KR102074165B1 - 자동차용 내장소재 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

자동차용 내장소재 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

자동차용 내장소재를 개시한다. 자동차용 내장소재는 47~86% 중량의 식물성 마 섬유, 7~29% 중량의 열가소성 플라스틱 섬유, 그리고 5~33%의 상기 바인더를 포함한다.

Description

자동차용 내장소재 및 이를 제조하는 방법{Interior materials for automobile and the method of manufacturing the interior materials}
본 발명은 자동차용 내장소재 및 이를 제조하는 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 강성 및 경량성이 좋은 자동차용 내장소재로 사용되는 자동차용 내장소재 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
현재 연비향상과 맞물려서 자동차의 경량화를 위한 첨단 소재기술 개발이 가속화되고 있으며 기계적 성능은 물론 소비자가 요구하는 고도의 품질, 친환경이라는 새로운 가치, 인간이 느낄 수 있는 최대의 감성품질과 기능성 특성을 부여하기 위한 고분자 재료를 이용한 자동차 내·외장 소재에 대한 개발필요성이 더욱 증대되고 있다.
다양한 자동차 내·외장 소재 중 헤드라이너(천정재)는 자동차의 차체 판넬을 통해 전해지는 소음과 진동 그리고 자동차 실내에서 생긴 소음을 흡수하고 자동차 내부에 외관 상품성 및 편의장치를 제공하며 충돌 사고가 발생하면 탑승객의 머리 손상을 방지하기 위해 장착되며. 외부로부터의 온도 변화에 대한 단열재 구실도 겸하는 역할을 한다.
기존의 헤드라이너의 제조는 Glass fiber(유리섬유)를 적용함에 따라 제조 공정 중 조건제어의 어려움 및 작업환경 저하, 폐기물 발생에 따른 환경유해 요소들이 발생되므로, 개선이 시급한 실정이다.
이에 따라 기존의 Glass Fiber(유리섬유)를 대체하고, 열가소성 소재인 PP Fiber, 발포제 등을 없앤 친환경적인 공법 및 소재 제조 공법이 요구된다.
본 발명은 친환경 소재의 차량용 내장소재 및 이의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 높은 강도를 갖는 차량용 내장소재 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 자동차용 내장소재는 47~86% 중량의 식물성 마 섬유, 7~29% 중량의 열가소성 플라스틱 섬유, 그리고 5~33%의 상기 바인더를 포함한다.
또한, 상기 식물성 마 섬유는 마, 아마(flax), 대마(hemp), 황마(jute), 케나프(kenaf) 중에서 적어도 어느 하나가 선택될 수 있다.
또한, 상기 열가소성 플라스틱 섬유는 PSF(Polyester Staple Fiber)일 수 있다.
또한, 상기 바인더는 물, 폴리올, 점증제 및 가교제를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 자동차용 내장소재 제조방법은 70~90% 중량의 식물성 마 섬유와 10~30% 중량의 열가소성 플라스틱 섬유를 혼합하여 혼합 원료를 제조하는 혼합 원료 제조 단계; 상기 혼합 원료를 카딩기를 통과시켜 웹을 제조하는 카딩 단계; 상기 웹을 적층하여 기 설정된 두께의 제1섬유 성형체를 제조하는 제1섬유 성형체 제조 단계; 상기 제1섬유 성형체를 니들 펀칭하여 제2섬유 성형체를 제조하는 제2섬유 성형체 제조 단계; 상기 제2섬유 성형체를 바인더에 함침하고, 상기 바인더가 함침된 상기 제2섬유 성형체를 롤러를 통과시켜 제3섬유 성형체를 제조하는 제3섬유 성형체 제조 단계; 및 상기 제3섬유 성형체를 건조하는 건조 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3섬유 성형체 제조 단계는 기포가 함유된 바인더에 상기 제2섬유 성형체를 함침할 수 있다.
또한, 상기 제1섬유 성형체 제조 단계는, 상기 웹을 복수 회 적층하여 소정 두께로 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3섬유 성형체 제조 단계 전, 상기 제2섬유 성형체를 내부에 증기가 발생되는 하우징 내에 제공하고, 기 설정된 시간 동안 상기 제2섬유 성형체를 상기 증기에 노출시키는 증기 공급 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 차량용 내장소재는 식물성 마 섬유의 사용으로 친환경적이다.
