KR102552009B1 - 자동차 내장재용 복합소재와 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차 내장재용 복합소재와 그 제조방법에 관한 것으로서, 상기 자동차 내장재용 복합소재는 폴리올레핀계 폼으로 마련된 코어층과, 유리섬유 매트에 폴리올레핀계 레진이 함침되어 마련된 보강지를 포함하고, 상기 보강지는 상기 코어층의 일면 또는 양면에 적층되어 마련된다. 이러한 구성으로 마련된 자동차 내장재용 복합소재는 굴곡탄성률이 우수하면서 VOC가 절감되는 효과를 얻을 수 있다.

Description

자동차 내장재용 복합소재와 그 제조방법{COMPOSITE MATERIAL FOR VEHICLE INTERIOR AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 자동차 내장재용 복합소재와 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 굴곡탄성률이 우수하면서 VOC가 절감된 자동차 내장재용 복합소재에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차 내부에 위치하는 천장에는 내장재로서 헤드라이너가 장착된다. 종래에는 헤드라이너 부품은 기재층과 표피재가 적층되어 있으며, 기재층은 폴리우레탄 발포 복합소재, 천연섬유 강화 보드, 레진 펠트 등이 사용되었다.
상기 폴리우레탄 발포 복합소재의 경우 제조공정이 복합하고 폴리우레탄계 본드에 기인한 VOC 방출량이 많아 인체에 유해하고 열경화성 PU 폼과 본드 적용에 의해 재활용이 어려운 문제점이 있다.
상기 천연섬유 강화 보드의 경우 천연섬유(황마, 아마, 저마, 사이잘마 등)와 바인더 역할을 하는 폴리올레핀계 섬유를 포함한 것으로, 천연섬유의 부패 및 곰팡이를 억제하기 위해 사용되는 방부제 처리에 따라 포름알데히드와 같은 인체 유해한 물질이 포함될 수 있으며 성형시 천연물의 탄화에 의해 특유의 냄새를 유발하는 문제점이 있다.
상기 레진펠트는 페놀수지를 함침하여 제조된 것이며, 페놀수지는 열경화성수지의 미반응 또는 불완전 연소에 기인하여 방출되는 페놀 및 알데히드는 공해물질로 작용하며, 소각시 유독성 가스가 배출되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로 코어층이 폴리올레핀계 폼으로 이루어지고 유리섬유 매트에 폴리올레핀계 레진을 함침한 보강지를 양면에 적층한 구조로 라미네이션하여 굴곡탄성률이 우수하고 VOC가 절감된 자동차 내장재용 복합소재와 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차 내장재용 복합소재는 폴리올레핀계 폼으로 마련된 코어층; 및 유리섬유 매트에 폴리올레핀계 레진이 함침되어 마련된 보강지;를 포함하고, 상기 보강지는 상기 코어층의 일면 또는 양면에 적층된다.
여기서, 상기 코어층은, 발포 배율이 10 내지 100배인 PP 또는 PE로 구성된 폴리올레핀계 폼으로, 두께가 2mm 내지 50mm인 것으로 마련될 수 있다.
그리고, 상기 유리섬유 매트는, 단위면적당 중량 범위가 20 내지 1,000g/㎡이고, 상기 유리섬유 매트를 이루는 유리섬유의 길이가 10 내지 100mm인 것으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 폴리올레핀계 레진은, PP, PE, LDPE로 이루어진 군 중 어느 하나 또는 이들을 혼합하여 마련되고, M.I가 10g/10min 내지 100g/10min인 것으로 마련될 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 자동차 내장재용 복합소재의 제조방법은 폴리올레핀계 폼으로 코어층을 형성하는 코어층 형성단계; 유리섬유 매트에 폴리올레핀계 레진을 함침하여 보강지를 형성하는 보강지 형성단계; 및 상기 코어층의 일면 또는 양면에 상기 보강지를 부착하는 보강지 부착단계;를 포함한다.
여기서, 상기 보강지 형성단계는, 상기 유리섬유 매트에 용융된 폴리올레핀계 레진을 T-DIE를 이용하여 일면 또는 양면에 코팅 후 압착하여 함침하여 마련될 수 있다.
그리고, 상기 보강지 형성단계는, 상기 폴리올레핀계 레진과 상기 유리섬유 매트를 20:80 내지 80:20 중량%의 비율로 혼합하여 상기 보강지를 제작할 수도 있다.
