KR102171526B1 - 재활용이 용이한 자동차용 헤드라이너 기재 및 그 제조방법 - Google Patents

재활용이 용이한 자동차용 헤드라이너 기재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차용 헤드라이너 기재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전체 소재를 범용수지인 폴리프로필렌 수지로 통일함으로써 폐차 시 재활용이 매우 용이하고, 제품구조와 제조공정이 간단하여 제조비용이 저렴할 뿐 아니라 종래에 헤드라이너 소재로 널리 사용되던 열경화성 폼 소재, 즉 페놀수지 폼이나 폴리우레탄 폼을 사용하지 않고, 열가소성수지인 무가교 폴리프로필렌 폼을 적용함으로써, 제조공정이 단순하면서도 흡음성, 단열성, 내열성, 환경친화성, 재활용성 및 경량화를 실현할 수 있는 자동차용 헤드라이너 소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

재활용이 용이한 자동차용 헤드라이너 기재 및 그 제조방법{A recyclable automobile headliner and method for manufacturing the same}
본 발명은 자동차용 헤드라이너 기재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전체 소재를 범용수지인 폴리프로필렌 수지로 통일함으로써 폐차 시 재활용이 매우 용이하고, 제품구조와 제조공정이 간단하여 제조비용이 저렴할 뿐 아니라 종래에 헤드라이너 소재로 널리 사용되던 열경화성 폼 소재, 즉 페놀수지 폼이나 폴리우레탄 폼을 사용하지 않고, 열가소성수지인 무가교 폴리프로필렌 폼을 적용함으로써, 제조공정이 단순하면서도 흡음성, 단열성, 내열성, 환경친화성, 재활용성 및 경량화를 실현할 수 있는 자동차용 헤드라이너 소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차의 실내 천정에 장착되는 마감재인 헤드라이너의 기재로는 레진펠트(resin felt), 골판지, 페이퍼보드(paper board), 폴리우레탄 발포체 등이 있다.
레진펠트와 페이퍼보드는 페놀수지를 함침시켜 제조하는데, 상기 페놀수지는 페놀류와 알데히드류의 축합반응에 의하여 생성되는 열경화성 수지의 일종으로, 페놀수지의 소각 시 페놀, 알데히드 등의 유독성 가스가 배출되는 문제점이 있다.
폴리우레탄 발포체는 단열성 및 경량성은 우수하지만, 재활용이 불가능하고 내충격성, 내구성 및 내후성이 낮은 단점을 가지고 있다.
종래의 자동차 내장용 헤드라이너 기재는 제조공정이 복잡하여 단가가 높고, 재활용이 어려우며, 인체 및 환경에 유해하다는 현실적인 문제점을 가지고 있다.
따라서 제조공정이 단순하면서도 흡음성, 단열성, 내열성, 환경친화성, 재활용성 및 경량화를 실현할 수 있는 자동차용 헤드라이너 소재의 개발이 절실히 요구되고 있다.
한국등록특허 제10-1345644호(2013.12.20.)
종래의 자동차 헤드라이너 기재는 복잡한 구조와 공정 때문에 가격이 비싸고, 이종소재가 혼합 사용되어 재활용이 불가능하며, 열경화성 페놀수지 또는 폴리우레탄폼 소재가 사용되어 환경문제를 유발하였다.
최근 쓰레기 또는 폐기물 처리문제가 부각되면서 자동차 제조업체는 폐차 시의 부품 재활용 가능성을 더욱 신중하게 고려하여 부품을 선택하고 있다. 부품의 재활용 가능성 관점에서 가장 중요한 고려사항은 부품 전체에 동일소재를 사용해야 하고, 그 소재가 열에 의해서 용융되는 열가소성 수지인 것이 바람직하다.
