KR102275735B1 - 성형성과 기계적 물성이 향상된 장섬유 부직포, 이의 제조방법 및 이를 포함한 몰딩 카펫 - Google Patents

성형성과 기계적 물성이 향상된 장섬유 부직포, 이의 제조방법 및 이를 포함한 몰딩 카펫 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 폴리에스테르계 장섬유의 제1필라멘트 및 폴리프로필렌(PP)/폴리에틸렌(PE) 심초형 복합사 장섬유의 제2필라멘트로 이루어진 혼섬사 장섬유가 열접착된 스펀본드 부직포, 이러한 부직포의 제조방법, 이러한 부직포로 제조된 몰딩 카펫에 관한 것이다.
본 발명의 부직포가 몰딩 카펫으로 성형될 때에 몰딩 카펫의 기계적 강성이 유지되면서도 저온에서 성형이 가능해지며, 성형할 때에 성형 조건의 범위가 넓어지고 에너지가 절감되는 것이 가능해진다.

Description

성형성과 기계적 물성이 향상된 장섬유 부직포, 이의 제조방법 및 이를 포함한 몰딩 카펫{Non-woven with improved moldability and mechanical property, manufacturing method thereof and molding carpet thereby}
본 발명은 이종(異種)의 혼섬방사 섬유로 제조되어 성형성이 향상되는 장섬유 부직포, 이의 제조방법 및 이를 이용한 몰딩 카펫에 관한 것이다.
자동차 바닥커버용 몰딩 카펫은 한 장으로 제조되어 실내바닥을 전면에 부착된다. 자동차 바닥커버용 몰딩 카펫의 주사용 목적은 노면에서 발생하여 실내로 유입되는 소음과 진동을 억제하기 위해서 사용된다.
카펫은, 카펫 기포지용 부직포에 비씨에프(BCF, bulked continuous filament) 사(yarn)를 심는 터프팅 공정, 터프팅된 부직포의 후면에 PVC, PE, EVA 또는 SBR 등의 코팅 조액을 코팅하여 경화시키는 백 코팅 공정, 최종 제품을 만드는 카펫성형 공정을 포함한 제조과정을 거쳐 만들어진다.
바닥커버용 몰딩 카펫은 다양한 소재의 층(Layer)으로 구성되며, 일반적으로 1차 기포지/라텍스(Latex) 코팅/폴리에틸렌(PE) 코팅/에틸렌비닐아세테이트(EVA) 코팅/2차 기포지 층(Layer)의 적층물 구조로 되어 있다. 1차 기포지는 Cut Pile의 구조의 비씨에프 사를 포함하는 부직포 웹이다. 각 층에서 각각의 기능을 가지는 소재들을 고온/고압 조건에서 합지하여 평면형태로 제작 후, 차종별 금형 형태 및 제품 층(Layer) 구성에 대응하여 기타 소재들과 합지후, 고온/고압 조건에서 성형하여 최종 제품이 만들어 진다.
최근 자동차 제조사의 원가절감(Cost down) 및 경량화 향상에 대한 개발이 활발히 진행됨에 따라, 자동차 바닥커버용 몰딩 카펫 제품에서도 기존의 물성과 성능은 유지하면서, 낮은 성형온도에서 높은 성형성을 갖는 방향으로 개발이 되고 있다. 이에 따라, 몰딩 카펫은 기존의 제품과 비교하여 상온에서 동등수준의 인장강도, 절단신도 및 인열강도를 가져야하며, 기존의 성형온도 이하에서 신장율이 우수해야 한다.
몰딩 카펫의 기포지에 대한 소재 개발이, PP/PE(1세대)에서 시작하여 PET/PP(2세대), PET/CoPET(3세대) 소재까지 3세대에 걸쳐 진행되고 왔다.