상기 보강지 부착단계는, 상기 보강지의 적어도 일면을 가열하는 가열단계; 및 상기 코어층에 가열된 상기 보강지를 적층한 후 압착하여 라미네이션하는 압착단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가열단계는, 상기 보강지의 표면온도가 100 내지 250℃가 되도록 간접 예열 방식으로 가열할 수 있다.
그리고, 상기 압착단계는, 상기 코어층에 상기 보강지를 적층한 후 냉간롤러를 통과시켜 압착하되, 상기 냉간롤러 간의 갭이 2 내지 50mm를 유지하면서 제조할 수 있다.
본 발명의 자동차 내장재용 복합소재는 폴리올레핀계 레진과 유리섬유 매트가 완전히 함침되어 인장강도가 우수한 보강지를 제조하고, 폴리올레핀계 폼과 양면에 상기 보강지를 3층 구조로 라미네이션하여 제조된 것으로, 굴곡탄성률이 우수하고, VOC 절감 효과를 얻을 수 있다.
또한 유리섬유 매트를 폴리올레핀계 레진에 완전히 함침시킨 보강지는 자동차 내장재용 복합소재의 성형 전후에 발생하는 유리섬유 분진을 최소화 할 수 있어 인체에 대한 유해성도 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예 내지 제2 실시예에 의한 제조방법으로 제작된 보강지의 구성을 개략적으로 도시해 보인 도면,
도 2는 제1 실시예 내지 제2 실시예에 의한 제조방법으로 제작된 자동차 내장재용 복합소재의 구성을 개략적으로 도시해 보인 도면,
도 3은 도 1의 폴리올레핀계 레진을 유리섬유 매트에 함침하는 공정을 개략적으로 도시해 보인 도면,
도 4은 도 2의 양면의 보강지와 코어층인 폴리올레핀계 폼의 라미네이션 공정을 개략적으로 도시해 보인 도면,
도 5는 종래 차량용 복합소재인 비교예 1과 본 발명에 따라 제조된 실시예 1과의 VOC 방출량에 대한 비교평가 그래프이다.
본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 자동차 내장재용 복합소재에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 내지 제2 실시예에 의한 자동차 내장재용 복합소재에 양면에 적용되는 보강지(100)의 구성을 개략적으로 도시해 보인 도면이다.
본 발명의 자동차 내장재용 복합소재를 구성하는 보강지(100)는 유리섬유 매트(110)를 폴리올레핀계 레진(120)으로 함침시켜 제조된다.
상기 유리섬유 매트(110)는 단위 면적당 중량이 20g/㎡ 내지 1,000g/㎡인 것이 바람직하다.
유리섬유 매트의 단위 면적당 중량이 20g/㎡ 미만인 경우 매트의 공극이 커서 폴리올레핀계 레진(120)을 함침되기가 어렵고, 단위 면적당 중량이 1,000g/㎡ 초과하는 경우 용융상태의 폴리올레핀계 레진(120)이 유리섬유 매트(110) 내부로 스며들기가 어려워 보강지(100) 내 박리 현상이 발생한다. 또한, 보강지(100)의 기계적 물성을 향상시키기 위해서 유리섬유 매트를 구성하는 유리섬유의 길이는 10mm 내지 100mm인 것이 바람직하다.
상기 폴리올레핀계 레진(120)은 유리섬유 매트(110)에 함침되어 보강지(100)의 기계적 물성을 향상시키는 역할을 한다.
폴리올레핀계 레진(120)은 PP, PE. LDPE로 이루어진 군에서 단독 또는 이들의 혼합물로 마련될 수 있으며, M.I(용융흐름지수)가 10 g/10min 내지 100 g/10min인 것이 바람직하다.
M.I가 10 g/10min 미만인 경우 용융된 폴리올레핀계 레진(120)이 유리섬유 매트(110)에 함침이 제대로 이루어지지 않으며, 100 g/10min을 초과할 경우 보강지(100)의 열에 대한 변형 현상 발생 및 기계적 물성 강화효과가 낮아진다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 내지 제2 실시예에 의한 자동차 내장재용 복합소재는 폴리올레핀계 폼으로 구성된 코어층(200)과 유리섬유 매트의 양면에 폴리올레핀계 레진이 함침된 보강지(100)를 포함한다.