본 발명은 전체 소재를 폴리프로필렌 수지로 통일함으로써 폐차 시 재활용이 매우 용이하고, 제품구조와 제조공정이 간단하여 제조비용이 저렴할 뿐 아니라 종래에 헤드라이너 소재로 널리 사용되던 페놀수지 폼이나 폴리우레탄 폼을 사용하지 않고 열가소성수지인 무가교 폴리프로필렌 발포층을 사용함으로써, 제조공정이 단순하면서도 흡음성, 단열성, 내열성, 환경친화성, 재활용성 및 경량화를 실현할 수 있는 자동차용 헤드라이너 소재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 폴리프로필렌 부직포층; 단섬유가 분산된 폴리프로필렌 접착층; 무가교 폴리프로필렌 발포층; 단섬유가 분산된 폴리프로필렌 접착층; 및 폴리프로필렌 부직포층이 순차적으로 적층된 다층구조를 갖는 자동차용 헤드라이너 기재를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 자동차용 헤드라이너 기재의 면중량은 600~1,500g/m2 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 자동차용 헤드라이너 기재는 전체 소재가 폴리프로필렌 수지로 구성되어 전체로 분쇄하여 재활용이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 무가교 폴리프로필렌 발포층의 두께는 3~10mm 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 무가교 폴리프로필렌 발포층의 밀도는 60~600kg/m3 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 무가교 폴리프로필렌 발포층의 독립 기포율은 80% 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 폴리프로필렌 부직포층의 면중량은 30~300g/m2 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 폴리프로필렌 접착층의 두께는 20~2,000㎛ 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 폴리프로필렌 접착층에 분산된 단섬유는 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드섬유에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 폴리프로필렌 접착층에 분산된 단섬유의 길이는 1~15mm 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 폴리프로필렌 접착층에 분산된 단섬유의 함량은 폴리프로필렌 수지 100중량부에 대하여 1~40중량부인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 무가교 폴리프로필렌 발포층은 고용융강도 폴리프로필렌 수지 20~90중량부 및 일반 폴리프로필렌 수지 10~80중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 자동차용 헤드라이너 기재의 치수안정성은 하기 조건 1을 만족하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112020079643522-pat00001
(Lt0 은 내광성 시험 전의 치수를 나타내고, Lt1 은 내광성 시험 후의 치수를 나타낸다)
또한 본 발명은 전체 소재가 폴리프로필렌 수지로 구성되어 전체로 분쇄하여 재활용이 가능한 자동차용 헤드라이너 기재의 제조방법에 있어서,
고용융강도 폴리프로필렌 수지, 일반 폴리프로필렌 수지, 발포제 및 기핵제를 포함하는 조성물을 압출하여 무가교 폴리프로필렌 발포층을 제조하는 단계;
상기 무가교 폴리프로필렌 발포층의 한 면에 단섬유가 분산된 폴리프로필렌 접착층 및 폴리프로필렌 부직포층을 순차적으로 형성하는 단계; 및
상기 무가교 폴리프로필렌 발포층의 다른 면에 단섬유가 분산된 폴리프로필렌 접착층 및 폴리프로필렌 부직포층을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 헤드라이너 기재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 발포제는 질소, 이산화탄소, 프레온, 부탄, 펜탄, 네오펜탄, 헥산, 이소헥산, 헵탄, 이소헵탄 및 메틸클로라이드에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전체 소재를 폴리프로필렌 수지로 통일함으로써 폐차 시 재활용이 매우 용이하고, 제품구조와 제조공정이 간단하여 제조비용이 저렴할 뿐 아니라 종래에 헤드라이너 소재로 널리 사용되던 페놀수지 폼이나 폴리우레탄 폼을 사용하지 않고 열가소성수지인 폴리프로필렌 발포층을 사용함으로써, 제조공정이 단순하면서도 흡음성, 단열성, 내열성, 환경친화성, 재활용성 및 경량화를 실현할 수 있는 자동차용 헤드라이너 소재를 제공할 수 있다.
본 발명은 종래의 자동차용 헤드라이너의 문제점인 재활용성을 개선하기 위하여, 전체 소재를 폴리프로필렌 수지로 통일함으로써, 재활용이 가능한 친환경적인 헤드라이너 기재를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 폴리프로필렌 부직포층/단섬유가 분산된 폴리프로필렌 접착층/폴리프로필렌 발포층/단섬유가 분산된 폴리프로필렌 접착층/폴리프로필렌 부직포층의 다층구조를 갖는 자동차용 헤드라이너 기재를 제공할 수 있다.
본 발명은 폴리프로필렌 수지의 발포압출 공정 및 2회의 압출코팅 라미네이션 공정을 인라인으로 연결하여 간단한 공정으로 다층구조를 갖는 자동차용 헤드라이너 기재의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 자동차용 헤드라이너 기재의 다층 구조를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 자동차용 헤드라이너 기재의 제조방법을 나타낸다.
이하 실시예를 바탕으로 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명에 사용된 용어, 실시예 등은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고 통상의 기술자의 이해를 돕기 위하여 예시된 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 권리범위 등이 이에 한정되어 해석되어서는 안 된다.
본 발명에 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 나타낸다.
본 발명은 폴리프로필렌 부직포층; 단섬유가 분산된 폴리프로필렌 접착층; 폴리프로필렌 발포층; 단섬유가 분산된 폴리프로필렌 접착층; 및 폴리프로필렌 부직포층이 순차적으로 적층된 다층구조를 갖는 자동차용 헤드라이너 기재에 관한 것이다.
본 발명에서 헤드라이너란 차량의 실내 천장부위에 사용되는 소재를 의미한다. 상기 차량용 헤드라이너 기재는 다층구조를 가지며, 이를 구성하는 전체 소재를 모두 무가교 폴리프로필렌 수지로 통일한 것을 특징으로 한다.
자동차의 내장재로서 실내 천정에 사용되는 헤드라이너는 넓은 범위의 온도, 습도 등의 환경에 변형 없이 견디는 내구성을 필요로 하며, 처짐이 생기지 않도록 일정 이상의 휨 강성이 필요하다.
