KR102076421B1 - 자동차 러기지트림용 친환경 복합재료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절단된 아마섬유 또는 양마섬유를 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 분산액에 함침한 후 탈수 건조과정을 거치고 타면기에서 분섬과정을 한 후 폴리프로필렌섬유들을 함께 혼합하여 웹을 형성한 후, 니들펀칭하여 혼합부직포를 만든후 가열하여 열압착하는 친환경적인 자동차 러기지트림용 복합재료의 제조방법에 관한 것이다.

Description

자동차 러기지트림용 친환경 복합재료의 제조방법{Process of Producing Eco―Friendly Composite Materials For Automobile Ruggage Trim}

본 발명은 절단된 양마(kneaf),아마섬유(flax)섬유를 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 분산액에 함침한 후 탈수 건조과정을 거치고 타면기에서 분섬과정을 한 후 폴리프로필렌섬유들을 함께 혼합하여 웹을 형성한 후, 니들펀칭하여 혼합부직포를 만든후 가열하여 열압착하는 친환경적인 자동차 러기지트림용 복합재료의 제조방법에 관한 것이다.

자동차에 대한 환경규제 강화로 자동차 경량화 및 친환경 소재 적용확대, 경량화 및 고강도를 목표로 금속을 대체하는 물질로서 고분자 복합재료의 사용이 급증하는 추세이다.

지금까지 자동차 내장재용 복합소재로는 폴리프로필렌(polypropylene) 또는 열가소성 올레핀(TPO, thermoplastic olefin) 등과 같은 고분자 물질에 보강소재로서 유리섬유, 탄소섬유 등으로 강화시킨 복합재료가 다양한 용도에 사용되어지고 있다. 그러나 사용되는 복합소재의 보강재는 현재 유리섬유가 대부분이며, 유리섬유가 가격대비 성능이 뛰어난 장점이 있으나 자동차의 폐기시 리사이클 효율의 저하와 함께 환경 문제를 야기하므로 이의 대체 재질에 대한 요구가 있어 왔다.

천연섬유는 식물성, 동물성, 미네랄 섬유로 분류되고 열가소성 수지나 열 경화성 수지의 복합 보강제로 적용되어 왔으며, 식물성 섬유는 자연으로부터 재생가능하고, 생성과 소모가 균형을 유지할 수 있도록 지속적인 공급과 수요의 시스템이 유지될 수 있다는 점에서, 보강 재료의 상용화에 유용한 재질로 주목받고 있다.

이러한 식물성 섬유는 특히 합성 섬유에 비해서 생분해성과 차음 성능이 우수하고, 경량인 특징이 있지만, 상대적으로 강도가 취약하고 흡수된 수분에 의해 가수분해가 될수 있어 내습성이 약하다는 문제가 있어 왔다. 또한, 폴리프로필렌과 같은 합성섬유와의 혼합시 계면접착력이 약하여 제조하는 복합재료의 강도가 약한 문제점이 있었다.

대한민국공개특허제10-2016-0136981호(2016년11월30일 공개)

그러므로 본 발명에 의하면 양마(kneaf),아마섬유(flax)를 사용함으로써 복합재료의 강도를 향상시키면서 혼합되는 폴리프로필렌섬유와의 계면결합력을 향상시킴으로써 인장강도와 굴곡강도를 향상시켜 고강도의 자동차용 내장재를 제조하는 것을 기술적과제로 한다.