본 발명의 상기 코어층(200)으로 사용되는 폴리올레핀계 폼은 PP, PE로 구성되고 발포배율이 10배 내지 100배인 것으로 마련된다. 발포 배율이 10배 미만인 경우 경량화가 이루어지지 않고, 발포배율이 100배를 초과하는 경우 굴곡탄성률과 내열성이 저하되는 단점이 있다.
또한, 자동차 부품 성형에 사용되기 때문에 두께는 일정치수로 형성되어야 하며, 두께는 2mm 내지 50mm인 것이 바람직하다.
도 3을 참조하면, 상기 보강지(100)를 제작하는 방법은 폴리올레핀계 레진(120)을 압출기(310)을 통해 100℃ 내지 250℃로 압출하여 용융상태로 만든 후, 용융된 레진을 T-DIE(320)로 유리섬유 매트(110)에 균일하게 코팅하고 10℃내지 70℃ 온도의 냉간롤러 1쌍(330)으로 0.5MPa 내지 10MPa의 압력으로 압착하여 함침한다.
이때 용융상태의 폴리올레핀 레진(120)을 일면에 코팅하여 냉간롤러(330)의 압력으로 함침할 수 있다. 보다 바람직하게는 양면을 코팅하여 함침하는 것이 자동차 내장재용 복합소재에 사용하기에 적합하다.
또한 냉간롤러(330)를 통해 용융레진이 충분한 압력으로 압착하지 않을 경우 용융된 레진이 유리섬유 매트(110)에 함침되지 않고, 과한 압력이 가해질 경우 유리섬유 매트(110)가 파손되거나 용융상태의 폴리올레핀계 레진(120)이 코팅면 외부로 밀려나 유리섬유 매트(110)와 폴리올레핀 레진(120)의 조성 비율이 변화할 수 있다.
상기 유리섬유 매트(110)와 폴리올레핀계 레진(120)이 20:80 내지 80:20 중량%의 비율로 구성하는 것이 바람직하며, 상기 비율을 벗어나는 경우 기계적 물성 강화 효과가 적거나 함침이 이루어지지 않아 자동차 내장재용 복합소재의 보강지(100)로 사용하기에 적합하지 않다. 이때, 보강지(100)의 단위 면적당 중량이 25g/㎡ 내지 2,000g/㎡로 제작될 수 있다.
도 4를 참조하면, 코어층(200)인 폴리올레핀계 폼을 중심으로 양면에 상기 보강지(100)를 라미네이션하는 방법은 보강지(100)와 코어층(200)의 접착면을 IR히터 내지 세라믹 히터(410)를 사용하여 간접예열 방식으로 100℃ 내지 250℃로 가열하여 보강지(100)와 코어층(200)인 폴리올레핀계 폼의 접착면을 충분히 녹인 후, 10℃내지 70℃ 온도의 냉간롤러 1쌍(420)의 갭을 2mm 내지 50mm 두께로 유지한 채 냉간롤러(420) 사이를 통과하며 압착하는 방식으로 라미네이션 하는 것이 바람직하다.
상기 양면의 보강지(100)와 코어층(200)은 10:90 내지 90:10 중량%로 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 제작된 자동차 내장재용 복합소재의 단위 면적당 중량은 200g/㎡ 내지 3,000g/㎡이며 두께는 2mm 내지 50mm로 제작될 수 있다.
이하에서는, 본원발명의 실시예에 의한 자동차 내장재용 복합소재의 제1 대표 실시예와 종래 소재를 비교하여 살펴 본다.
본원발명의 제1 대표 실시예에 의한 자동차 내장재용 복합소재는, 도 2에 도시된 바와 같이, 폴리올레핀계 폼으로 마련된 코어층(200)과, 상기 코어층(200)의 양면에 보강지(100)가 3층으로 구성되고, 라미네이션 공정을 거쳐 제조한다.
여기서, 상기 코어층(200)은 발포 배율이 25배, 두께가 5mm, 단위 면적당 중량이 200g/㎡이고 PP로 구성되는 폴리올레핀 폼으로 마련된다.
