KR20040035914A - 표면 열처리 견면 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단열 및 흡음자재로서 적용 가능한 폴리에스테르 섬유를 원료로 하는 표면열처리 견면에 관한 것으로서, 본 견면은 제조공정 후단부에 1조 ~ 3조의 상하 핫프레스 롤러(Hot Press Roller)를 장착하여 견면의 표면을 연속적으로 열처리하여 특정수준의 피막을 형성하게 하여 제조할 수 있으며, 이러한 구성의 견면은 기존의 제품과 대비하여 표면 평활성 및 휨강도 등이 개선되고 시공성 및 인테리어성이 양호하게 되며, 표면공극의 크기를 조절하여 촉감, 흡음성 및 방습성 등의 각종 성능이 개선되는 등의 장점이 있다.

Description

표면 열처리 견면{Fiber board with thermally-treated surface}
본 발명은 섬유를 보드 형태로 압축한 견면에 관한 것으로서, 특히 단열 및 흡음자재로서 적용 가능한 폴리에스테르 섬유를 원료로 하는 표면열처리 견면에 관한 것이다.
폴리에스테르 견면은 주로 침대 매트리스 소재와 같은 침장용도로 사용되어 왔으나, 최근에는 유리면이나 암면 등과 같은 기존의 단열 및 흡음자재에 비하여 인체에 무해하고, 재활용이 가능한 환경친화적인 소재라는 특징이 있어 이들의 대체재로서 크게 각광받고 있다.
그러나 건축 및 산업용 단열재나 흡음재로 판매되고 있는 폴리에스테르 견면은 기존의 침장용도에 비하여 촉감, 표면평활성, 원단부착시의 시공성, 흡음성, 휨강도, 방습성 등의 성능이 강조되어 이에 대한 개선이 요구되고 있는 실정이다.
따라서 본 발명자들은 상기한 바와 같은 요구를 충족시킬 수 있는 새로운 형태의 폴리에스테르 견면을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명자는 폴리에스테르 섬유의 열가소성적인 특성을 이용하여 열융착 공정에서 열접착된 견면의 표면에 적정수준으로 연속적인 피막을 형성할 경우 건축 및 산업용 단열재나 흡음재에 요구되는 특성들의 개선을 가져올 수 있음을 알게되었으며, 또한 이러한 표면열처리 견면은 열융착 공정 후단에 핫프레스 롤러를 장착하여 적정한 수준의 표면피막을 형성할 수 있도록 함으로써 별도의 프레싱공정없이 견면제조공정상에서 연속적으로 제조할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
도 1은 기존의 폴리에스테르 견면의 제조공정도,
도 2는 본 발명에 따르는 표면 열처리 폴리에스테르 견면 제조방법의 일예를 나타낸 공정도,
도 3은 실시예 1의 폴리에스테르 견면의 표면 확대사진,
도 4는 비교예 1의 폴리에스테르 견면의 표면 확대사진.
본 발명에 의하면 융점이 80 ~ 120℃인 저융점 폴리에스테르를 전체 또는 부분적으로 함유하는 폴리에스테르 바인더섬유와 융점이 상기 저융점 폴리에스테르 보다 상대적으로 높은 폴리에스테르 매트릭스섬유로 구성된 열융착 견면에 있어서,상기 견면의 표면층에 150 ~ 250℃의 온도로 설정된 핫프레스 롤러로 가압하는 것에 의해 형성된 열처리 피막을 가지며, 상기 열처리 피막의 평균공극크기가 500㎛이하인 것을 특징으로 하는 표면열처리 견면이 제공된다.
또한 상기한 표면열처리 견면을 제조하기 위한 바람직한 방법의 일예로서 융점이 80 ~ 120℃인 저융점 폴리에스테르를 전체 또는 부분적으로 함유하는 폴리에스테르 바인더섬유와 융점이 상기 저융점 폴리에스테르 보다 상대적으로 높은 폴리에스테르 매트릭스섬유를 혼합 및 카딩하여 얻은 웹을 적층하고 적층된 웹을 상기 저융점 폴리에스테르의 융점보다 높고 폴리에스테르 메트릭스 섬유의 융점보다 낮은 온도에서 열융착하여 견면을 제조하는 공정, 상기 열융착된 견면을 냉각하는 공정, 냉각된 견면의 일면 또는 양면을 150 ~ 250℃의 온도로 설정된 핫프레스 롤러로 가압하여 평균공극크기 500㎛이하의 열처리 피막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 열처리 견면의 제조방법이 제공된다.
