KR20110056183A - 보강재를 포함하는 열가소성 복합체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 경량이고 고강도여서 자동차용 내장재로 사용되기 적합한 보강재를 포함하는 열가소성 복합체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 웹 코어의 일면 혹은 양면에 보강재가 적층되어 접합된 것을 특징으로 하는 보강재를 포함하는 열가소성 복합체 및 웹 코어의 일면 혹은 양면에 보강재를 제공하여 적층하고, 상기 웹 코어의 양측에서 가압 가압하여 상기 보강재가 웹 코어에 접합되게 제조하는 것을 특징으로 하는 보강재를 포함하는 열가소성 복합체 제조방법을 제공한다.
이에 본 발명은 강성 보강용 보강재를 기존 습식 공정에 이용하여 고경량화 열가소성 복합체를 제조함으로써 자동차 부품의 강성 및 강도를 향상시키고, 부품 처짐성과 장착성을 개선하는 효과를 얻을 수 있다.
내장재, 보강재, 열가소성 복합체, 웹, 스템퍼블 시트

Description

보강재를 포함하는 열가소성 복합체 및 그 제조방법{Thermoplastic composite materials and manufacturing method thereof}
본 발명은 보강재를 포함하는 열가소성 복합체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경량이고 고강도여서 자동차용 내장재로 사용되기 적합한 보강재를 포함하는 열가소성 복합체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 자동차 산업분야의 기술발전이 진행되면서 자동차 내장재의 고기능화와 경량화 요구도가 중요하게 부각되고 있는 바, 차량 내부의 승차감 향상을 위하여 흡음 성능이 요구되고 고유가 시대의 해결방안으로 차량 내외부의 부품 경량화가 요구된다.
자동차 내장재용 복합체의 종류는 다양하지만 크게 소재와 제조공정에 따라 분류할 수 있으며, 소재의 경우 강화섬유는 크게 천연섬유와 무기섬유로 구분이 되고, 매트릭스 수지로는 열가소성 PP(폴리프로필렌)수지와 PU(폴리우레탄)수지로 구분이 된다.
그리고, 제조공정의 경우 복합체의 종류는 스프레이와 웹(web) 공정으로 분리되며 이 중 웹 제조 공정 기술은 건식법과 습식법으로 분류할 수 있다. 특히, 습식법을 이용한 열가소성 복합체의 경우 경량화와 흡음 특성이 우수하여 자동차 내장재로써 주목 받고 있다.
그러나, 상기 건식법은 원료 섬유의 불균일한 혼합과 제품 내의 두께 및 중량 편차에 의한 제품변형, 저비중화의 어려움 등과 같은 문제점이 있으며, 습식법은 폴리프로필렌 분말과 유리섬유 단섬유의 배향을 조절하여 저비중 제품을 만드는 방법으로 투자비 및 유틸리티가 많이 소요되고 단섬유를 사용함으로써 강도 특히 충격강도가 취약해지는 문제점이 있다.
일본 공개특허 제10-2008-0024188호의 경우 열가소성 수지, 강화섬유 및 가열 팽창성 입자를 분산 함유하는 웹에 관한 것으로, 그 웹에 함유되어 가열 팽창성 입자가 어느 일방의 면측에 편재되어 있는 것을 특징으로 하는 기술이지만, 습식 공정 상에서 분말입자를 분산시켰을 경우, 분산액의 점도를 조절하지 않으면 일반적으로 편재하게 되므로, 상기 일본 공개특허에 따른 제조공정으로 제조된 복합체도 현재 자동차 부품에 요구되는 고강도 경량화의 수준을 만족하지 못한다.
이에 따라, 습식법을 이용한 열가소성 복합체의 흡음 및 경량화의 요구 수준이 기존보다 높은 성능을 요구하고 있다.
따라서, 자동차 부품의 요구 성능을 만족시킬 수 있도록 된 고강도 경량화의 복합체가 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 웹, 스템퍼블 시트 및 스템퍼블 시트 팽창 성형품(이하, '팽창 성형품'이라고 함) 등의 일면 혹은 양면에 보강재를 적층 구성하여 경량이고 고강도인 보강재를 포함하는 열가소성 복합체 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 웹 코어의 일면 혹은 양면에 보강재가 적층되어 접합된 것을 특징으로 하는 보강재를 포함하는 열가소성 복합체를 제공한다.
