KR20110024179A

KR20110024179A - 차량 루프 헤드라이너 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20110024179A
Application number: KR1020090082067A
Authority: KR
Inventors: 류승수; 김헌수; 정희준; 김주용; 홍소야
Original assignee: 현대자동차주식회사; 숭실대학교산학협력단
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2011-03-09
Also published as: US20110049939A1; DE102009044649A1

Abstract

백패널 및 열성형 과정에 백패널과 접착된 스킨패널을 구비하는 차량 루프 헤드라이너 및 이의 제조방법이 소개된다. 상기 스킨패널은 발포시트에 원단의 이면이 합착된 구조를 가지며, 원단 이면에는 원적외선 방출 물질이 함유된 방사용액(spinning solution)이 원단 하면에 전기방사된 후 상기 열성형 과정에 녹아 원단의 섬유 조직과 결합된 나노섬유 부직포가 마련된다. 이러한 헤드라이너는 원적외선 방출 성능이 우수하여, 차량 탑승자의 건강 증진에 기여한다.

헤드라이너, 원적외선

Description

차량 루프 헤드라이너 및 이의 제조방법{VEHICLE ROOF HEADLINER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 원적외선 방출 성능이 우수한 차량 루프 헤드라이너 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

헤드라이너는 루프를 마감하는 차량 내장재로서, 통상적으로 질감이 좋아야 하며 쿠션감, 흡음성 등이 요구된다.

도 1을 참조하면, 종래 헤드라이너는 하드한 백패널(backing panel: 10) 상에 발포시트(11)와 원단(cloth: 12)이 차례로 라미네이트된 구조를 갖는다. 백패널(11)은 성형 후 헤드라이너가 그 형상을 유지할 수 있도록 하며, 발포시트(11)는 헤드라이너에 쿠션감을 제공한다. 원단(12)은 질감 및 흡음성을 좋게 한다.

위와 같은 헤드라이너의 제조방법으로는 한국공개특허 제1999-0010721호, 제2006-0066584호, 제2006-0043576호 등이 참조될 수 있는데, 이들 공보를 포함하여 헤드라이너와 관련된 종래기술들에는 운행시간 동안 좁고 밀폐된 공간에 머물러 있어야 하는 차량 탑승객을 위해 헤드라이너에 헬스 케어 기능을 부여하고 차량 실내 환경을 개선시키려는 시도나 적극적 고려가 없었던 것으로 보여진다.

한편, 지름이 수십에서 수백 나노미터에 불과하여 부피에 비해 표면적이 엄청나게 큰 초극세 실인 나노섬유가 알려져 있다. 이러한 나노섬유는 필터용이나 생화학 방어의복용으로 이용되는데, 원료가 되는 고분자 용액(방사용액)을 고전압 전기장을 가하여 긴 실로 뽑아내는 전기방사(electrospinning)에 의해 제조된다. 이러한 나노섬유 제조기술로는 한국공개특허 제2003-0048765호, 제2005-0071421호, 제2006-0062661호가 참조될 수 있다.

원적외선은 파장이 25㎛ 이상인 적외선으로서, 가시광선보다 파장이 길어서 눈에 보이지 않고 열작용이 크며 침투력이 강하다. 특히 원적외선의 열작용은 각종 질병의 원인이 되는 세균을 없애는 데 도움이 되고, 모세혈관을 확장시켜 혈액순환과 세포조직 생성에 도움을 주며, 세포조직을 활성화하여 노화방지, 신진대사 촉진, 만성피로 등 각종 성인병 예방에 효과가 있다. 이 때문에 원적외선이 다양한 산업 및 의료 분야에 응용되고 있다는 것은 주지의 사실이다.

본 발명은 차량 실내 환경의 개선을 위하여 원적외선 방출 성능을 갖는 차량 루프 헤드라이너를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 원적외선 방출 성능이 우수하며 공정이 간단한 차량 루프 헤드라이너 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 루프 헤드라이너는, 백패널 및 열성형 과정에 백패널과 접착된 스킨패널을 구비한다.