이하, 본발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 견면은 융점이 80 ~ 120℃인 저융점 폴리에스테르를 전체 또는 부분적으로 함유하는 폴리에스테르 바인더섬유와 융점이 상기 저융점 폴리에스테르 보다 상대적으로 높은 폴리에스테르 매트릭스섬유로 구성되며, 그 표면층에 150 ~ 250℃의 온도로 설정된 핫프레스 롤러로 가압하는 것에 의해 형성되는 피막의 평균공극크기가 500㎛이하, 바람직하게 50 ~ 500㎛, 보다 바람직하게 100 ~ 400㎛인 열처리 피막을 갖는다.
견면의 표면층에 형성된 열처리 피막의 평균공극크기에 따른 표면열처리 견면의 물성변화를 분석한 결과 본 발명에 따르는 평균공극크기를 만족하는 경우에 표면열처리 견면의 흡음성이 5 ~ 20% 정도 향상되고, 휨강도가 5 ~ 50% 향상되며, 방습성이 50 ~ 70% 향상되는 효과가 얻어지게 되는 것으로 나타났다.
견면의 표면층에 형성된 열처리 피막의 평균공극크기가 500㎛를 초과하는 경우에는 견면의 흡음성과 휨강도 및 방습성의 개선정도가 부족하다는 문제점이 있다. 한편, 견면의 표면층에 형성되는 열처리 피막의 평균공극크기를 너무 작게 하고자 하는 경우에는 고온에서 장시간 핫프레스 롤러로 처리해야 하고, 고온 핫프레스 롤러에 의한 처리시간이 너무 길어지게 되면 제품자체의 변형을 초래할 수 있기 때문에 평균공극크기를 50㎛ 이상, 바람직하게 100㎛ 이상이 되게 하는 것이 바람직하다.
본 발명 견면을 구성하는 폴리에스테르 바인더 섬유는 융점이 80∼120℃인 저융점 폴리에스테르를 전체 또는 부분적으로 함유하며 단섬도가 2 ~ 4 데니어인 것이 바람직하고 그 함량은 전체 견면구성 섬유중 20 ~ 80중량%가 적당하며, 폴리에스테르 매트릭스 섬유는 융점이 폴리에스테르 바인더 섬유보다 높고 단섬도가 3 ~ 15 데니어인 것이 바람직하고 그 함량은 전체 견면구성 섬유중 20 ~ 80중량%가 적당하다.
본 발명에서 사용되는 폴리에스테르 매트릭스섬유는 성형후의 촉감 및 외관과 표면강도를 개선하는 역할과 흡음 및 단열 역할을 하는 것으로서 소정의 비율로 혼합된 섬유를 사용하되 3 ~ 15데니어인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기의 폴리에스테르 바인더섬유의 경우에는 융점이 80 ~ 120℃인 저융점 폴리에스테르만으로 이루어진 바인더 섬유를 사용할 수도 있으나, 바람직하기로는 융점 80 ~ 120 ℃의 저융점 폴리에스테르와 고융점 폴리에스테르가 복합된 시스코어형 또는 사이드바이사이드(side-by-side)형 폴리에스테르 복합섬유를 사용하여 후의 열융착공정에서 바인더용 폴리에스테르 복합섬유의 저융점 폴리에스테르 만이 용융되어 폴리에스테르 매트릭스섬유와 결합하도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르는 표면 열처리 견면을 제조하기에 바람직한 방법의 일예를 들어 설명하기로 한다.
우선 바인더섬유와 매트릭스섬유를 혼합한 후 카딩하여 웹을 형성하고 이 웹을 적층한 다음 예열처리수단에서 예열하여 용융열처리수단으로 공급되는 웹적층물의 섬유가 흐트러지지 않고 균일하게 배열되도록 한다. 용융열처리수단에서 웹적층물은 바인더섬유의 용융온도 이상과 매트릭스섬유의 용융온도 이하의 온도, 바람직하게 100 ~ 150℃에서 용융열처리하여 열접착된 견면을 제조한다. 다음, 용융열처리된 견면을 냉각존를 통과하면서 표면을 냉각시킨 후 핫프레스롤러가 설치된 공정을 통과하게 된다. 이때 핫프레스 롤러의 온도는 용융열처리온도보다 높은 온도, 바람직하게 150 ~ 250℃로 설정한다. 견면을 열융착이후 냉각존를 통과하면서 표면을 냉각시키는 이유는 열융착공정을 통과한 견면을 바로 핫프레스 롤러로 이송하게 되면, 표면에 남아있는 잔열에 의해 견면이 롤러에 달라붙는 현상이 발생하게 되기 때문에 우선적으로 표면을 냉각하는 것이다.