3세대 개발품인 PET 복합소재는 2종의 장섬유(PET/CoPET)로 구성된 부직포를 사용한 제품으로 강도는 우수하나 성형성이 부족한 단점을 가지고 있다. 성형성이 부족한 이유는 일반적으로 PET와 CoPET는 결정성과 비결정성이 혼재된 반결정 구조를 가지고 있기 때문이며, 성형성을 부여하기 위해 180℃ 이상의 높은 가공온도가 요구된다. 따라서, 고온의 성형조건으로 에너지 측면에서 제조비용 증가가 발생하며, 성형온도가 증가했음에도 불구하고 여전히 성형성이 부족한 실정이다.
상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 폴리에스테르계 소재 및 폴리올레핀계 소재를 이용하여 구조 강성 및 성형성이 우수한 몰딩 카펫용 기포지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 융점이 255℃ 이상인 폴리에스테르계 장섬유의 제1필라멘트 및 융점이 180℃ 미만인 폴리프로필렌(PP)/폴리에틸렌(PE) 심초형 복합사 장섬유의 제2필라멘트로 이루어진 혼섬사 장섬유가 열접착된 스펀본드 부직포로, 상기 제1필라멘트 80 ~ 95 중량% 및 상기 제2필라멘트 5 ~ 20 중량%를 포함하는, 성형성과 기계적 물성이 향상된 장섬유 부직포를 제공한다.
또한, 본 발명은, 융점이 255℃ 이상인 폴리에스테르계 장섬유의 제1필라멘트 및 융점이 180℃ 미만인 폴리프로필렌(PP)/폴리에틸렌(PE) 심초형 복합사 장섬유의 제2필라멘트를 혼섬 방사(matrix & binder)하여, 상기 제1필라멘트 80 ~ 95 중량% 및 상기 제2필라멘트 5 ~ 20 중량%의 혼섬사 장섬유를 제조하는 단계; 상기 혼섬사 장섬유를 컨베이어 네트 상에 웹 형태로 적층하는 단계; 및 상기 웹을 가열된 캘린더 롤을 통과시키는 캘린더링 공정을 수행하고 120 ~ 160℃의 조건에서 열접착시키는 단계;를 포함한 성형성과 기계적 물성이 향상된 장섬유 부직포의 제조방법을 제공한다.
한편, 본 발명은, 융점이 255℃ 이상인 폴리에스테르계 장섬유의 제1필라멘트 80 ~ 95 중량% 및 융점이 180℃ 미만인 폴리프로필렌(PP)/폴리에틸렌(PE) 심초형 복합사 장섬유의 제2필라멘트 5 ~ 20 중량%로 이루어진 혼섬사 장섬유가 열접착된 스펀본드 부직포를 기포지로 사용하고 130 ~ 170℃에서 성형된 몰딩 카펫을 제공한다.
본 발명에 따르면, 부직포가 폴리에스테르와 폴리올레핀의 혼섬 방사에 의한 장섬유로 구성되어, 상기 부직포로 구성된 몰딩 카펫이 성형될 때에 몰딩 카펫의 기계적 강성이 유지되면서도 저온에서 성형이 가능해진다.
또한, 성형할 때에 성형 조건의 범위가 넓어지고 에너지가 절감되는 것이 가능해진다.
본 발명의 부직포는, 융점이 255℃ 이상인 폴리에스테르계 장섬유의 제1필라멘트 및 융점이 180℃ 미만인 폴리프로필렌(PP)/폴리에틸렌(PE) 심초형 복합사 장섬유의 제2필라멘트로 이루어진 혼섬사 장섬유가 열접착된 스펀본드 부직포로, 상기 제1필라멘트 80 ~ 95 중량% 및 상기 제2필라멘트 5 ~ 20 중량%를 포함하여 이루어진다.
본 발명은, 상기 제1필라멘트 및 제2필라멘트를 혼섬 방사(matrix & binder)하여 혼섬사 장섬유를 제조하고, 상기 혼섬사 장섬유를 컨베이어 네트 상에 웹 형태로 적층하고, 가열된 캘린더 롤을 통과시키는 캘린더링 공정을 수행하여 웹의 두께를 조정하고, PE의 융점과 PP의 융점 사이인 120 ~ 160℃의 조건에서 열접착시켜 몰딩 카펫 기포지용 스펀본드 부직포를 제조할 수 있다.