본 발명에 따르면, 상기 스킨패널은, 상기 백패널과의 접착을 매개하는 접착시트; 상기 접착시트 상에 합착되며 백패널보다 유연한 발포시트; 상기 발포시트 상에 합착된 원단(cloth); 및 상기 발포시트와 마주하는 원단의 하면에 마련되며, 원적외선 방출 물질이 함유된 방사용액(spinning solution)이 원단 하면에 전기방사된 후 상기 열성형 과정에 녹아 원단의 섬유 조직과 결합된 나노섬유 부직포;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 나노섬유 부직포는 100~500nm의 직경을 갖는 알루미늄 붕산염 수산화물의 섬유 구조를 구비할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 차량 루프 헤드라이너 제조방법은, 발포시트를 공급하는 과정; 상기 발포시트의 상면을 가열하면서 상면 상에 원단을 합착시키는 과정, 여기서, 원단은 그 하면에 원적외선 방출 물질이 함유된 방사용액의 전기방사에 의 해 형성된 나노섬유 부직포를 구비함; 및 상기 발포시트의 하면을 가열하면서 하면 상에 접착시트를 합착시키는 과정;을 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 제조과정들을 통하여 제조되어 아래로부터 접착시트, 발포시트 및 원단이 순차 적층된 구조를 갖는 스킨패널을 이보다 하드한 백패널 위에 포갠 후 금형 내에서 열과 압력을 가하여 일정 형상으로 성형하는 과정;을 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 방사용액은, PVP(Polyvinylpyrrolidone) 수지를 에탄올에 녹여 PVP 고분자 용액을 제조하는 과정; 및 붕산이 안정제로 함유된 알루미늄 아세테이트를, 에탄올과 증류수의 혼합용매에 혼합 및 졸-겔 반응시켜 알루미늄 수산화물 겔을 제조하는 과정; 및 상기 PVP 고분자 용액과 알루미늄 수산화물 겔을 혼합하는 과정;을 거쳐 제조될 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 PVP 고분자 용액에 포함된 PVP 수지는 전체 용액에 대해 4~6중량%일 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 알루미늄 수산화물 겔은, 에탄올과 증류수가 1~1.5:1의 부피비율로 혼합된 용매 1ml당 알루미늄 아세테이트가 0.15~0.33g 혼합될 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 PVP 고분자 용액과 알루미늄 수산화물 겔은 0.8~1.2:1의 몰비율로 혼합될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 원적외선 방출 성능이 우수한 차량 루 프 헤드라이너의 제공이 가능하다.

또한 본 발명에 따르면, 간단한 공정을 통해 원적외선 방출 성능이 우수한 차량 루프 헤드라이너를 제조할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 루프 헤드라이너 및 이의 제조방법에 대하여 살펴본다.

도 2를 참조하여 실시예에 따른 루프 헤드라이너에 대하여 살펴본다.

도 2에서 보듯이, 헤드라이너는 하드한 백패널(20)과, 상대적으로 소프트하며 열성형 과정에 백패널(20)과 합착된 소프트한 스킨패널(30)을 구비한다. 스킨패널(30)은 접착시트(31), 발포시트(32) 및 원단(33) 이 차례로 적층된 구조를 가지며, 접착시트(31)가 백패널(20)과 스킨패널(30) 간의 접착을 매개한다.

실시예에 따르면, 상기 발포시트(32)와 마주하는 원단(33)의 하면에는 나노섬유 부직포(34)가 마련된다. 이 나노섬유 부직포(34)는 원적외선 방출 물질이 함유된 고분자 용액의 전기방사에 의해 형성되어 상기 열성형 과정에 녹아 원단(33)의 섬유 조직과 단단히 결합된 것으로서, 바람직하게는 100~500nm의 직경을 갖는 알루미늄 붕산염 수산화물의 나노섬유 구조를 구비한다.

상기 헤드라이너는 차량 루프에 장착되었을 때 원단(33)이 차량 실내 쪽으로 배치되는데, 이렇게 실내 측으로 직접 노출될 뿐만 아니라 두께가 얇은 원단(33)의 이면(도 2에서 보기에 하면)에 나노섬유 부직포(34)가 마련되기 때문에, 상기 헤드라이더의 차량 실내로의 원적외선 방출율이 높다. 더욱이 상기된 알루미늄 붕산염 수산화물의 나노섬유를 갖는 부직포는 비표면적이 크고 섬유의 직경이 극세이기 때문에 고효율의 원적외선 방사 특성을 가지며, 따라서 헤드라이너의 차량 실내로의 원적외선 방출율을 좋게 한다.

도 3 및 도 4를 참조하여 실시예에 따른 헤드라이너 제조공정을 살펴본다.