또한, 본 발명은 웹 코어의 일면 혹은 양면에 보강재를 제공하여 적층하고, 상기 웹 코어의 양측에서 가압 가압하여 상기 보강재가 웹 코어에 접합되게 제조하는 것을 특징으로 하는 보강재를 포함하는 열가소성 복합체 제조방법도 제공한다.
본 발명은 강성 보강용 보강재를 기존 습식 공정에 이용하여 고경량화 열가소성 복합체를 제조함으로써 자동차 부품의 강성 및 강도를 향상시키고, 부품 처짐성과 장착성을 개선하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
본 발명의 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 설명에 있어서 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.
본 발명은 자동차 내장재에 적용하는 보강재를 포함하는 열가소성 복합체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기존과 동일한 습식 공정과 소재를 사용하면서 보다 향상된 기능을 만족하기 위하여 웹, 스템퍼블 시트 및 팽창 성형품 등의 일면 혹은 양면에 보강재를 접합하여 경량화를 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 기계적 강도가 우수하여 차량 부품에서 요구되는 수준을 충족시킨다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 열가소성 복합체의 단면을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 보강재의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
먼저, 본 발명에 관련되는 웹, 스탬퍼블 시트 및 팽창 성형품에 대하여 설명한다.
본 발명에서 웹은 강화섬유, 열가소성 수지 및 가열 팽창성 입자로 이루어지고, 기포 초조법으로 제조함으로써, 강화섬유 및 열가소성 수지는 웹의 두께 방향으로 거의 동일한 비율로 분포되어 있으나, 가열 팽창성 입자는 웹의 일방의 면측 에 편재된 구조로 되어 있다.
상기 웹을 가열 가압하고, 냉각시켜 얻어지는 스템퍼블 시트는 가열, 냉각에 의해 용융 고화된 열가소성 수지가 매트릭스를 구성하고, 그 중에 강화섬유와 가열 팽창성 입자가 분산된 구조로 되어 있다.
그러나, 본 발명의 스탬퍼블 시트는 상기 웹의 가열 팽창성 입자의 분포 상태가 거의 그대로 계승되기 때문에, 스탬퍼블 시트 중의 가열 팽창성 입자는 일방의 표면 근방에 많이 존재하고, 거기에서 내부로 감에 따라 적어져서, 반대측의 표면 근방에서는 거의 존재하지 않는 분포를 나타낸다.
동일하게, 상기 스탬퍼블 시트를 팽창 성형하여 얻어지는 팽창 성형품도, 상기 웹의 가열 팽창성 입자의 분포상태가 거의 그대로 계승된다. 상기 팽창 성형품은 강화 섬유와 팽창된 가열 팽창성 입자가 용융 고화된 열가소성 수지로 접착되고 분산된 다공질의 구조로 되어 있으며, 그 가열 팽창성 입자는 팽창 성형품의 일방의 표면 근방에 많이 존재하고 있고, 거기에서 내부로 감에 따라 적어져서 반대측의 표면 근방에는 가열 팽창성 입자는 거의 존재하지 않는다. 그 결과, 본 발명의 팽창 성형품은 가열 팽창성 입자가 적은 면측은 가열 팽창성 입자가 많은 면측과 비교하여, 표면이 평활하고, 게다가 비중이 커서 고밀도가 되기 때문에, 굽힘 강도나 강성 등의 기계적 특성이 향상됨과 함께, 흡음 특성도 우수한 것이 된다.
이와 같이 제조된 웹, 스탬퍼블 시트 및 팽창 성형품의 일면 혹은 양면에 강성 보강을 위한 보강재가 편재되어진 구조로 접합되어 열가소성 복합체에 포함된 다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열가소성 복합체는 상기 웹(혹은 웹 코어)의 상면 또는 하면 혹은 상하 양면에 보강재가 적층되어 접합되도록 제조할 수 있다.