냉각된 견면은 핫프레스 롤러 사이를 통과되면서 제품의 양면 또는 한쪽면이 열처리되는데 이때 상하 2개로 구성된 롤러를 1조로 하여 1조 내지 3조으로 형성된 핫프레스 롤러를 통과되면서 견면의 구성 섬유중 핫프레스 롤러와 인접한 부분에 위치한 견면의 바인더섬유가 용융, 압착되어 열융착견면의 내부층과 밀도 및 공극크기가 상이한 피막을 형성하게 되고, 이후 다시 한번 냉각공정을 통과하면서 제품이 일정두께로 고정되게 된다. 핫프레스 롤러에서 견면의 일면만을 열처리하고자 하는 경우에는 1조의 롤러중 하나를 설정온도 이하로 조절하면 되고, 양면 모두를 열처리하고자 하는 경우에는 1조의 롤러 모두를 설정온도 이상으로 조절하면 된다.
한편, 폴리에스테르 바인더섬유의 구성성분을 증가시키거나, 핫프레스 롤러의 온도나 압력 및 사용롤러를 증가시키면 피막의 두께 및 밀도가 올라가고, 공극의 크기가 더욱 작아지는 특성이 있으므로 용도에 따라 적정한 수준의 피막을 조절할 수 있게 된다. 특히, 견면 표면층에서의 공극 크기를 제한적으로 유지함으로써 본 발명에 서 목적하는 효과를 극대화시킬 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단, 본 발명이 하기 실시예로 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
바인더섬유로서 단섬도 4데니어인 시스코어형 폴리에스터 복합섬유(시스부 융점 120℃) 60중량%와, 매트릭스 섬유로써 단섬도 15데니어인 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(융점 260℃) 40중량% 사용하여 오프닝(opening), 믹싱(mixing) 및카딩(carding)하여 얻은 웹을 적층(laying)하고 예열한 후 130℃에서 용융열처리하여 바인더 섬유와 메트릭스 섬유를 열접착시키고, 이를 냉각한 후 온도가 150℃로 설정되고 접촉압력이 38.5㎏/㎝(10 Ton/롤러) 이상으로 설정된 핫프레스 롤러를 통과시켜 양면에 열처리피막이 형성된 두께 25㎜, 밀도 100 ㎏/㎥의 표면열처리 견면을 제조한 후, 소정의 크기로 절단(cutting)하여 시료를 채취하였다. 시료의 표면을 확대촬영하였으며 (도 3 참조), 또한 평균공극크기, 흡음성능과 휨강도를 다음과 같은 방법으로 측정하였다.
- 평균공극 크기 : 견면에서 1㎠의 시료를 채취하여 표면층에서 측정.
- 흡음성능 : KS F 2814-2(임피던스 관에 의한 흡음계수와 임피던스의 결정방법)에 의거 전달함수법으로 테스트하고 잔향실 흡음율 시험결과의 단일수치 대표값으로 사용되는 NRC값을 적용함.
- 휨강도 : KS M 3808(발포 폴리스티렌 보온재의 시험방법)에 의거 측정.
이들의 측정결과는 표 2에 제시된다.
[실시예 2 내지 4]
표 1에 나타낸 바와 같이 핫프레스에 의한 열처리 조건을 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[비교예 1]
바인더섬유로서 단섬도 4데니어인 시스코어형 폴리에스터 복합섬유(시스부융점 120℃) 60중량%와, 매트릭스 섬유로써 단섬도 15데니어인 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(융점 260℃) 40중량% 사용하여 오프닝(opening), 믹싱(mixing) 및 카딩(carding)하여 얻은 웹을 적층(laying)하고 예열한 후 130℃에서 용융열처리하여 바인더 섬유와 메트릭스 섬유를 열접착시키고, 이를 냉각하여 견면을 제조한 후 소정의 크기로 절단(cutting)하여 시료를 채취하였다. 시료의 표면을 확대촬영하였으며 (도 4 참조), 또한 평균공극크기, 흡음성능과 휨강도를 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하였다. 측정결과는 표 2에 제시된다.
[실시예 5]
바인더섬유로서 단섬도 4데니어인 시스코어형 폴리에스터 복합섬유(시스부 융점 120℃) 30중량%와, 매트릭스 섬유로써 단섬도 3데니어인 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(융점 260℃) 40중량% 사용하여 오프닝(opening), 믹싱(mixing) 및 카딩(carding)하여 얻은 웹을 적층(laying)하고 예열한 후 130℃에서 용융열처리하여 바인더 섬유와 메트릭스 섬유를 열접착시키고, 이를 냉각한 후 온도가 150℃로 설정되고 접촉압력이 38.5㎏/㎝(10 Ton/롤러) 이상으로 설정된 핫프레스 롤러를 통과시켜 양면에 열처리피막이 형성된 두께 50㎜, 밀도 32 ㎏/㎥의 표면열처리 견면을 제조한 후, 소정의 크기로 절단(cutting)하여 시료를 채취하였다. 채취된 시료의 평균공극크기, 흡음성능과 휨강도를 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하였으며, 또한 투습계수를 KS F 2607(건축재료의 투습성 측정방법)의 5.2 컵법을 적용하여 측정하였다. 측정결과는 표 2에 제시된다.