[전기방사공정]

실시예에 따르면 헤드라이너의 원적외선 방출 특성은, 스킨패널(30) 준비 단계에서, 미리 원단(33)의 이면에 원적외선 방출층, 즉 나노섬유 부직포(34)를 형성함에 얻어진다.

도 3을 참조하면, 릴에 감겨진 원단(33)을 언와인딩하여 전기방사장치(40)로 원단(33)의 이면에 원적외선 방출 물질이 함유된 방사용액을 전기방사한 후, 가압롤러(51)를 거쳐 다시 원단(33)을 와인딩한다. 전기방사된 방사용액은 원단(33) 이면에 원적외선을 방출하는 나노섬유 부직포층을 형성한다.

상기 방사용액으로는 붕산이 안정제로 소량 함유된 알루미늄 아세테이트(Aluminum acetate contains boric acid as stabilzer)를 전구체로 하고, 폴리비닐피롤리돈(PVP: Polyvinylpyrrolidone) 수지를 지지체로 하는 PVP 고분자 용액이 사용된다. 이하에서 이러한 방사용액의 준비 및 전기방사 과정에 대하여 구체적으로 살펴본다.

ⅰ) 상기 PVP 수지를 에탄올에 녹여 상기 PVP 고분자 용액을 준비한다.

상기 PVP 수지는 PVP 고분자 용액 전체에 대해 4~6중량% 사용되는 것이 바람직한데, PVP 수지가 4중량% 미만으로 사용되면, 방사용액의 점도가 충분하지 않아 사용자가 안전하게 사용할 수 있는 전압(10kV~30kV) 범위에서의 방사성이 좋지 않다. 그리고 PVP 수지가 6중량% 초과 사용되는 경우, 방사용액의 점도가 너무 높아 전기방사에 의한 나노섬유의 획득이 어렵다.

ⅱ) 상기 붕산이 함유된 알루미늄 아세테이트를, 에탄올과 증류수가 혼합된 용매에 혼합 및 스터링하여 알루미늄 수산화물 겔을 준비한다.

상기 에탄올과 증류수는 1~1.5:1의 부피비율로 혼합되는 것이 바람직한데, 에탄올과 증류수의 부피비율 1:1 미만으로 하여 에탄올의 사용량을 줄이면, 용매의 휘발이 느려져 장기간의 졸 제조기간이 필요하게 되므로 경제적으로 적합하지 못한 문제가 있다. 그리고, 에탄올의 사용량을 증가시켜 상기 부피비율이 1.5:1를 초과하게 되면, 겔화 반응에 참여하는 증류수의 양이 상대적으로 줄어들게 되어 충분한 겔화 반응이 일어나지 못하는 문제가 있다.

상기 알루미늄 아세테이트는 상기 용매 1ml당 0.15~0.33g, 보다 바람직하게는 0.17~0.31g 혼합된다. 상기 용매 1ml당 0.15g, 보다 임계적으로는 0.17g 미만으로 사용되는 경우 알루미늄의 비율이 낮아 충분한 원적외선 방출효과를 얻기 어렵다. 상기 용매 1ml당 0.33g, 보다 임계적으로는 0.31g을 초과하여 사용할 경우 충분한 겔화 반응이 진행되지 않는다는 문제점이 있다. 이는 알루미늄 졸 용액 내의 용매의 양에 비해 과도한 알루미늄 아세테이트 전구체가 존재하게 되어, 가수분해와 축합반응에 참여하지 못하는 알루미늄 전구체의 함량이 높아지기 때문이다.

한편, 상기 스터링은 상온에서 24시간 정도 수행하는 것이 바람직하다.

ⅲ) 상기 PVP 고분자 용액과 알루미늄 수산화물 겔을 혼합 및 스터링하여 방 사용액을 제조한다.

상기 알루미늄 수산화물 겔과 PVP 고분자 용액은 알루미늄 아세테이트와 PVP 수지의 몰비율이 0.8~1.2:1이 되도록 혼합된다. 알루미늄 수산화물 겔의 혼합량을 감소시켜 상기 몰비율이 0.8:1 미만이 되면, 알루미늄의 비율이 낮아 충분한 원적외선 방출효과를 얻기 어렵다. 상기 몰비율이 1.2:1을 초과하는 정도로 알루미늄 수산화물 겔의 혼합량이 증가되면, 전기방사시 방사용액의 점도가 너무 낮아 사용자가 안전하게 사용할 수 있는 상기 전압범위에서의 전기방사가 어렵다.