본 발명에서 웹 코어는 웹 자체를 의미하며 웹 스킨은 웹 코어의 표면에 구성되는 보강재 및 그 외 나머지를 의미한다.
또는, 본 발명에 따른 열가소성 복합체는 상기 스템퍼블 시트의 상면 또는 하면 혹은 상하 양면에 보강재가 적층되어 접합되도록 제조할 수 있다.
그리고 또는, 본 발명에 따른 열가소성 복합체는 상기 팽창 성형품의 상면 또는 하면 혹은 상하 양면에 보강재가 적층되어 접합되도록 제조할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 보강재는 강화섬유와 바인더로 구성되어 있으며, 강화섬유는 유기 섬유와 무기 섬유 중 어느 것을 사용해도 된다. 이에 사용할 수 있는 섬유로는, 예를 들어, 무기 섬유로서, 유리 섬유, 탄소 섬유, 보론 섬유, 스테인레스 섬유나 그 외의 금속 섬유 및 광물 섬유 등이 있고, 또는 유기 섬유로서, 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 삼 등의 천연 섬유들을 들 수 있다. 그리고, 이들의 1 종 또는 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
상기 보강재의 평균 중량은 웹, 스탬퍼블 시트 및 팽창 성형품의 보강효과를 충분히 확보하기 위하여 5 ~ 200gsm 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30 ~ 150gsm 로 하는 것이 좋다. 본 발명은 상기 범위에 해당하는 평균 중량의 보강재를 사용함으로써 강성이나 제품성을 향상시킬 수 있다.
보강재의 중량이 5 gsm 미만일 경우에는 물성 향상 효과가 없고, 200gsm 이상일 경우에는 물성 향상 대비 비용 증가분이 크다.
본 발명에 사용되는 바인더는 웹, 스탬퍼블 시트 및 팽창 성형품과의 접착성을 충분히 확보하기 위하여, 열가소성 수지인 PP 또는 PE(폴리에틸렌)로 된 필름이나 매트로써 중량이 5 ~ 200gsm 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 중량이 30 ~ 100gsm 인 것이 좋다. 본 발명은 상기 범위에 해당하는 평균 중량의 접착성 바인더를 사용함으로써 강성 보강용 보강재의 접착성을 향상시킬 수 있다.
이에 본 발명에서 사용되는 보강재는, 도 2에 도시된 바와 같이, 강화섬유인 보강재 섬유와 바인더인 접착성 수지가 적층된 형태로 이루어지며, 도 2에 (b)와 같이 보강재 섬유와 접착성 수지가 반복적으로 적층되어 이루어진 것을 이용하는 것도 가능하다.
본 발명에서 보강재를 포함하는 열가소성 복합체는 웹 코어 30 ~ 90 중량%와 보강재 10 ~ 70 중량%로 이루어지며, 이 중 보강재가 10중량% 미만일 경우에는 물성 향상 효과가 없고, 70 중량% 이상일 경우에는 경량화의 효과가 없다.
다음으로 상기 보강재를 이용하여 본 발명에 따른 열가소성 복합체를 제조하는 방법을 설명한다.
첨부한 도 3은 본 발명에 관련되는 웹 코어 제조공정을 개략적으로 도시한 모식도이고, 도 4 ~ 도 6은 본 발명에 따른 열가소성 복합체의 제조공정을 개략적으로 도시한 모식도들이다.
본 발명에서 웹은 강화 섬유, 열가소성 수지, 가열 팽창성 입자를 함유하는 분산액(포액)을 초지 스크린과 같은 다공성 지지체 상에 붓고, 다공성 지지체의 하방으로부터 흡인하여 탈포시킨 다음, 분산액 중의 고형분을 다공성 지지체 상에 퇴적시킴으로써 제조된다.
그리고, 이러한 웹의 제조 공정 상에서 웹의 일면 혹은 양면에 보강재를 적층하여 본 발명에 따른 열가소성 복합체를 제조하게 된다.
이에 상기 보강재가 보강되는 웹의 한 가지 제조방법으로서, 웹 코어(web core)의 재료인 유리섬유, PP수지, 팽창성 입자 및 첨가제를 혼합탱크(10)에 물과 함께 넣은 후 분산한다.