상기 제1필라멘트는, 융점이 255℃ 이상이고 섬유를 형성할 수 있는 폴리에스테르를 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 제2필라멘트는 심성분이 폴리프로필렌이고 초성분이 융점이 130℃ 이하인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 구성될 수 있다.
상기 제2필라멘트가 PP/PE 심초형 복합사로 되어, 상기 열접착을 할 때에 초성분이 연화되어 필라멘트 사이의 결합력을 부여하여 부직포를 형성 할 수 있고, 카펫용 적층물 구조가 고온/고압의 조건으로 합지에 의해 형성될 때에 다양한 소재의 층과의 접착성 및 기포지 층의 형태 안정성을 향상할 수 있으며, 카펫성형 공정에서 180℃ 이하의 저온에서도 초성분에 의해 성형이 가능해지면서 심성분에 의해 강력이 유지될 수 있다.
이때, 심성분과 초성분의 중량비는 20:80 ~ 80:20일 수 있는데, 초성분이 20 미만이면 부직포에서 필라멘트 사이의 결합력이 저하되고 카펫 성형 공정에서 저온 성형성이 나빠지며, 80을 초과하면 방사할 때에 냉각이 충분하지 않아 방사성이 나빠질 수 있다.
상기 혼섬사 또는 부직포에서 제2필라멘트 함량이 5 중량% 미만이면 부직포에서 필라멘트 사이의 결합력이 저하하여 터프팅 공정에서 부직포 웹의 층간 박리와 모우 발생이 나타날 수 있다.
또한, 20 중량%를 초과하면 부직포에서 과도한 열 융착이 빈번하게 발생하여 후도의 제어가 어렵고, 냉각 부족으로 필라멘트 표면의 점착성에 의해 뭉침이 발생할 수 있다. 이러한 과도한 열 융착과 필라멘트의 뭉침에 의해 터프팅 니들(Tufting Needle)에 의한 부직포 웹의 섬유 파괴와 구조 손상이 이루어지고, 제1필라멘트의 복원율 저하와 섬유의 자유도 감소로 부직포 웹의 강도가 저하할 수 있다. 이에 따라 성형할 때에 강도 저하에 의해 부직포 웹이 찢어지거나 콘로우(Cornrow) 현상이 발생할 수 있다.
이상으로부터 본 발명의 부직포는 폴리에스테르와 PP/PE 심초형 복합사가 혼섬 방사된 장섬유 부직포로, PP/PE 심초형 복합사의 함량과 상이한 융점에 의해 몰딩 카펫이 성형될 때에 몰딩 카펫의 기계적 강성이 유지되면서도 저온(130 ~ 180℃)에서 성형이 가능해질 수 있다.
또한, PE/PP 필라멘트의 유연성에 의해 고저차가 큰 변형에도 부직포가 우수한 성형성을 나타낼 수 있다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예와 비교예에 의거하여 좀 더 상세하게 설명한다.
단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
[실시예 1]
융점이 255℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 제1필라멘트와, 심성분으로 융점이 166℃인 폴리프로필렌(PP)과 초성분으로 융점이 126℃인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 이루어진 심초형 복합사의 제2필라멘트를, 혼섬방사(Matrix & binder)하여 하기 표 1의 구성을 가지는 장섬유 혼섬사를 제조하였다.
상기 혼섬사를 고압의 공기 연신장치를 이용하여 방사속도가 5000 m/min이 되도록 연신하여 섬도가 8 데니어인 혼섬사 장섬유를 제조하였다.
상기 혼섬사 장섬유를 연속 이동하는 금속제 네트 상에 단위면적 당 120 g/㎡의 중량으로 웹 형태로 적층하고, 가열된 캘린더 롤을 통과시키는 캘린더링 공정을 수행하여 웹의 두께를 0.42 ㎜ 수준으로 조절하고, 152℃의 열풍으로 접착시키고 0.5 중량%의 유제를 함유하도록 유제도포처리하여 스펀본드 부직포를 제조하였다.