상기 스터링은 상온에서 5시간 정도 수행하는 것이 바람직하다.

ⅳ) 상기 방사용액을 원단(33) 이면에 전기방사한다.

상기 전기방사는 전기방사장치(40)를 이용하여 수행되는데, 이를 통해 원단(33) 이면에는 알루미늄 수산화물(보다 구체적으로는 알루미늄 보레이트 수산화물)과 PVP 수지가 혼합된 복합 섬유를 갖는 부직포가 형성된다. 도 5에 도시된 SEM 이미지는, 구리선에 20kV의 방사전압을 걸고 방사용액을 토출시켜 얻어진 나노섬유 부직포의 일례로서, 도 5에서 보듯이, 나노섬유는 100~500nm의 직경을 갖는다.

위의 도 5의 예에서, 상기 방사용액은 알루미늄 수산화물 겔과 PVP 고분자 용액을 1:1의 부피비율로 혼합하고, 이어 5시간 동안 상온에서 스터링하여 얻어진 것이다. 상기 알루미늄 수산화물 겔은 붕산이 안정제로 소량 함유된 알루미늄 아세테이트(Aldrich사의 제품번호 294853)를, 에탄올과 증류수가 1.3:1의 부피비율로 혼합된 용매에 용매 1ml당 0.26g의 비율로 혼합한 후 상온에서 24시간 동안 스터링하여 얻어진 것이다. 상기 PVP 고분자 용액은 상온에서 에탄올에 5중량%의 PVP 수 지를 녹여 얻어진 것이며, 상대전극으로는 구리판이 사용되었다.

[발포시트 상면에의 원단 합착과정]

위와 같이 제작된 원단(33)을 이용하여 스킨패널이 제작된다. 도 4에서 보듯이, 스킨패널(30)은 미리 제작되었거나 또는 제작되고 있는 중의 발포시트(32)를 공정라인을 따라 공급하면서 연속적으로 제작된다.

도 4를 참조하면, 상기 스킨패널 제조공정 라인을 따라 이동하는 발포시트(32)의 상면이 불꽃 가열되며, 이렇게 불꽃 가열되어 부분적으로 녹은 발포시트(32)의 상면에, 릴에 감아져 있던 원단(33)이 언와인딩되어 포개어진 후 가압롤러(52)에 의해 가압되어 접착된다. 발포시트(32)에 접착되는 원단(33)의 하면에는 상기 나노섬유 부직포(34)가 형성되어 있다. 발포시트(32)로는 폴리우레탄 폼이 사용되며, 이외에 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 계열이 사용될 수 있다.

[발포시트 하면에의 접착시트 합착과정]

도 4에서 보듯이, 상기 스킨패널 제조공정에 공급되는 발포시트(32)의 하면에 접착시트(31)가 접착된다. 구체적으로, 스킨패널 제조공정 라인을 따라 이동하는 발포시트(32)의 하면이 불꽃 가열되며, 이렇게 불꽃 가열되어 부분적으로 녹은 발포시트(32)의 하면에 릴에 감아져 있던 접착시트(31)가 언와인딩되어 포개어진 후 롤러(53)를 거쳐서 접착된다. 접착시트(31)로는 나일론이나 폴리프로필렌 계열이 사용될 수 있다.

상기된 공정을 통해 아래로부터 상기 접착시트(31), 발포시트(32) 및 원단(33)이 순차 적층된 스킨패널(30)이 제작된다. 한편, 도 4에 도시된 스킨패 널(30) 제조공정은 하나의 예일 뿐이며 발포시트(32)에의 원단(33)과 접착시트(31)의 접착 순서는 서로 바뀔 수 있음은 당연하다.

[열성형 과정]

상기 공정을 통해 제작된 스킨패널(30)을 이용하여 헤드라이너가 제작된다. 구체적으로는 스킨패널(30)의 접착시트(31)와 마주하도록 백패널(20)에 포갠 후, 가열 및 프레스 성형과정을 거쳐 일정 형상의 헤드라이너가 제작된다. 가열 과정에서 스킨패널(30)은 흐물흐물해지게 되는데, 이러한 가열과정에서 부분적으로 녹은 접착시트(31)가 프레스 성형과정에서 스킨패널(30)과 백패널(20)의 합착을 매개한다.