본 발명은 종래의 자동차 내장재로 널리 사용되는 저렴한 범용 수지인 폴리프로필렌 수지를 기본 소재로 사용함으로써, 자동차 헤드라이너가 갖추어야 하는 기본 요구물성을 만족하면서 재활용이 매우 용이한 다층구조의 헤드라이너 기재를 제조할 수 있다.
본 발명의 자동차용 헤드라이너 기재는, 헤드라이너의 폼 코어(foam core) 소재로서 저밀도 폴리프로필렌 발포시트를 사용하고, 상기 폼 코어의 양면을 둘러싸는 비발포 폴리프로필렌 접착층 및 상기 접착층에 합지되는 폴리프로필렌 부직포층으로 이루어진다.
상기 폴리프로필렌 발포층은 무가교 저밀도 발포시트로 구성되며, 두께는 3~10mm, 밀도는 60~600kg/m3, 독립 기포율은 80% 이상이 바람직하다.
상기 폴리프로필렌 발포층은 텐덤 발포압출기를 통해서 압출되어 제조되며, 상기 폴리프로필렌 발포층은 2회의 압출코팅 라미네이션 공정을 순차적으로 거치면서, 폴리프로필렌 발포층의 양쪽면에 폴리프로필렌 접착층 및 폴리프로필렌 부직포가 합지되어 다층구조의 헤드라이너 기재가 제조된다.
즉, 본 발명은 폴리프로필렌 수지의 발포압출 공정 및 2회의 압출코팅 라미네이션 공정을 인라인으로 연결하여 간단한 연속공정으로 다층구조의 헤드라이너 기재를 제조할 수 있다.
폴리프로필렌 접착층은 상기 폴리프로필렌 발포층 및 폴리프로필렌 부직포층을 접착시키는 용도로 사용되며, 상기 비발포 폴리프로필렌 접착층은 최종적인 헤드라이너의 굴곡탄성률(100~1,000MPa)을 만족시키기 위해서 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 등의 단섬유를 한 종류 이상 포함할 수 있다.
물성 보강재로 첨가되는 단섬유의 길이는 1~15mm, 단섬유의 함량은 접착층 전체 중량의 1~40중량% 인 것이 바람직하다.
또한 폴리프로필렌 접착층의 두께는 20~2,000㎛ 인 것이 바람직하다.
단일 공정으로 제조되는 헤드라이너 기재는 열성형 공정을 통해서 원하는 곡면 형태로 재가공 될 수 있다. 상기 헤드라이너의 가장 큰 장점은 용이한 재활용성이다. 폼 코어, 접착층 및 흡음기능을 부여하는 부직포층을 구성하는 모든 소재가 폴리프로필렌으로 통일됨으로써, 자동차 폐차 시 전체를 그대로 분쇄하여 재활용할 수 있다. 부가적인 장점으로는 폴리프로필렌 폼 코어의 밀도를 기존의 페놀 폼이나 폴리우레탄 폼보다 낮출 수 있으므로, 전체적인 헤드라이너 무게를 감소시킴으로써, 차량의 경량화에도 기여할 수 있다.
도 1에 제시된 바와 같이, 본 발명은 폴리프로필렌 부직포층(13); 단섬유가 분산된 폴리프로필렌 접착층(11); 폴리프로필렌 발포층(10); 단섬유가 분산된 폴리프로필렌 접착층(12); 및 폴리프로필렌 부직포층(14)이 순차적으로 적층된 다층구조를 갖는 자동차용 헤드라이너에 관한 것이다.
상기 폴리프로필렌 부직포층(14)은 자동차 천장에 시공될 때, 외관으로 노출되는 표면이 되며, 고급감이나 심미감을 향상시키기 위해서 폴리프로필렌 부직포 대신에 폴리프로필렌 직물을 적용하는 것도 가능하다.
헤드라이너 기재에서 양쪽 표면의 폴리프로필렌 부직포층의 단위 면적당 중량은 30~300g/m2 이 바람직하며, 표면으로 노출되는 부직포층(14)의 중량이 표면으로 노출되지 않는 부직포층(13)의 중량보다 더 무거운 것이 바람직하다.
폼 코어인 폴리프로필렌 발포층의 두께는 3~10mm, 밀도는 60~600kg/m3, 독립 기포율은 80% 이상인 것이 바람직하다.
폴리프로필렌 발포층과 폴리프로필렌 부직포를 접착시키는 폴리프로필렌 접착층의 두께는 20~2,000㎛ 인 것이 바람직하다. 상기 접착층 내에 균일하게 분산되는 강화섬유는 길이가 1~15mm인 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드섬유에서 선택되는 한 종류 이상의 단섬유가 사용될 수 있다.
단섬유의 함량은 접착층을 구성하는 폴리프로필렌 수지 100중량부에 대하여 1~40중량부인 것이 바람직하며, 상기 폴리프로필렌 접착층 내부에 분산되는 단섬유는 폴리프로필렌 수지로 이루어진 헤드라이너의 단점인 변형률과 치수안정성을 향상시킬 수 있다.