다음, 습식 설비의 헤드 박스(Head box)(20) 하단의 메쉬 벨트(mesh Belt)(30) 위에 하부 보강재로서 글래스 파이버 매트(Glass Fiber Mat)를 준비한 후 웹 코어(W)의 아래에 놓이도록 투입하여 적층되게 한다.
상기의 공정을 통하여 웹 코어를 형성한 후 상부 보강재로서 글래스 파이버 매트를 적층하여 도 1에 (c)와 같이 '글래스 파이버 매트-웹 코어-글래스 파이버 매트'의 구조가 되도록 한다.
다음, 적층된 웹 코어와 보강재의 접착도를 향상시키기 위하여 보강재를 적층한 후 진공을 걸어주어 물을 빼준다.
이와 같이 적층된 복합체(웹 코어+보강재)를 오븐(oven)(40)과 닙롤(Nip Roll)(50)을 통과시켜 표면을 향상시킨 다음, 시트(sheet)화하여 냉각시킨다.
시트(sheet)화된 열가소성 복합체를 용도에 따라 적당한 크기로 절단한다.
열가소성 복합체의 강도를 조절하기 위하여 보강재를 도 1에 (a) 또는 (b)와 같이 한면에만 적층 제조하는 것도 가능하다.
웹의 제조 공정 상에서 웹의 일면 혹은 양면에 보강재를 적층하는 다른 방법은 아래와 같다.
웹 코어의 재료인 유리섬유, PP수지, 팽창성 입자 및 첨가제를 혼합탱크(10)에 물과 함께 넣은 후 분산한다.
습식 설비의 헤드 박스(20)에 웹 코어의 원료를 투입한 후 웹 코어(W)를 제조하고, 제조된 웹 코어(W)를 닙롤(50)을 이용하여 가압할 시 상기 웹 코어(W)의 한면 또는 양면에 보강재인 글래스 파이버 매트를 적층하여 도 1과 같은 구조가 되도록 한다.
적층된 복합체를 오븐(40)과 닙롤(50)을 통과하여 표면을 향상시킨 후에 시트화한 후 냉각시킨다.
이와 같이 적층된 복합체(웹 코어+보강재)를 오븐(oven)과 닙롤(Nip Roll)을 통과시켜 표면을 향상시킨 다음, 시트(sheet)화하여 냉각시킨다.
시트화된 열가소성 복합체를 용도에 따라 적당한 크기로 절단한다.
열가소성 복합체의 강도를 조절하기 위하여 보강재를 도 1에 (a) 또는 (b)와 같이 한면에만 적층 제조하는 것도 가능하다.
웹의 제조 공정 상에서 웹의 일면 혹은 양면에 보강재를 적층하는 또 다른 방법은 아래와 같다.
습식법으로 제조된 GMT(Glass mat thermoplastic) 재질의 웹 코어를 오븐에 통과시켜 로프팅(lofting)시켜서 3~10배 팽창되게 만든다.
다음, 벨트 프레스(Belt Press)나 컨베이어(conveyer)의 하측에 아래의 순서로 적층이 되도록 보강재인 글래스 매트(Glass Mat)와 PP 멜트(melt), PP 매트(Mat)를 투입한다.
PP 멜트(melt) - 글래스 매트 - 웹 코어 - 글래스 매트 - PP 매트(Mat)
상기에서 웹 스킨(skin), 즉 글래스 매트와 웹 코어의 접착을 더욱 향상시키고 표면을 향상시키기 위해서는 가열하여 표면을 용융시킨 웹 코어를 사용한다.
상기와 같이 적층된 복합체를 더블 벨트 프레스(double belt press)나 폴리싱 롤(polishing roll)을 사용하여 시트화 한 후 냉각시킨다.
시트화된 열가소성 복합체를 용도에 따라 적당한 크기로 절단한다.
필요시 열가소성 복합체의 표면 품질을 향상시키기 위해 별도의 웹 스킨층을 동시에 라미네이션(lamination)시킬 수 있으며, 열가소성 복합체의 강도를 조절하기 위하여 보강재를 도 1에 (a) 또는 (b)와 같이 한면에만 적층 제조하는 것도 가능하다.