그러므로 본 발명에 의하면, 8~10cm로 절단된 양마섬유 또는 아마섬유를 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 분산액에 함침, 건조하여 분섬과정을 거친 후, 5~10㎝로 절단된 폴리프로필렌섬유들을 함께 혼합하여 혼섬하고 개섬하여 웹을 형성한 후, 니들펀칭하여 혼합부직포를 준비하는 단계 및

상기 혼합부직포를 가열하여 열압착시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 러기지트림용 친환경 복합재료의 제조방법이 제공된다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 자동차 러기지트림용 친환경 복합재료의 제조방법은 절단된 양마섬유 또는 아마섬유를 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 분산액에 함침한 후 탈수 건조과정을 거치고 타면기에서 분섬과정을 한 후 폴리프로필렌섬유들을 함께 혼합하여 웹을 형성한 후, 니들펀칭하여 혼합부직포를 만든후 가열하여 열압착하는 방법에 관한 것으로서 양마섬유 또는 아마섬유와 폴리프로필렌섬유간의 계면접착력을 향상시켜 인장강도, 굴곡강도가 우수한 친환경적인 자동차 러기지트림용 복합재료의 제조방법이다.

본 발명의 자동차 러기지트림용 복합재료의 제조방법은 크게 혼합부직포의 제조단계와 열접착단계로 이루어진다.

혼합부직포의 제조단계는 다음과 같은데, 우선, 양마섬유 또는 아마섬유를 8~10㎝의 길이로 절단하여 준비한다. 아마섬유는 인장강도가 최대 1500Mpa정도로 다른 천연섬유에 비교하여 강도가 우수하여 부직포제조시 강도가 우수하다. 양마섬유는 인장강도가 최대 900Mpa정도로 아마 섬유에 비해 강도는 부족하지만 자동차 내장재 제품 활용에서는 충분하며 가격적으로 경쟁력을 가지고 있다.

절단된 상기 양마섬유 또는 아마섬유에 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 분산액을 함침하여 탈수 후 건조기에서 건조과정을 거치게 하여 혼합부직포의 다른 구성성분인 폴리프로필렌섬유와 양마섬유 또는 아마섬유의 계면 접착력을 향상시킨다.

상기 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 분산액은 물에 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌이 0.3~1중량% 분산된 것이 바람직하다. 상기 수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 분산액은 수용성 에멀전 형태로서 친환경적인 것이 특징이다.

상기 양마섬유 또는 아마섬유와 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 분산액의 중량비는 습도 13~15% 조건일 때 1:5인 것이 바람직하다.

이후 상기 조건으로 함침, 탈수 과정을 거쳐 탈수 후 마이크로파 건조기로 건조하여 코팅 양마섬유 또는 아마섬유를 준비하고 코팅과정으로 뭉쳐있는 섬유를 타면기를 통하여 분섬하여 준비한다.

이후 상기 양마섬유 또는 아마섬유를 폴리프로필렌 섬유와 중량비 5:5의 비율로 혼섬하여 카딩, 니들펀칭 과정을 통해 혼합부직포를 제조한다. 상기 혼합부직포의 다른 구성섬유로는 폴리프로필렌섬유를 사용하는데, 폴리프로필렌섬유는 5~10㎝로 절단하여 상기 양마섬유 또는 아마섬유와 혼섬시 혼합을 용이하게 하고 니들펀칭에 의해 부직포 형태로 만들어진다. 이후 상기 혼합부직포를 200~210℃로 예열 된 프레스에서 약 50초간 50kgf/㎠에 열압착시키는 단계를 행하여 보드형태로 제조한다.

이후 LUGGAGE TRIM 시작금형을 활용하여 20~30℃에서 약 40초간 50kgf/㎠에 성형 단계를 행하여 본 발명의 자동차 러기지트림용 친환경 복합재료를 제조하게 된다.

그러므로 본 발명에 의하면, 양마섬유 또는 아마섬유를 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 분산액을 코팅하여 사용함으로써 폴리프로필렌 섬유와의 계면결합력이 좋아져 인장강도와 굴곡강도가 상승하여 고강도의 부품개발이 가능해지며 기존의 요구되는 강도에 맞춘다면 섬유의 중량을 줄일 수 있어 부품의 경량화효과가 있다.

도 1은 본 발명의 자동차 러기지트림용 친환경 복합재료를 제조하는데 사용된 실시예 1의 코팅아마섬유의 표면현미경사진이며,
도 2는 비교예 1의 비코팅 케나프섬유의 표면현미경사진이며,
도 3은 본 발명의 자동차 러기지트림용 친환경 복합재료를 제조공정의 중간제품인 보드의 표면사진이며,
도 4는 본 발명의 자동차 러기지트림용 친환경 복합재료의 사진이다.