상기 차량용 헤드라이너 기재는 평량(단위 면적당 중량)이 600~1,500g/m2 인 것이 바람직하다.
상기 차량용 헤드라이너 기재는 전체 소재가 무가교 폴리프로필렌 수지로 통일되어 있으므로, 폐차 시 전체를 그대로 분쇄하여 재활용할 수 있는 장점을 갖는다.
상기 차량용 헤드라이너 기재는 우수한 굴곡 탄성율을 나타낸다. 즉, ASTM D790에 의거하여 시편의 지지 간격(Span)을 100mm로 고정하고 5mm/min의 속도로 굴곡 하중을 가할 때, 측정된 굴곡 탄성률은 100~1,000MPa을 나타낸다.
상기 굴곡탄성률은 재료가 외부 힘에 저항해서 구부러지지 않고 버티는 강성을 의미하는 것으로, 굴곡탄성률이 상기 범위를 만족할 경우, 강성 및 내구성이 향상되어 물리적인 충격 또는 외부 하중에 의한 변형이 적은 차량용 헤드라이너를 제공할 수 있다.
상기 차량용 헤드라이너 기재는 다층구조로 이루어지지만, 각층의 기본소재가 폴리프로필렌 수지 하나로 통일되어 있으므로, 폐차 시에 헤드라이너 전체를 그대로 분쇄하여 재활용하는 것이 가능하여, 매우 친환경적인 부품이라고 할 수 있다.
또한 접착층 내부에 분산되어 있는 강화섬유는 그 함량이 상대적으로 많지 않고 그 길이가 길지 않은 단섬유이므로, 분쇄 및 재활용 과정에 문제가 되지 않는다.
도 2에 제시된 바와 같이, 본 발명은 폼 코어 발포압출 공정을 포함하는 연속적인 단일공정을 통해 높은 생산성과 낮은 비용으로 자동차용 헤드라이너 기재를 제조할 수 있다.
본 발명은 고용융강도 폴리프로필렌 수지, 일반 폴리프로필렌 수지, 발포제 및 기핵제를 포함하는 조성물을 압출하여 폴리프로필렌 발포층을 제조하는 단계;
상기 폴리프로필렌 발포층의 한 면에 단섬유가 분산된 폴리프로필렌 접착층 및 폴리프로필렌 부직포층을 순차적으로 형성하는 단계; 및
상기 폴리프로필렌 발포층의 다른 면에 단섬유가 분산된 폴리프로필렌 접착층 및 폴리프로필렌 부직포층을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하는 자동차용 헤드라이너 기재의 제조방법에 관한 것이다.
폴리프로필렌 발포층은 고용융강도 폴리프로필렌 수지, 일반 폴리프로필렌 수지, 발포제 및 기핵제를 포함하는 조성물을 압출하여 제조될 수 있다.
폴리프로필렌 수지를 텐덤 발포압출기(21~25)를 이용하여 경량화 된 폼 코어 시트(26)로 압출할 수 있다. 텐덤 발포압출기의 환형 공압출 다이(23)에서 토출되는 튜브형 발포시트는 드럼통 형태의 냉각 맨드렐(25)을 감싸면서 통과할 때, 맨드렐 끝 부분의 커터(cutter)를 통해서 펼쳐진다. 이때 냉각 맨드렐(25)과 밀착하여 앞으로 진행하는 폴리프로필렌 수지 발포시트(26)는 표면이 더욱 매끈해지고, 동시에 발포시트가 짧은 시간에 급속히 냉각됨으로써 시트를 당겨주는 장력(tension)을 견딜 수 있는 충분한 수준의 기계적 강도를 얻을 수 있다.
이때 고용융강도 폴리프로필렌 수지와 일반 폴리프로필렌 수지를 혼합하여 사용하며, 전체 폴리프로필렌 수지 100중량부에 대하여 고용융강도 폴리프로필렌 수지의 함량은 20~90중량부이고, 일반 폴리프로필렌 수지의 함량은 10~80중량부인 것이 바람직하다.
고용융강도 폴리프로필렌 수지는 일반 폴리프로필렌 수지를 개질하여 용융강도를 향상시킨 것으로서, 발포 특성이 향상되는 반면 일반 폴리프로필렌 수지보다 가격이 높은 단점을 갖는다. 고용융강도 폴리프로필렌 수지의 용융지수는 5g/10min(220℃, 10kg 하중) 이하인 것이 바람직하다.
상기 발포제는 질소, 이산화탄소, 프레온, 부탄, 펜탄, 네오펜탄, 헥산, 이소헥산, 헵탄, 이소헵탄 및 메틸클로라이드에서 선택되는 하나 이상이 사용될 수 있다. 발포제의 함량은 전체 폴리프로필렌 수지 100중량부에 대하여 0.5~5중량부인 것이 바람직하고, 발포제는 정량펌프를 통해서 1차 압출기(21)로 주입된다.