[실시예 2~4]
상기 실시예 1에서, 제1필라멘트와 제2필라멘트의 함량 및 제2필라멘트의 구성을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 부직포를 제조하였다.
[비교예 1~4]
상기 실시예 1에서, 제1필라멘트와 제2필라멘트의 함량 및 제2필라멘트의 구성을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 부직포를 제조하였다.
제1필라멘트/
제2필라멘트
함량(중량%)		 제2필라멘트의
심성분/초성분		 제2필라멘트의
심성분/초성분
중량비		 부직포 웹 두께
(㎜)
실시예 1 95 / 5 PP / HDPE 50 / 50 0.42
실시예 2 90 / 10 PP / HDPE 50 / 50 0.42
실시예 3 85 / 15 PP / HDPE 50 / 50 0.41
실시예 4 90 / 10 PP / HDPE 80 / 20 0.44
비교예 1 97 / 3 PP / HDPE 50 / 50 0.45
비교예 2 70 / 30 PP / HDPE 50 / 50 0.40
비교예 3 90 / 10 PP / HDPE 50 / 50 0.33
비교예 4 90 / 10 PP / HDPE 50 / 50 0.52
상기 실시예 및 비교예의 부직포에 대해 하기의 시험방법을 이용하여 측정한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
<시험방법>
1. 열간강도(kg.f/3㎝)
KS K 0521 법에 따라, 가로× 세로 = 3㎝ × 10cm 크기의 시편을 INSTRON사의 측정장비를 이용하여 상/하 5㎝ × 5㎝ 지그로 물린 후 Hot Chamber를 이용하여 150℃에서 3분간 예열 후, 인장속도 200㎜/min으로 측정한다.
2. 열간신율(%)
KS K 0521 법에 따라, 가로× 세로 = 3㎝ × 10cm 크기의 시편을 INSTRON사의 측정장비를 이용하여 상/하 5㎝ × 5㎝ 지그로 물린 후 Hot Chamber를 이용하여 180℃에서 3분간 예열 후, 인장속도 200㎜/min으로 측정한다.
3. 터프팅 할 때에 카펫사 불량 수(ea/100M)
폭 방향으로 1인치에 니들 수 10ea, 길이방향으로 1인치에 니들 수 13ea의 조건으로 800rpm 속도로 cut pile type tufting을 실시하고, 100M 터프팅 한 후에 고정되지 못하고 빠져 나온 카펫사의 수를 측정한다.
4. 카펫사 배열 수(열/인치)
터프팅된 카펫을 Latex 코팅, PE 코팅 및 EVA 코팅 후 길이방향으로 1인치 안에 배열되어 있는 카펫사 열의 수를 측정한다.
구분 열간강도
MD / CD
(kg.f/3㎝)
(at 150℃)		 열간신율
MD / CD
(%)
(at 150℃)		 터프팅 할 때에 카펫사 불량 수
(ea/100M)		 카펫사 배열 수
(열/인치)		 최종평가
실시예 1 2.4 / 2.8 71 / 73 0 13 ○
실시예 2 3.1 / 3.3 64 / 68 0 13 ◎
실시예 3 3.5 / 4.2 62 / 57 0 13 ○
실시예 4 2.2 / 2.5 74 / 76 0 13 ○
비교예 1 1.9 / 2.2 88 / 85 5 13.5 ×
비교예 2 3.4 / 4.0 60 / 63 42 14 ×
비교예 3 2.5 / 2.6 54 / 61 19 14 ×
비교예 4 2.2 / 2.7 62 / 57 3 14.5 ×
◎: 열간강도 3~4 kg.f/3㎝, 열간신율 60~70%, 카펫사 불량 수 0 ea/100M, 카펫사 배열 수 13열/인치의 기준 범위를 모두 충족
○: 열간강도 2~5 kg.f/3㎝, 열간신율 60~80%, 카펫사 불량수 0 ea/100M, 카펫사 배열수 13열/인치의 기준 범위를 모두 충족
×: ○의 기준 범위를 하나라도 벗어난 경우
상기 표 2로부터 본 발명의 카펫 기포지용 부직포(실시예 1~4)가 비교예의 것보다 균형있는 물성을 나타내므로, 자동차 바닥커버용 몰딩 카펫으로 성형될 때에 성형안정성이 향상되면서도 터프팅 공정 및 코팅 공정에서도 불량률이 감소한다.