다음의 실시예에서는 본 발명의 자동차 러기지트림용 친환경 복합재료를 제조하는 비한정적인 예시를 하고 있다.

[실시예 1]

아마섬유를 8㎝의 길이로 절단하고 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌이 0.31중량% 물에 분산된 분산액에 절단된 상기 아마섬유를 5분간 함침시켜 3분간 탈수 후 건조기에서 9분간 건조하여 코팅 아마섬유를 준비하고 코팅과정으로 뭉쳐있는 아마섬유를 타면기를 통하여 분섬한다.

따로이 폴리프로필렌섬유를 5~10㎝로 절단하여 상기 코팅된 아마섬유와 중량비 5:5 비율로 혼섬하여 카딩, 니들펀칭 과정을 통해 혼합부직포를 제조한다. 이후 상기 혼합부직포를 210℃로 예열 된 프레스에서 약 50초간 50kgf/㎠에 열압착시키는 단계를 행하여 보드형태로 만든후, LUGGAGE TRIM 시작금형을 활용하여 20℃에서 약 40초간 50kgf/㎠에 성형 단계를 행하여 본 발명의 자동차 러기지트림용 친환경 복합재료를 제조하였다.

[실시예 2]

상기 실시예 1의 사용된 아마섬유를 양마섬유로 대체하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.

[비교예 1]

실시예 1에서 상기 코팅된 아마섬유 대신에 코팅처리 없는 일반 아마섬유를 사용하고 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌이 0.31중량% 물에 분산된 분산액에 함침하지 않고 그대로 폴리프로필렌섬유와 혼섬하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 복합재료를 제조하였다.

[비교예 2]

실시예 2에서 상기 코팅된 양마섬유 대신에 코팅처리 없는 일반 양마(kenaf)로 대체하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 제조하였다.

제조된 실시예들과 비교예들의 물성을 시험하여 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.

평가항목			단위	실시예1	비교예 1	강도차이
1.인장강도	상태	MD	MPa	37.1	25.1	48%
		AMD	MPa	20.6	16.4	26%
	내습	MD	MPa	34.8	20.1	73%
		AMD	MPa	20.9	12.3	70%
2.굴곡강도	상태	MD	MPa	39.2	10.1	288%
		AMD	MPa	28.1	8.7	223%
	내습	MD	MPa	23.9	9.6	149%
		AMD	MPa	19	7.1	168%
3.냄새			급	3급	3급	변화없음

평가항목			단위	실시예2	비교예 2	강도차이
1.인장강도	상태	MD	MPa	41.4	18.8	120%
		AMD	MPa	34.6	12.8	170%
	내습	MD	MPa	40.8	15.6	162%
		AMD	MPa	36.4	11.8	208%
2.굴곡강도	상태	MD	MPa	32	14.2	125%
		AMD	MPa	29.6	10	196%
	내습	MD	MPa	28	5.8	141%
		AMD	MPa	28.2	5	182%
3.냄새			급	3급	3급	변화없음

Claims (3)

1. 8~10cm로 절단된 아마섬유 또는 양마섬유를 물 용매상에서 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌이 0.3~1중량%로 함유된 분산액에 함침, 탈수, 건조 시킨 후 분섬과정을 거쳐 준비, 5~10㎝로 절단된 폴리프로필렌섬유들과 함께 혼합하여 혼섬하고 개섬하여 웹을 형성한 후, 니들펀칭하여 혼합부직포를 준비하는 단계 및상기 혼합부직포를 가열하여 열접착시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 러기지트림용 친환경 복합재료의 제조방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 아마섬유 또는 양마섬유와 폴리프로필렌섬유의 중량비는 5:5인 것을 특징으로 하는 자동차 러기지트림용 친환경 복합재료의 제조방법.

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