스템퍼블 시트의 제조 공정 상에서 스템퍼블 시트의 일면 혹은 양면에 보강재를 적층하는 다른 방법은 아래와 같다.
본 발명의 일반적인 스탬퍼블 시트는 기포 초조에 의해 얻은 웹을 열가소성 수지의 연화점 또는 융점 이상에서, 또한 가열 팽창성 입자가 최대 팽창을 하지 않는 온도와 시간 조건 하에서 가열하고 가압한 후 냉각 고화시킴으로써, 열가소성 매트릭스를 형성시키고, 분산되어 있는 강화 섬유와 가열 팽창성 입자를 고화시킨 열가소성 수지에 의해 충분히 접착 결합시킴으로써 제조한다.
본 발명의 보강재가 보강된 스탬퍼블 시트의 한 가지 제조방법으로써, 분산되어 있는 강화 섬유와 가열 팽창성 입자를 이용하여 기포 초조법에 의해 웹을 형성할 시, 보강용 보강재를 한면 또는 위아래 양면에 적층하여 웹을 형성한 후 전술한 동일 조건하에서 제조한다.
본 발명의 보강재가 보강된 스탬퍼블 시트의 다른 제조방법으로써, 상기 전술한 기초 초조에 의해 제조된 웹을 가열 가압한 후 냉각 고화하는 과정 중에 가열 팽창성 입자가 최대 팽창을 하지 않는 조건하(온도와 시간)에서 가열하기 전에 보강용 보강재를 한면 또는 위아래 양면에 적층하고 난 후 냉각 고화시켜 제조한다.
열가소성 수지의 융점 이상으로 하는 이유는, 융점 미만에서는 열가소성 수지가 강화 섬유와 가열 팽창성 입자에 충분히 융착되지 않아 필요한 강도가 얻어지지 않기 때문이며, 가열 팽창성 입자가 최대 팽창하지 않는 조건하에서 가열하는 것은 이 가열 공정에서 가열 팽창성 입자를 최대 팽창시키면 스탬퍼블 시트의 핸들링성이 저하될 뿐만 아니라 스탬퍼블 시트의 제조시의 압축에 의해 가열 팽창성 입자가 부서져서, 그 후의 팽창 성형품의 제조에 필요한 팽창성이 얻어지지 않는 경우가 있기 때문이다.
또한, 본 발명의 보강재가 보강된 스탬퍼블 시트의 제조방법에 있어서, 상기 웹의 가압은, 열가소성 수지를 용융시킨 후에 실시해도 되고, 가열과 가압을 동시에 실시해도 된다. 가압 방법은, 배치식의 간헐 프레스법, 테프론이나 스틸의 벨트를 사용한 연속 프레스법, 롤프레스법 등이 있으며, 어느 방법을 사용해도 가능하다.
단, 상기 스탬퍼블 시트의 물성을 향상시키기 위해서는, 경제성이 있는 롤프레스법 공정 후에 연속 프레스법을 추가하는 것이 유리하다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예는 다음과 같다.
실시예 1
습식 유리섬유와 폴리프로필렌 분말 그리고 팽창재를 수중 분산시킨 다음, 초지 공정을 통하여 1차 복합체를 제조한 후, 1차 복합체 형상을 유지하기 위하여 롤프레스를 통과하여 형태를 고정시켰다. 형상을 고정시킨 1차 복합체에 강도 보강용 부직포 프리폼을 열간 압축하여 라미네이트하였다.
이렇게 제조된 열가소성 복합체를 열을 가하여 팽창시킨 후 두께를 4 mm로 성형하여 150 X 50 mm의 크기로 시편을 만들고, MD/TD방향의 최대 하중을 측정하였다.
부직포 프리폼의 구성은 하기와 같다.
폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 50gsm;
폴리프로필렌 수지 56gsm;
폴리프로필렌 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유와 1차 복합체와의 접착 을 위한 것이다.
그 결과, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유가 보강된 열가소성 복합체의 최대하중(MD방향과 TD방향의 평균 값)은 12.85N 이었다.