또한, 본 발명에 따라 제조된 차량용 내장소재는 기존 차량용 내장소재 대비 중량이 약 10% 감소될 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 제조된 차량용 내장소재는 바인더가 균일하게 침투되어 높은 강도를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 내장소재의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 도 1의 차량용 내장소재의 제조 방법에 따른 공정 순서를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제3섬유 성형체 제조 단계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 제3섬유 성형체 제조 단계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 내장소재의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 도 5의 증기 공급 단계를 나타나는 공정이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 내장소재의 제조 방법을 나타내는 순서도이고, 도 2는 도 1의 차량용 내장소재의 제조 방법에 따른 공정 순서를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 차량용 내장소재의 제조 방법은 혼합 원료 제조 단계(S10), 카딩 단계(S20), 제1섬유 성형체 제조 단계(S30), 제2섬유 성형체 제조 단계(S40), 제3섬유 성형체 제조 단계(S50), 건조 단계(S60), 그리고 제4섬유 성형체 제조 단계(S70)를 포함한다.
혼합 원료 제조 단계(S10)는 개별 계량 호퍼(11, 12)를 통해 식물성 마 섬유와 열가소성 플라스틱 섬유를 기 설정된 중량으로 각각 공급되고, 믹싱 호퍼(20)를 통해 식물성 마 섬유와 열가소성 플라스틱 섬유를 혼합하여 혼합 원료를 제조한다. 실시 예에 의하면, 혼합 원료 제조 단계(S10)는 70~90% 중량의 식물성 마 섬유와 10~30% 중량의 열가소성 플라스틱 섬유를 혼합하여 혼합 원료를 제조한다.
식물성 마 섬유는 마, 아마(flax), 대마(hemp), 황마(jute), 케나프(kenaf) 중에서 선택될 수 있으며, 열가소성 플라스틱 섬유는 PSF(Polyester Staple Fiber)가 사용된다.
카딩 단계(S20)는 혼합 원료를 카딩기(30)에 공급하고, 카딩기(30)를 통과시켜 웹을 제조한다. 웹은 꼬임 없는 상기 혼합 원료의 집합체로, 식물성 마 섬유와 열가소성 플라스틱 섬유가 일축 방향으로 배열된다. 웹은 소정 면적을 갖는다.
제1섬유 성형체 제조 단계(S30)는 상기 웹을 복수 회 적층하여 기 설정된 두께의 제1섬유 성형체로 제조한다. 웹(S)은 균일한 밀도로 적층될 수 있다. 실시 예에 의하면, 제조된 제1섬유 성형체는 300~2,000g/m2의 면밀도를 가질 수 있다.
제2섬유 성형체 제조 단계(S40)는 제1섬유 성형체를 니들 펀칭기(50)로 니들 펀칭하여 제2섬유 성형체를 제조한다.