[실시예 5]
상기 실시예 및 비교예의 부직포를 터프팅 공정과 코팅 공정을 거친 후에 프레스 금형에서 170℃의 조건으로 45초간 성형하여 자동차 바닥커버용 몰딩 카펫을 성형하였다.
실시예의 것은 부직포 원단이 터지거나 골 무늬가 발생하지 않았지만, 비교예 1의 것은 터짐 현상이 발생하였고 비교예 2의 것은 골무늬가 발생하였다.

Claims (5)

  1. 융점이 255℃ 이상인 폴리에스테르계 장섬유의 제1필라멘트; 및 융점이 180℃ 미만인 폴리프로필렌(PP)/폴리에틸렌(PE) 심초형 복합사 장섬유의 제2필라멘트로 이루어진 혼섬사 장섬유가 열접착된 스펀본드 부직포로,
    상기 제1필라멘트 80 ~ 95 중량% 및 상기 제2필라멘트 5 ~ 20 중량%를 포함하고,
    웹의 두께가 0.41 내지 0.44 mm 범위인,
    성형성과 기계적 물성이 향상된 장섬유 부직포.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 부직포는 열간강도가 2~5 kg.f/3㎝(150℃)이고 열간신율이 60~80%(150℃)인 것을 특징으로 하는 성형성과 기계적 물성이 향상된 장섬유 부직포.
  3. 제 1항에 있어서,
    제2필라멘트는 심성분이 폴리프로필렌이고 초성분이 융점이 130℃ 이하인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)인 것을 특징으로 하는 성형성과 기계적 물성이 향상된 장섬유 부직포.
  4. 융점이 255℃ 이상인 폴리에스테르계 장섬유의 제1필라멘트 및 융점이 180℃ 미만인 폴리프로필렌(PP)/폴리에틸렌(PE) 심초형 복합사 장섬유의 제2필라멘트를 혼섬 방사(matrix & binder)하여, 상기 제1필라멘트 80 ~ 95 중량% 및 상기 제2필라멘트 5 ~ 20 중량%의 혼섬사 장섬유를 제조하는 단계;
    상기 혼섬사 장섬유를 컨베이어 네트 상에 웹 형태로 적층하는 단계; 및
    상기 웹을 가열된 캘린더 롤을 통과시키는 캘린더링 공정을 수행하여 웹의 두께를 0.41 내지 0.44 mm 범위로 조정하고, 120 ~ 160℃의 조건에서 열접착시키는 단계;를 포함한 성형성과 기계적 물성이 향상된 장섬유 부직포의 제조방법.
  5. 융점이 255℃ 이상인 폴리에스테르계 장섬유의 제1필라멘트 80 ~ 95 중량% 및 융점이 180℃ 미만인 폴리프로필렌(PP)/폴리에틸렌(PE) 심초형 복합사 장섬유의 제2필라멘트 5 ~ 20 중량%로 이루어진 혼섬사 장섬유가 열접착된 스펀본드 부직포를 기포지로 사용하고,
    상기 부직포 웹의 두께가 0.41 내지 0.44 mm 범위인,
    130 ~ 180℃에서 성형된 몰딩 카펫.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100850765B1 (ko) 2007-04-06 2008-08-06 (주)리앤에스 2성분 섬유 및 고융점 열가소성 섬유를 포함하는 흡음보드및 그의 제조방법

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KR100850765B1 (ko) 2007-04-06 2008-08-06 (주)리앤에스 2성분 섬유 및 고융점 열가소성 섬유를 포함하는 흡음보드및 그의 제조방법

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