[실시예 6]
표 1에 나타낸 바와 같이 핫프레스에 의한 열처리 조건을 변경한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 절차를 반복하였다.
[비교예 2]
바인더섬유로서 단섬도 4데니어인 시스코어형 폴리에스터 복합섬유(시스부 융점 120℃) 30중량%와, 매트릭스 섬유로써 단섬도 3데니어인 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(융점 260℃) 70중량% 사용하여 오프닝(opening), 믹싱(mixing) 및 카딩(carding)하여 얻은 웹을 적층(laying)하고 예열한 후 130℃에서 용융열처리하여 바인더 섬유와 메트릭스 섬유를 열접착시키고, 이를 냉각하여 견면을 제조한 후 소정의 크기로 절단(cutting)하여 시료를 채취하였다. 채취된 시료의 평균공극크기, 흡음성능과 휨강도 및 투습계수를 실시예 5와 동일한 방법으로 측정하였다. 측정결과는 표 2에 제시된다.
구분 두께(mm) 밀도(㎏/㎥) 섬유의 구성 핫프레스 롤러
바인더섬유 매트릭스섬유 온도(℃) 처리면
실시예 1 25 100 4 de60wt% 15de40wt% 150 양면
실시예 2 25 100 4 de60wt% 15de40wt% 200 양면
실시예 3 25 100 4 de60wt% 15de40wt% 200 한면
실시예 4 25 100 4 de60wt% 15de40wt% 250 양면
비교예 1 25 100 4 de60wt% 15de40wt% - -
실시예 5 50 32 4 de30wt% 3de40wt% 200 한면
실시예 6 50 32 4 de30wt% 3de70wt% 200 양면
비교예 2 50 32 4 de30wt% 3de70wt% - -
구분 표면공극크기(㎛) 물성
흡음성(NRC) 휨강도(N/㎠) 투습계수(g/㎡hmmHg)
실시예 1 300 0.45 11.3 -
실시예 2 150 0.46 14.1 -
실시예 3 150 0.46 12.0 -
실시예 4 80 0.48 17.9 -
비교예 1 750 0.42 11.3 -
실시예 5 400 0.75 0.294 0.580
실시예 6 400 0.75 0.302 0.360
비교예 2 1300 0.70 0.289 0.340
상기한 표 2의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 본발명의 표면 열처리 견면의 경우 기존의 견면에 대비하여 단열 및 흡음자재로서 요구되는 촉감, 표면평활성, 흡음성, 휨강도, 방습성 등을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 기존의 제조공정 개선을 통하여 연속적으로 생산할 수 있는 장점을 가지고 있다.

Claims (4)

  1. 융점이 80 ~ 120℃인 저융점 폴리에스테르를 전체 또는 부분적으로 함유하는 폴리에스테르 바인더섬유와 융점이 상기 저융점 폴리에스테르 보다 상대적으로 높은 폴리에스테르 매트릭스섬유로 구성된 열융착 견면에 있어서, 상기 견면의 표면층에 150 ~ 250℃의 온도로 설정된 핫프레스 롤러로 가압하는 것에 의해 형성된 열처리 피막을 가지며, 상기 열처리 피막의 평균공극크기가 500㎛이하인 것을 특징으로 하는 표면열처리 견면.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열처리 피막의 평균공극크기가 50 ~ 500㎛인 것을 특징으로 하는 표면열처리 견면.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열처리 피막의 평균공극크기가 100 ~ 400㎛인 것을 특징으로 하는 표면열처리 견면.
  4. 융점이 80 ~ 120℃인 저융점 폴리에스테르를 전체 또는 부분적으로 함유하는폴리에스테르 바인더섬유와 융점이 상기 저융점 폴리에스테르 보다 상대적으로 높은 폴리에스테르 매트릭스섬유를 혼합 및 카딩하여 얻은 웹을 적층하고 적층된 웹을 상기 저융점 폴리에스테르의 융점보다 높고 폴리에스테르 메트릭스 섬유의 융점보다 낮은 온도에서 열융착하여 견면을 제조하는 공정, 상기 열융착된 견면을 냉각하는 공정, 냉각된 견면의 일면 또는 양면을 150 ~ 250℃의 온도로 설정된 핫프레스 롤러로 가압하여 평균공극크기 500㎛이하의 열처리 피막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 열처리 견면의 제조방법.
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