제3섬유 성형체 제조 단계(S50)는 제2섬유 성형체를 기포가 함유된 바인더에 함침하고, 바인더가 함침된 제2섬유 성형체를 롤러를 통과시켜 제3섬유 성형체를 제조한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제3섬유 성형체 제조 단계를 나타내는 도면으로, 제1하우징(60) 내에 바인더(61)가 소정 용량으로 저장되고, 기포 발생기(62)에서 발생된 기포가 바인더(61) 내에 머무른다. 제2섬유 성형체(120)를 상기 기포를 함유한 바인더(B)에 함침하고, 바인더(B)가 함침된 제2섬유 성형체(121)를 롤러(64)로 통과시켜 소정 두께로 압착하여 제3섬유 성형체를 제조한다. 제3섬유 성형체 제조 단계는, 바인더 내의 기포 발생 제어로 바인더의 비중, 점도 제어, 그리고 바인더의 고형분 함량 제어가 가능하다. 실시 예에 의하면, 바인더(61)는 수분산 바인더가 사용된다. 상기 수분산 바인더(61)는 물, 폴리올 및 점증제 및 가교제로 구성되며, 폴리올(polyol)은 글리세린, 디프로필렌글리콜(Dipropylene Glycol), 소르비톨 용액(Sorbitol solvent), 글리세롤(Glycerol), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 프로필렌글리콜(Propylene Glycol) 및 1,3-부틸렌글리콜(1,3-Butylene Glycol), 에폭시기를 포함한 아크릴레이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 점증제는 켈트롤에프(Keltrol-F), 벤토나이트(Bentonite), 하이드록시에틸셀룰로오스(Hydroxy Ethyl Cellulose), 잔탄검(Xanthan Gum) 및 카르복실메틸셀룰로오스(Carboxyl Methyl Cellulose)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 또한, 스티렌부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌러버, 카르복시메틸셀룰로즈(CMC), 및 하이드록시프로필메틸셀룰로즈, 폴리비닐알코올, 히드록시프로필셀룰로오스, 디아세틸셀룰로오스에서 선택되는 하나 또는 이들의 2 이상의 조합인 것을 사용할 수 있다. 그리고 가교제는 폴리이소시아네이트가 사용될 수 있다.
바인더(61)는 기포의 함유로, 제2섬유 성형체(120)에 함침되는 바인더(61)의 점도가 효과적으로 조절될 수 있다. 바인더(61)가 함침된 제2섬유 성형체(121)에서 바인더(61)는 5~50%중량을 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 제3섬유 성형체 제조 단계를 나타내는 도면으로, 제3섬유 성형체 제조 단계는 기포 발생기(62)를 통해 바인더(61) 내에 기포를 발생시킨다. 기포가 발생된 바인더(61)는 바인더 공급 라인(63)과 그 끝단에 연결된 노즐(미도시)을 통해 한 쌍의 롤러(64) 사이에 공급된다. 노즐은 롤러(64)에 상응하는 길이를 가지고, 롤러(64)의 상부에서 롤러(64)와 나란하게 배치되며, 롤러(64)들 사이공간으로 기포가 발생된 바인더(61a)를 공급한다. 기포가 발생된 바인더(61a)가 공급되는 동안, 제2섬유 성형체(120)를 롤러(64) 사이로 통과시킨다. 제2섬유 성형체(120)가 롤러(64)사이를 통과하면서 롤러(64)의 압력에 의해 기포가 발생된 바인더(61a)가 제2섬유 성형체(120) 내로 함침되고, 소정 두께로 압착되어 제3섬유 성형체를 형성한다. 본 실시 예에서는 도 4의 실시 예와 달리, 제2섬유 성형체(120)가 수직 방향으로 롤러(64)에 공급된다. 이에 의해 한 쌍의 롤러(64) 사이로 기포가 함유된 바인더(61a)의 공급이 가능하고, 롤러(64)에 의해 제2섬유 성형체(120) 내에 바인더의 함침 및 제2섬유 성형체(120)의 압착이 동시에 진행될 수 있다.
또한, 제3섬유 성형체 제조 단계는 상기 바인더에 안료를 혼합할 수 있다. 안료의 혼합으로 제3섬유 성형체를 다양한 색상으로 제조할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 건조 단계(S60)는 제3섬유 성형체를 건조한다. 건조 단계는 건조기(70)에서 제3섬유 성형체를 120~180도 온도 분위기에서 기 설정된 시간 동안 건조한다. 실시 예에 의하면, 건조 단계(S60)는 1~4분 동안 제3섬유 성형체를 건조할 수 있다. 건조 단계(S60)는 열풍순환방식 또는 마이크로 웨이브 오븐 방식으로 제3섬유 성형체를 건조할 수 있다.
제4섬유 성형체를 제조하는 단계(S70)는 건조된 제3섬유 성형체를 재단기(80)에서 기 설정된 규격으로 재단한다.
상술한 과정에 의해 제조된 제4섬유 성형체는 47~86% 중량의 상기 식물성 마 섬유, 7~29% 중량의 상기 열가소성 플라스틱 섬유, 그리고 5~33%의 상기 바인더를 포함한다.