기핵제는 탈크, 탄산칼슘, 이산화티탄 등에서 하나 이상 사용될 수 있으며, 기핵제의 함량은 전체 폴리프로필렌 수지 100중량부에 대하여 0.5~5중량부인 것이 바람직하다.
템덤 발포압출기를 통해서 제조되는 폼 코어 시트(26)의 두께는 3~10mm가 바람직하며, 밀도는 60~600kg/m3 이 바람직하다. 폼 코어 발포층의 독립 기포율은 80% 이상이 되어야 헤드라이너 전체의 강성을 우수하게 유지할 수 있다.
폴리프로필렌 수지는 온도가 증가함에 따라 용융 강도가 급격히 하강하기 때문에, 발포 가능한 용융 점도를 갖는 온도 범위가 매우 좁다. 따라서 폴리프로필렌 수지를 발포하기 위해서는 정밀 온도 제어 및 냉각이 가능하도록 특수 설계된 텐덤 발포 압출설비(21~25)가 필수적으로 요구된다.
본 발명은 폴리프로필렌 수지의 정밀한 점도 및 온도 조절을 통해 높은 독립 기포율을 갖는 폴리프로필렌 폼 코어 발포시트(26)를 성공적으로 제조하였다.
발포압출 공정을 통해서 제조된 폴리프로필렌 폼 코어 발포시트(26)는 연속해서 이어지는 인라인 공정을 통해 압출코팅 라미네이션(extrusion coating lamination) 공정으로 진입한다.
비발포 단축 압출기(27)가 토출하는 폴리프로필렌 접착층이 폼 코어 발포시트(26)에 코팅되면서 동시에 폴리프로필렌 부직포(28)가 냉각롤(29) 사이에서 압착되어, 폴리프로필렌 발포층 위에 폴리프로필렌 접착층 및 폴리프로필렌 부직포가 접착 및 합지된다.
상기 폴리프로필렌 접착층은 폴리프로필렌 수지 및 단섬유를 포함하는 조성물로부터 제조될 수 있다.
상기 단섬유는 폴리프로필렌 수지 100중량부에 대하여 1~40중량부 사용되는 것이 바람직하고, 단섬유의 함량이 1중량부 미만인 경우 치수안정성 및 내구성이 저하되고, 40중량부를 초과하면 가공성이 저하될 수 있다.
상기 단섬유는 길이가 1~5mm인 단섬유 및 길이가 10~15mm인 단섬유를 동시에 사용할 수 있으며, 이때 길이가 1~5mm인 단섬유 및 길이가 10~15mm인 단섬유의 중량비는 30~60:40~70 인 것이 바람직하다.
또한 상기 단섬유는 유리섬유 및 탄소섬유를 동시에 사용할 수 있으며, 이때 유리섬유 및 탄소섬유의 중량비는 30~60:40~70 인 것이 바람직하다.
상기 조성물은 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 공중합체는 접착성을 향상시키고, 내구성 및 내열성을 개선할 수 있다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제로는 3-메타크릴록시프로필메틸디메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필메틸디에톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴록시프로필트리메톡시실란, 메타크릴록시메틸트리에톡시실란, 메타크릴록시메틸트리메톡시실란 등이 있다.
상기 아크릴산 모노머는 아크릴산, 메타크릴산, 메틸 아크릴산, 에틸 아크릴산, 부틸 아크릴산, 2-에틸 헥실 아크릴산, 데실아크릴산, 메틸 메타크릴산, 에틸 메타크릴산, 부틸 메타크릴산, 2-에틸 헥실 메타크릴산, 데실메타크릴산 등이 있다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 중량비는 70~90:10~30인 것이 바람직하며, 상기 수치범위에서 내후성 및 내구성이 극대화될 수 있다.
상기 공중합체는 폴리프로필렌 수지 100중량부에 대하여 1~10중량부 사용되며, 함량이 1중량부 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 10중량부를 초과하는 경우 내구성이 저하된다.
또한 상기 조성물은 에폭시기 함유 실란 커플링제, 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 비스페놀 A(BPA)를 반응시켜 제조한 실란 커플링제 올리고머를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 올리고머는 접착력 및 내구성을 향상시킬 수 있다.
이때 에폭시기 함유 실란 커플링제 100중량부에 대하여 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 20~60중량부 및 비스페놀 A 10~40중량부가 사용될 수 있다.
에폭시기 함유 실란 커플링제로는 2-글리시독시에틸메틸디메톡시실란, 2-글리시독시에틸메틸디에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란 등의 글리시독시 C1-4 알킬 C1-4 알킬 C1-4 알콕시실란; 2-글리시독시에틸트리메톡시실란, 2-글리시독시에틸트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란 등의 글리시독시 C1-4 알킬 C1-4 알콕시실란; 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸메틸디에톡시실란, 3-(3,4-에폭시시클로헥실)프로필메틸디메톡시실란, 3-(3,4-에폭시시클로헥실)프로필메틸디에톡시실란 등의 에폭시 C3-10 시클로알킬 C1-4 알킬 C1-4 알킬 C1-4 알콕시실란; 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시실란, 3-(3,4-에폭시시클로헥실)프로필트리메톡시실란, 3-(3,4-에폭시시클로헥실)프로필트리에톡시실란 등의 에폭시 C3-10 시클로알킬 C1-4 알킬 C1-4 알콕시실란 등이 있다.
