얻어 스판본드 부직포의 결합층(200)을 제조하되, 제2 실시예의 결합층(200)의 면밀도 100g/㎡, 두께 2.5㎜로 제조하였다.
상기 제조된 부직포층(100)의 한쪽 표면을 160℃로 가열하여 표면의 얇은 두께 0.01㎜ 정도 용융하고, 용융된 부직포층(100)에 상기 제조된 제2 실시예인 스판본드 결합층(200)을 적층하였다.
기재층(300)이 제조되어 뜨거운 상태일 때, 상기 적층된 부직포층(100)과 결합층(200)에서 결합층(200)이 기재층(300) 상부에 위치되도록 적층하고, 형성 프레스에서 1,800,000kgf/㎠의 가압력으로 냉각 성형하였고, 이후 냉각수조에서 워터 쿨링하였다. 이렇게 제조된 실시예 2가 후술된 표 1의 실시예 2이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따라 제조된 부직포층(100)과 결합층(200)의 사진이다.
<실시예 3> - 결합층을 제3 실시예를 적용한 경우
부직포층(100)은 실시예 1에서 제조된 것과 동일한 부직포층(100)을 사용하였다.
결합층(200)의 제3 실시예는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 파우더를 상기 부직포층(100)에 분산도포하였다. 이 때 도포된 제3 실시예의 도포두께는 0.3㎜를 도포하였다.
상기 부직포층(100)에 도포된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 파우더를 170℃로 가열하여 파우더를 용융시켜 부직포층(100)과 결합한 후, 냉각롤러를 통과시켜 부직포층(100)과 결합층(200)의 두께를 일정하게 조절하는 공정을 거쳤다.
기재층(300)이 제조되어 뜨거운 상태일 때, 상기 적층된 부직포층(100)과 결합층(200)에서 결합층(200)이 기재층(300) 상부에 위치되도록 적층하고, 형성 프레스에서 1,800,000kgf/㎠의 가압력으로 냉각 성형하였고, 이후 냉각수조에서 워터 쿨링하였다. 이렇게 제조된 실시예 3이 후술된 표 1의 실시예 3이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따라 제조된 부직포층과 부직포층의 뒷면에 파우더 결합층이 적층된 사진이다.
상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예 1 내지 3은 종래 기술에 의해 제조된 비교예에 비하여 인장강도, 신율, 인열강도 등 모든 물성이 향상되었음을 알 수 있다.
특히 성형 프레스과정에서 터지는 문제인 신율과 인장강도, 인열강도가 크게 향상되어, 터지는 문제를 해결하였을 뿐만 아니라, 종래 기술에 비하여 5 내지 30배 큰 가압력인 1,500,000 ~ 2,000,000kgf/㎠으로 성형함으로써, 차량 시트백 부직포의 강성을 높이는 효과를 갖을 수 있었다.
본 발명의 구현예들에 대해 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (10)
- 두께 0.05 ~ 0.08㎜의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유로 이루어진 부직포층(100);
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유 80 ~ 90중량부와 저융점(LM) 섬유 10 ~ 20중량부가 혼합된 니들 고밀도 부직포(212), 폴리프로필렌(PP) 스판본드 부직포(221) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 스판본드 부직포(222)로 이루어진 결합층(200);
상기 결합층(200)은 두께 2 ~ 3㎜이고,
장섬유 강화 열가소성수지(LFT; Long Fiber reinforced Thermoplastics) 매트층(301), 유리섬유강화복합소재(GMT; Glsss Mat reinforced Thermoplastics) 매트층(302), 또는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP; Carbon Fiber reinforced Plastics) 매트층(303)으로 이루어진 기재층(300);의 순서로 적층된 것을 특징으로 하는 차량 시트백 인몰드용 부직포. - 삭제
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- 두께 0.05 ~ 0.08㎜의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유로 이루어진 부직포층(100)을 제조하는 부직포층 제조단계(S1);
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유와 저융점(LM) 섬유가 혼합된 니들 고밀도 부직포(212) 또는 폴리프로필렌(PP) 스판본드 부직포(221) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 스판본드 부직포(222)로 이루어진 결합층(200)을 2 ~ 3㎜의 두께로 제조하는 결합층 제조단계(S2);
장섬유 강화 열가소성수지(LFT; Long Fiber reinforced Thermoplastics) 매트층(301), 유리섬유강화복합소재(GMT; Glsss Mat reinforced Thermoplastics) 매트층(302) 또는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP; Carbon Fiber reinforced Plastics) 매트층(303)을 제조하는 기재층 제조단계(S3);
상기 부직포층 제조단계(S1)에서 제조된 부직포층(100)의 일면에 결합층 제조단계(S2)에서 제조된 결합층(200)을 적층하는 부직포층과 결합층의 적층단계(S4);
상기 기재층 제조단계(S3)에서 제조된 기재층(300)의 상부에 부직포층과 결합층 적층단계(S4)에서 적층된 적층체에서 결합층(200)이 기재층의 상부에 적층되는 적층단계(S5);
상기 부직포층과, 결합층, 기재층 순의 적층단계(S5); 이후 성형 프레스에 의하여 부직포를 성형하는 성형 프레스 단계(S6);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량 시트백 인몰드용 부직포의 제조방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 성형 프레스 단계(S6);이후에 워터 쿨링단계(S7);가 추가되는 것을 특징으로 하는 차량 시트백 인몰드용 부직포의 제조방법. - 제 6항에 있어서,
부직포층 제조단계(S1);는
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유를 카딩(Carding)한 후 1차 니들펀칭하는 제1니들펀칭단계(S1-1);
상기 제1니들펀칭단계(S1-1)와는 반대방향으로 니들펀칭하는 제2니들펀칭단계(S1-2);
상기 제2니들펀칭단계(S1-2)이후 제1니들펀칭단계(S1-1)의 니들펀칭과 동일한 방향으로 니들펀칭하는 제3니들펀칭단계(S1-3);
상기 제3니들펀칭단계(S1-3)이후 제2니들펀칭과 동일한 방향으로 니들펀칭하는 제4니들펀칭단계(S1-4);로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량 시트백 인몰드용 부직포의 제조방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 부직포층과 결합층 적층단계(S4);이전에
상기 부직포층의 일면을 가열하여 부직포층의 표면을 용융시켜 결합층을 적층하는 것을 특징으로 하는 차량 시트백 인몰드용 부직포의 제조방법. - 삭제
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