상술한 제4섬유 성형체는 기존의 방법으로 제조된 차량용 내장소재와 비교할 때 면적당 약 10% 절감된 중량을 갖는다. 또한 상기 제4섬유 성형체는 물성 마 섬유, 열가소성 플라스틱 섬유, 그리고 바인더가 혼합되어 단일의 층을 형성한다. 또한, 상기 제4섬유 성형체는 기존의 차량용 내장소재와 비교할 때 우수한 흡음 성능을 갖는다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 내장소재의 제조 방법을 나타내는 순서도이고, 도 6은 도 5의 증기 공급 단계를 나타나는 공정이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 차량용 내장소재의 제조 방법은 증기 공급 단계(S45)를 더 포함한다.
증기 공급 단계(S45)는 제2섬유 성형체 제조 단계(S40)와 제3섬유 성형체 제조 단계(S50) 사이에 진행되며, 제2섬유 성형체(120)에 증기를 공급한다. 구체적으로, 제2하우징(90) 내부에 제2섬유 성형체(120)를 위치하고, 증기(92)를 발생시켜 제2섬유 성형체(120)에 공급한다. 증기 공급은 소정 시간 동안 진행될 수 있다. 실시 예에 의하면, 증기(92)는 2~5분 동안 진행될 수 있다. 증기(92)의 공급으로 제2섬유 성형체(120)를 이루는 식물성 마 섬유와 열가소성 플라스틱 섬유의 표면에는 증기(92)가 흡착된다. 증기(82)의 흡착으로 식물성 마 섬유와 열가소성 플라스틱 섬유의 표면은 높은 친수성을 갖는다. 이로 인해, 제3섬유 성형체 제조 단계(S50)에서 수분성 바인더(61)가 식물성 마 섬유와 열가소성 플라스틱 섬유의 표면 및 이들의 사이공간에 균일하게 침투 및 흡착될 수 있다. 수분성 바인더(61)의 균일한 흡착은 제4섬유 성형체의 강도를 향상시킨다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
11, 12: 계량 호퍼
20: 믹싱 호퍼
30: 카딩기
40: 랩핑 구조물
50: 니들 펀칭기
60: 제1하우징
61: 바인더
70: 건조기
80: 재단기
90: 제2하우징

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 70~90% 중량의 식물성 마 섬유와 10~30% 중량의 열가소성 플라스틱 섬유를 혼합하여 혼합 원료를 제조하는 혼합 원료 제조 단계;
    상기 혼합 원료를 카딩기를 통과시켜 웹을 제조하는 카딩 단계;
    상기 웹을 적층하여 기 설정된 두께의 제1섬유 성형체를 제조하는 제1섬유 성형체 제조 단계;
    상기 제1섬유 성형체를 니들 펀칭하여 제2섬유 성형체를 제조하는 제2섬유 성형체 제조 단계;
    상기 제2섬유 성형체를 내부에 증기가 발생되는 하우징 내에 제공하고, 기 설정된 시간 동안 상기 제2섬유 성형체를 증기에 노출시켜, 증기의 흡착으로 상기 식물성 마 섬유와 상기 열가소성 플라스틱 섬유의 표면의 친수성을 증가시키는 증기 공급 단계;
    기포 발생기를 통해 바인더 내에 기포를 발생시킨 후, 바인더 공급 라인과 상기 바인더 공급 라인의 끝단에 연결된 노즐을 통해 한 쌍의 롤러 사이에 기포가 발생된 상기 바인더를 공급하되, 상기 노즐을 상기 롤러에 상응하는 길이를 가지고, 상기 롤러의 상부에서 상기 롤러와 나란하게 배치되고, 기포가 발생된 상기 바인더가 공급되는 동안 상기 제2섬유 성형체를 상기 롤러 사이로 통과시켜 상기 롤러의 압력에 의해 상기 바인더를 상기 제2섬유 성형체 내로 함침시켜 제3섬유 성형체를 제조하는 제3섬유 성형체 제조 단계; 및
    상기 제3섬유 성형체를 건조하는 건조 단계를 포함하되,
    상기 바인더는 물, 폴리올, 점증제 및 가교제를 포함여 수분산 바인더로 제공되는 자동차용 내장소재 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
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