실란 커플링제 올리고머의 중량평균분자량은 1,000~50,000g/mol이 바람직하며, 중량평균분자량이 상기 수치범위를 만족하는 경우 내구성 및 내후성이 극대화될 수 있다.
상기 실란 커플링제 올리고머는 폴리프로필렌 수지 100중량부에 대하여 1~10중량부 사용되며, 함량이 1중량부 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 10중량부를 초과하는 경우 내구성이 저하된다.
본 발명에서 헤드라이너 기재에 사용되는 폴리프로필렌 수지에는 열안정제, 산화방지제, 광안정제, 자외선차단제, 대전방지제, 난연제 등의 첨가제가 부가될 수 있다.
난연제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 브롬 화합물, 인 또는 인 화합물, 안티몬 화합물 등이 사용될 수 있다. 브롬 화합물은 예를 들어, 테트라브로모 비스페놀 A 및 데카브로모 디페닐에테르 등이 있고, 인 또는 인 화합물은 방향족 인산에스테르, 방향족 축합 인산에스테르, 할로겐화 인산에스테르, 적인 등이 있으며, 안티몬 화합물은 삼산화안티몬 및 오산화안티몬 등을 포함할 수 있다.
상기와 같은 과정을 통해서 폴리프로필렌 부직포층이 폼 코어층과 접착 및 합지된 원단은, 연속해서 원단의 상부면과 하부면이 뒤집히는 시트 상하 반전 유닛(30)을 통과하며, 이를 통해 이미 합지된 부직포의 반대면에 추가적으로 부직포가 합지될 수 있다.
상기 시트 상하 반전 유닛(30)을 통과한 원단은 상부면과 하부면이 뒤집혀 폼 코어층이 상부에 위치하게 되며, 상기 폼 코어층이 상부에 위치한 원단은 압출코팅 라미네이션(extrusion coating lamination) 공정으로 진입한다.
비발포 단축 압출기(31)가 토출하는 폴리프로필렌 접착층이 폼 코어 발포층에 코팅되면서 동시에 폴리프로필렌 부직포(33)가 냉각롤(32) 사이에서 압착되어, 폴리프로필렌 발포층 위에 폴리프로필렌 접착층 및 폴리프로필렌 부직포가 접착 및 합지된다.
따라서 폴리프로필렌 폼 코어 시트의 양쪽면 모두에 폴리프로필렌 접착층과 폴리프로필렌 부직포층이 합지되어 다층구조의 폴리프로필렌 헤드라이더 기재가 제조될 수 있다.
상기와 같이 제조되는 헤드라이너 기재는, 유기용제 기반의 접착제를 전혀 사용하지 않고, 고온으로 녹인 폴리프로필렌 용융체를 접착층으로 사용하기 때문에, 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene), 에틸아세테이트(ethyl acetate) 등의 유기용제의 차량 실내 배출이 없는 친환경 소재이다.
이와 같이 제조된 헤드라이너 기재는 차량의 크기와 상세구조에 맞도록 열성형 및 트림작업이 되어야 하며, 각종 전장부품이 결합된 후 최종적으로 차량 천정에 설치될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 차량용 헤드라이너 기재는 하기 조건 1을 만족할 수 있다.
Figure 112020079643522-pat00002
상기 조건 1은 KS R 0021의 가속 내광성 시험에 따라 300~400nm 파장의 광을 조도 255W/m2의 광으로 90일 동안 조사한 전후의 치수(가로, 세로, 높이의 평균값) 변화율을 의미하며, Lt0 은 내광성 시험 전의 치수를 나타내고, Lt1 은 내광성 시험 후의 치수를 나타낸다.
상기 조건 1에서 치수 변화율은 구체적으로 1% 미만을 만족한다. 본 발명에 따른 차량용 헤드라이너 기재는 치수 변화율이 상기 범위를 만족함으로써, 향상된 내구성 및 내광성을 제공하며, 장기간 사용 시에도 자외선에 의한 변형 및 손상을 방지할 수 있다.
이하 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 실시를 위하여 예시된 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
탠덤 발포 압출기(tandem foam extruder)를 사용하여 폴리프로필렌 폼 코어 시트를 제조하였다.
탠덤 발포 압출기는 스크루 직경 100mm인 일축 압출기(1차 압출기)와 스크루 직경 130mm인 일축 압출기(2차 압출기)가 연속적으로 연결된 구조를 갖는다. 탠덤 발포 압출기의 끝에는 환형 압출 다이를 장착하였다. 1차 압출기의 배럴 중간에 발포제인 이산화탄소 2.5중량부를 주입하였다.