상기 보강지는(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 단위면적당 중량이 100g/㎡이고 매트를 구성하는 유리섬유의 길이가 60mm인 유리섬유 매트(110)에 M.I 40g/10min인 PP로 구성되는 폴리올레핀계 레진(120)을 압출 공정을 통해 온도가 200℃인 용융상태로 T-DIE(320)로 유리섬유 매트(110)에 일면의 단위면적당 중량이 80 g/㎡으로 양면에 균일하게 코팅한 후 압착하여 함침하였다.
이 때, 냉간롤러 1쌍(330)의 온도는 25℃이고, 1MPa의 압력으로 용융상태의 폴리올레핀계 레진이(120) 코팅된 유리섬유 매트(110)를 압착하여 보강지(100)를 제조하였다.
상기 보강지(100)는 유리섬유 매트(120)와 PP 레진(110)이 39:61 중량%의 조성비율로 제작되었고, 이렇게 제작된 보강지(100)의 단위면적당 중량은 260 g/㎡이다.
제1 대표 실시예에 따른 자동차 내장재용 복합소재는 상기 단위면적당 중량이 200g/㎡인 코어층(200)과 양면에 단위면적당 중량이 260g/㎡인 보강지(100)의 각 접착면을 IR히터 내지 세라믹 히터(410)를 사용하여 간접 예열 방식으로 각 소재의 표면온도가 200℃가 되어 표면이 용융된 상태에서 적층하고 냉간 압착을 통해 라미네이션 하였다.
이 때, 냉간롤러 1쌍(420)의 온도는 25℃이고, 롤러간의 갭은 5mm인 상태로 3층 구조로 적층된 코어층과 양면의 보강지를 압착하여 라미네이션 하였다.
이렇게 제작된 본 발명의 자동차 내장재용 복합소재는 코어층(200)과 양면의 보강지(100)의 비율이 28:72 중량%이고, 두께가 5mm이며 단위 면적당 총 중량은 720g/㎡이다.
이와 비교하여, 종래에 차량의 헤드라이너의 소재로 사용되는 폴리우레탄 발포 복합소재에 대하여 굴곡탄성률 테스트를 수행하였다. 종래의 폴리우레탄 발포 복합소재는 폴리우레탄 폼의 양면에 PU 본드, 유리섬유 매트, 부직포로 이루어진 보강층을 적층 후 경화하여 제작하였다. 이렇게 제작된 종래의 소재인 폴리우레탄 발포 복합소재는 단위면적당 총 중량이 720g/㎡이다.
아래 표 1은 종래의 복합소재와 본 발명으로 제조된 복합소재를 굴곡시험을 통해 굴곡탄성률을 비교한 결과이다. 동일 중량인 720g/㎡에서 비교예 1과 실시예 1을 비교시 종래 폴리우레탄 발포 복합소재 대비 본 발명의 실시예 1로 제작된 자동차 내장재용 복합소재는 굴곡탄성률이 3배 이상 높은 물성값을 보인다.
또한 단위 면적당 총 중량이 120 g/㎡이 낮은 실시예 2와 비교시에도 비교예 1 대비 굴곡탄성률이 2배 이상 높아 경량화가 되면서도 굴곡탄성률은 우수한 자동차 내장재용 복합소재를 제조할 수 있다.
구분 비교예 1 실시예 1 실시예 2
보강지 부직포:50g/㎡
유리섬유매트:160g/㎡
PU 본드:50g/㎡		 PP 레진:80g/㎡
유리섬유매트:100g/㎡
PP 레진:80g/㎡		 PP 레진:50g/㎡
유리섬유매트:100g/㎡
PP 레진:50g/㎡
코어층 PU 폼:200g/㎡ PP 폼:200g/㎡ PP 폼:200g/㎡
보강지 부직포:50g/㎡유리섬유매트:160g/㎡
PU 본드:50g/㎡		 PP 레진:80g/㎡
유리섬유매트:100g/㎡
PP 레진:80g/㎡		 PP 레진:50g/㎡
유리섬유매트:100g/㎡
PP 레진:50g/㎡
중량 720 g/㎡ 720 g/㎡ 600 g/㎡
굴곡탄성률 80 MPa 250 MPa 200 MPa
도 5는 종래 차량의 복합소재인 비교예 1과 본 발명의 실시예 1에 의한 복합소재의 VOC방출량에 대한 비교평가 결과이다. 종래 소재인 폴리우레탄 발포 복합소재는 PU 본드와 PU 폼의 사용으로 BENZENE, TOLUENE, ETHYL BENZENE, XYLENE, HCHO, ACET ALDEHYDE 등의 원인물질의 총 VOC 방출량이 728㎍/㎥로 과량 발생하나, 본 발명에 따라 제조된 제1 대표 실시예에 따른 자동차 내장재용 복합소재는 VOC 방출량이 적은 유리섬유와 폴리올레핀계 소재를 적용하여 총 VOC 방출량이 428㎍/㎥로 종래소재 대비 약 40% 감소하는 결과를 보였다. 상기의 특성은 자동차 내장 부품 적용에 있어 문제시 되고 있는 VOC 방출량에 따른 냄새와 이에 따른 인체 유해성을 효과적으로 개선할 수가 있다.