한편, 상기 알루미늄 수산화물과 PVP 수지가 혼합된 나노섬유 부직포(34)는 상기 가열과정에서 녹아 원단(33)의 섬유조직과 견고히 결합되어, 원단(33)가 발포시트(32)로부터 잘 박리되지 않는다. 또한, 이러한 나노섬유 부직포(34)는 93% 이상의 원적외선 방사율을 가져 차량 실내의 쾌적성 향상에 큰 효과를 발휘한다.

이상 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경될 수 있고 또 이것이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다는 것이 이해될 필요가 있다.

도 1은 종래 헤드라이너의 층구조를 보인 도면,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 헤드라이너의 층구조를 보인 개략 단면도,

도 3은 도 2에 도시된 원단 표면에 나노섬유 부직포를 형성하는 과정을 보인 개략도,

도 4는 도 2에 도시된 스킨패널의 제조공정을 보인 개략도,

도 5는 도 3에 도시된 방식에 따라 제조된 나노섬유 부직포의 SEM 이미지의 일례이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10,20: 백패널 30: 스킨패널

31: 접착시트 32: 발포시트

33: 원단 34: 나노섬유 부직포

40: 전기방사장치

Claims

백패널 및 열성형 과정에 백패널과 접착된 스킨패널을 구비하는 차량 루프 헤드라이너으로서, 상기 스킨패널은,

상기 백패널과의 접착을 매개하는 접착시트;

상기 접착시트 상에 합착되며 백패널보다 유연한 발포시트;

상기 발포시트 상에 합착된 원단(cloth); 및

상기 발포시트와 마주하는 원단의 하면에 마련되며, 원적외선 방출 물질이 함유된 방사용액(spinning solution)이 원단 하면에 전기방사된 후 상기 열성형 과정에 녹아 원단의 섬유 조직과 결합된 나노섬유 부직포;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 루프 헤드라이너.
청구항 1에 있어서, 상기 나노섬유 부직포는 100~500nm의 직경을 갖는 알루미늄 붕산염 수산화물의 섬유 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량 루프 헤드라이너.
발포시트를 공급하는 과정;

상기 발포시트의 상면을 가열하면서 상면 상에 원단을 합착시키는 과정, 여기서, 원단은 그 하면에 원적외선 방출 물질이 함유된 방사용액의 전기방사에 의해 형성된 나노섬유 부직포를 구비함; 및

상기 발포시트의 하면을 가열하면서 하면 상에 접착시트를 합착시키는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 루프 헤드라이너 제조방법.
청구항 3에 있어서, 상기 과정들을 통하여 제조되어 아래로부터 상기 접착시트, 발포시트 및 원단이 순차 적층된 구조를 갖는 스킨패널을 이보다 하드한 백패널 위에 포갠 후 금형 내에서 열과 압력을 가하여 일정 형상으로 성형하는 과정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 루프 헤드라이너 제조방법.
청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, 상기 방사용액은,

PVP(Polyvinylpyrrolidone) 수지를 에탄올에 녹여 PVP 고분자 용액을 제조하는 과정; 및

붕산이 안정제로 함유된 알루미늄 아세테이트를, 에탄올과 증류수의 혼합용매에 혼합 및 졸-겔 반응시켜 알루미늄 수산화물 겔을 제조하는 과정; 및

상기 PVP 고분자 용액과 알루미늄 수산화물 겔을 혼합하는 과정;을 거쳐 제조됨을 특징으로 하는 차량 루프 헤드라이너 제조방법.
청구항 5에 있어서, 상기 PVP 고분자 용액에 포함된 PVP 수지는 전체 용액에 대해 4~6중량%인 것을 특징으로 하는 차량 루프 헤드라이너 제조방법.
청구항 6에 있어서, 상기 알루미늄 수산화물 겔은, 에탄올과 증류수가 1~1.5:1의 부피비율로 혼합된 용매 1ml당 알루미늄 아세테이트가 0.15~0.33g 혼합된 것임을 특징으로 하는 차량 루프 헤드라이너 제조방법.
청구항 7에 있어서, 상기 PVP 고분자 용액과 알루미늄 수산화물 겔은 0.8~1.2:1의 몰비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 차량 루프 헤드라이너 제조방법.