발포층에 사용되는 폴리프로필렌 수지는 용융지수가 2.5g/10min(220℃, 10kg 하중)인 고용융강도 폴리프로필렌 수지 70중량부와 일반 폴리프로필렌 수지 30중량부를 혼합하여 투입하였고, 기핵제인 탈크 0.5중량부 및 산화방지제 0.5중량부를 수지와 함께 호퍼로 투입되었다.
폼 코어 발포층의 두께는 5mm 이고, 발포 셀 직경은 평균 300㎛ 이며, 독립 기포율은 90% 이다.
상기 발포압출 공정을 통해서 제조된 폴리프로필렌 폼 코어 발포시트는 연속해서 이어지는 인라인 공정을 통해 압출코팅 라미네이션(extrusion coating lamination) 공정으로 진입하였다.
비발포 단축 압출기가 토출하는 폴리프로필렌 접착층이 폼 코어 발포시트에 200㎛ 두께로 코팅되면서 동시에 면중량이 100g/m2 인 폴리프로필렌 부직포가 냉각롤 사이에서 압착되어, 폴리프로필렌 발포층 위에 폴리프로필렌 접착층 및 폴리프로필렌 부직포가 접착 및 합지되었다.
이때 상기 폴리프로필렌 접착층은 용융지수가 2.0g/10min(220℃, 10 kg 하중)인 폴리프로필렌 수지 100중량부, 평균길이 10mm의 탄소섬유 20중량부, 산화방지제 0.5 중량부 및 자외선차단제 0.5중량부를 포함하였다.
상기와 같은 과정을 통해서 폴리프로필렌 부직포층이 폼 코어층과 접착 및 합지된 원단은, 연속해서 원단의 상부면과 하부면이 뒤집히는 시트 상하 반전 유닛을 통과하며, 이를 통해 이미 합지된 부직포의 반대면에 추가적으로 부직포가 합지될 수 있다.
상기 시트 상하 반전 유닛을 통과한 원단은 상부면과 하부면이 뒤집혀 폼 코어층이 상부에 위치하게 되며, 상기 폼 코어층이 상부에 위치한 원단은 압출코팅 라미네이션 공정으로 진입하였다.
비발포 단축 압출기가 토출하는 폴리프로필렌 접착층이 폼 코어 발포층에 200㎛ 두께로 코팅되면서 동시에 면중량이 150g/m2 인 폴리프로필렌 부직포가 냉각롤 사이에서 압착되어, 폴리프로필렌 발포층 위에 폴리프로필렌 접착층 및 폴리프로필렌 부직포가 접착 및 합지되었으며, 최종적으로 폴리프로필렌 부직포층/단섬유가 분산된 폴리프로필렌 접착층/폴리프로필렌 발포층/단섬유가 분산된 폴리프로필렌 접착층/폴리프로필렌 부직포층의 다층구조를 갖는 자동차용 헤드라이너 기재를 제조하였다.
이때 상기 폴리프로필렌 접착층은 용융지수가 2.0g/10min(220℃, 10 kg 하중)인 폴리프로필렌 수지 100중량부, 평균길이 10mm의 탄소섬유 20중량부, 산화방지제 0.5 중량부 및 자외선차단제 0.5중량부를 포함하였다.
제조된 헤드라이너 기재의 단위면적당 중량은 1,235g/m2 이다.
(실시예 2)
폴리프로필렌 접착층이 탄소섬유 대신 평균길이 10mm의 유리섬유 30중량부를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 헤드라이너 기재를 제조하였다.
이때 제조된 헤드라이너 기재의 단위면적당 중량은 1,315g/m2이다.
(실시예 3)
폴리프로필렌 접착층이 3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란 및 아크릴산의 공중합체 5중량부를 추가로 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 헤드라이너 기재를 제조하였다.
이때 제조된 헤드라이너 기재의 단위면적당 중량은 1,187g/m2이다.
(실시예 4)
3-글리시독시프로필트리메톡시실란 100중량부, 3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란 40중량부 및 비스페놀 A 30중량부를 혼합하고 반응시켜 실란 커플링제 올리고머를 제조하였다.
폴리프로필렌 접착층이 상기 실란 커플링제 올리고머 5중량부를 추가로 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 헤드라이너 기재를 제조하였다.
이때 제조된 헤드라이너 기재의 단위면적당 중량은 1,204g/m2이다.
(비교예 1)
폴리프로필렌 접착층이 탄소섬유를 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 헤드라이너 기재를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예로부터 제조된 헤드라이너 기재의 특성을 측정하여 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
(굴곡강도 및 굴곡탄성률)
굴곡강도 및 굴곡탄성률은 ASTM D 790에 의거하여 시편의 지지 간격(Span)을 100mm로 고정하고, 5mm/min의 속도로 굴곡 하중을 가하는 동안 초기 시편에 대하여 10% 변형될 때의 값을 측정하였다.
(치수변화율)
치수변화율은 KS R 0021의 가속 내광성 시험에 의거하여 300~400nm 파장의 광을 조도 255W/m2의 광으로 90일간 조사한 전후의 치수 변화율을 측정하였다. 치수 변화율은 하기 조건 1에 따라 계산하였다.