따라서, 본 발명에 의한 자동차 내장재용 복합소재는 종래 차량의 헤드라이너 소재로 사용되는 폴리우레탄 발포 복합소재와 비교하여 동일 중량에서 굴곡탄성률이 약 3배 우수하고 이에 따른 경량화가 가능하고, 자동차 내장 부품에서 중요한 VOC 발생량이 약 40% 감소하여 VOC 발생에 따른 냄새 및 유해성을 효과적으로 개선할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
100 : 보강지
110 : 폴리올레핀계 레진
120 : 유리섬유 매트
200 : 코어층
310 : 압출기
320 : T-DIE
330, 420 : 냉간롤러
410 : 히터

Claims (10)

  1. 폴리올레핀계 폼으로 마련된 코어층; 및
    상기 코어층의 양면에 적층되고, 유리섬유 매트에 폴리올레핀계 레진이 함침되어 마련된 보강지;를 포함하고,
    상기 코어층은, 발포 배율이 25배인 PP 또는 PE로 구성된 폴리올레핀계 폼으로, 두께가 5mm, 단위 면적당 중량이 200g/㎡이고,
    상기 유리섬유 매트는, 단위면적당 중량이 100g/㎡이고, 상기 유리섬유 매트를 이루는 유리섬유의 길이가 60mm이고,
    상기 폴리올레핀계 레진은, PP로 마련되고, M.I가 40g/10min이고,
    상기 보강지는, 상기 유리섬유 매트에 상기 폴리올레핀계 레진을 100g/㎡ 또는 160g/㎡ 단위면적당 중량으로 혼합하여 제작된 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 복합소재.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 폴리올레핀계 폼으로 코어층을 형성하는 코어층 형성단계;
    유리섬유 매트에 폴리올레핀계 레진을 함침하여 보강지를 형성하는 보강지 형성단계; 및
    상기 코어층의 양면에 상기 보강지를 부착하는 보강지 부착단계;를 포함하고,
    상기 코어층은, 발포 배율이 25배인 PP 또는 PE로 구성된 폴리올레핀계 폼으로, 두께가 5mm, 단위 면적당 중량이 200g/㎡이고,
    상기 유리섬유 매트는, 단위면적당 중량이 100g/㎡이고, 상기 유리섬유 매트를 이루는 유리섬유의 길이가 60mm이고,
    상기 폴리올레핀계 레진은, PP로 마련되고, M.I가 40g/10min이고,
    상기 보강지는, 상기 유리섬유 매트에 상기 폴리올레핀계 레진을 100g/㎡ 또는 160g/㎡ 단위면적당 중량으로 혼합하여 제작된 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 복합소재의 제조방법.
  6. 제5항에 있어,
    상기 보강지 형성단계는,
    상기 유리섬유 매트에 용융된 폴리올레핀계 레진을 T-DIE를 이용하여 일면 또는 양면에 코팅 후 압착하여 함침하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 복합소재의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어,
    상기 보강지 부착단계는,
    상기 보강지의 적어도 일면을 가열하는 가열단계; 및
    상기 코어층에 가열된 상기 보강지를 적층한 후 압착하여 라미네이션하는 압착단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 복합소재의 제조방법.
  9. 제8항에 있어,
    상기 가열단계는,
    상기 보강지의 표면온도가 100 내지 250℃가 되도록 간접 예열 방식으로 가열하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 복합소재의 제조방법.
  10. 제8항에 있어,
    상기 압착단계는,
    상기 코어층에 상기 보강지를 적층한 후 냉간롤러를 통과시켜 압착하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 복합소재의 제조방법.
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