Figure 112020079643522-pat00003
여기서, Lt0 은 처리 전의 치수를 나타내고, Lt1 은 처리 후의 치수를 나타낸다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1
굴곡강도
(kgf)		 2.6 2.8 3.2 3.3 1.9
굴곡탄성률
(MPa)		 320 340 380 390 210
치수변화율(%) 0.84 0.87 0.62 0.66 3.42
상기 표 1의 결과로부터, 실시예 1 내지 4는 굴곡강도, 굴곡탄성률 및 치수변화율이 우수함을 확인할 수 있다. 특히 실시예 3 및 4는 상기 특성이 가장 우수하다.
반면 비교예 1은 상기 특성이 실시예에 비하여 열등함을 알 수 있다.
10: 폴리프로필렌 발포층 11: 폴리프로필렌 접착층
12: 폴리프로필렌 접착층 13: 폴리프로필렌 부직포층
14: 폴리프로필렌 부직포층 21: 1차 압출기
22: 2차 압출기 23: 환형 발포 다이
25: 냉각 맨드렐
26: 폴리프로필렌 발포 폼 코어 시트
27: 폴리프로필렌 접착층 압출기 28: 폴리프로필렌 부직포
29: 냉각 롤 30: 시트 상하 반전 유닛
31: 폴리프로필렌 접착층 압출기 32: 냉각 롤
33: 폴리프로필렌 부직포 34: 절단 유닛

Claims (6)

  1. 폴리프로필렌 부직포층; 단섬유가 분산된 폴리프로필렌 접착층; 무가교 폴리프로필렌 발포층; 단섬유가 분산된 폴리프로필렌 접착층; 및 폴리프로필렌 부직포층이 순차적으로 적층된 다층구조를 갖는 자동차용 헤드라이너 기재에 있어서,
    상기 자동차용 헤드라이너 기재의 면중량은 600~1,500g/m2 이고,
    상기 무가교 폴리프로필렌 발포층은 전체 폴리프로필렌 수지 100중량부에 대하여 고용융강도 폴리프로필렌 수지의 함량은 20~90중량부이고, 일반 폴리프로필렌 수지의 함량은 10~80중량부이며,
    상기 폴리프로필렌 접착층은 폴리프로필렌 수지 및 단섬유를 포함하고,
    상기 단섬유의 길이는 1~15mm 이고,
    상기 단섬유의 함량은 폴리프로필렌 수지 100중량부에 대하여 1~40중량부이며,
    상기 자동차용 헤드라이너 기재는 전체 소재가 폴리프로필렌 수지로 구성되어 전체로 분쇄하여 재활용이 가능한 것을 특징으로 하는 자동차용 헤드라이너 기재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무가교 폴리프로필렌 발포층의 두께는 3~10mm이고, 밀도는 60~600kg/m3 이며, 독립 기포율은 80% 이상인 것을 특징으로 하는 자동차용 헤드라이너 기재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌 접착층에 분산된 단섬유는 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드섬유에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 자동차용 헤드라이너 기재.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자동차용 헤드라이너 기재의 치수안정성은 하기 조건 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 자동차용 헤드라이너 기재.
    Figure 112020079643522-pat00004

    (Lt0 은 내광성 시험 전의 치수를 나타내고, Lt1 은 내광성 시험 후의 치수를 나타낸다)
  6. 전체 소재가 폴리프로필렌 수지로 구성되어 전체로 분쇄하여 재활용이 가능한 제1항의 자동차용 헤드라이너 기재의 제조방법에 있어서,
    고용융강도 폴리프로필렌 수지, 일반 폴리프로필렌 수지, 발포제 및 기핵제를 포함하는 조성물을 압출하여 무가교 폴리프로필렌 발포층을 제조하는 단계;
    상기 무가교 폴리프로필렌 발포층의 한 면에 단섬유가 분산된 폴리프로필렌 접착층 및 폴리프로필렌 부직포층을 순차적으로 형성하는 단계; 및
    상기 무가교 폴리프로필렌 발포층의 다른 면에 단섬유가 분산된 폴리프로필렌 접착층 및 폴리프로필렌 부직포층을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 자동차용 헤드라이너 기재의 면중량은 600~1,500g/m2 이고,
    상기 무가교 폴리프로필렌 발포층은 전체 폴리프로필렌 수지 100중량부에 대하여 고용융강도 폴리프로필렌 수지의 함량은 20~90중량부이고, 일반 폴리프로필렌 수지의 함량은 10~80중량부이며,
    상기 폴리프로필렌 접착층은 폴리프로필렌 수지 및 단섬유를 포함하고,
    상기 단섬유의 길이는 1~15mm 이고,
    상기 단섬유의 함량은 폴리프로필렌 수지 100중량부에 대하여 1~40중량부인 것을 특징으로 하는 자동차용 헤드라이너 기재의 제조방법.
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