실시예 2
유리섬유로 이루어진 부직포 프리폼을 이용하여 열가소성 복합체를 제조하기 위해, 먼저 습식 유리섬유와 폴리프로필렌 분말 그리고 팽창재를 수중 분산시킨 다음, 초지 공정을 통하여 1차 복합체를 제조한 후, 1차 복합체 형상을 유지하기 위하여 롤프레스를 통과하여 형태를 고정시켰다. 형상을 고정시킨 1차 복합체에 강도 보강용 부직포 프리폼을 열간 압축하여 라미네이트하였다.
이렇게 제조된 열가소성 복합체를 열을 가하여 팽창시킨 후 두께를 4 mm로 성형하여 150 X 50 mm의 크기로 시편을 만들고, MD/TD방향의 최대 하중을 측정하였다.
부직포 프리폼의 구성은 하기와 같다.
유리섬유 25gsm;
폴리프로필렌 수지 100gsm;
여기서, 폴리프로필렌 수지는 유리섬유와 1차 복합체와의 접착을 위한 것이다.
그 결과, 유리섬유가 보강된 열가소성 복합체의 최대하중(MD방향과 TD방향의 평균 값)은 13.58N이었다.
실시예 3
유리섬유로 이루어진 부직포 프리폼을 이용하여 열가소성 복합체를 제조하기 위하여, 먼저 습식 유리섬유와 폴리프로필렌 분말 그리고 팽창재를 수중 분산시킨 다음, 초지 공정을 통하여 1차 복합체를 제조한 후, 1차 복합체 형상을 유지하기 위하여 롤프레스를 통과하여 형태를 고정시켰다. 형상을 고정시킨 1차 복합체에 강도 보강용 부직포 프리폼을 열간 압축하여 라미네이트하였다.
이렇게 제조된 열가소성 복합체를 열을 가하여 팽창시킨 후 두께를 4 mm로 성형하여 150 X 50 mm의 크기로 시편을 만들고, MD/TD방향의 최대 하중을 측정하였다.
부직포 프리폼의 구성은 하기와 같다.
유리섬유 65gsm;
폴리프로필렌 수지 100gsm;
여기서, 폴리프로필렌 수지는 유리섬유와 1차 복합체와의 접착을 위한 것이다.
그 결과, 유리섬유가 보강된 열가소성 복합체의 최대하중(MD방향과 TD방향의 평균 값)은 16.23N 이었다.
실시예 4
습식 유리섬유와 폴리프로필렌 분말 그리고 팽창재를 수중 분산시킨 다음, 초지 공정을 통하여 1차 복합체를 제조한 후, 1차 복합체 형상을 유지하기 위하여 롤프레스를 통과하여 형태를 고정시켰다. 형상을 고정시킨 1차 복합체에 강도 보강용 부직포 프리폼을 열간 압축하여 라미네이트하였다.
이렇게 제조된 열가소성 복합체를 열을 가하여 팽창시킨 후 두께를 4 mm로 성형하여 150 X 50 mm의 크기로 시편을 만들고, MD/TD방향의 최대 하중을 측정하였다.
부직포 프리폼의 구성은 하기와 같다.
유리섬유 50gsm;
폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 30gsm;
폴리에틸렌 수지 74gsm;
폴리에틸렌 수지는 각각 37gsm으로 나누어 사용하였는 바, 일부(37gsm) 폴리에틸렌 수지는 유리섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 접착을 위하여 사용하였고, 나머지(37gsm) 폴리에틸렌 수지는 1차 복합체와의 접착을 위해 사용하였다.
그 결과, 유리섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유가 보강된 열가소성 복합체의 최대하중(MD방향과 TD방향의 평균 값)은 21.28N이었다.
비교예 1
습식 유리섬유와 폴리프로필렌 분말 그리고 팽창재를 수중 분산시킨 다음, 습식공정을 통하여 열가소성 복합체를 제조하였다.
열가소성 복합체의 형상을 유지하기 위하여 롤프레스를 통과시켜 형태를 고정시켰다.
이렇게 제조된 열가소성 복합체를 열을 가하여 팽창시킨 다음, 두께를 1, 2, 3, 4, 5, 6 mm로 성형하고 150 X 50 mm의 크기로 시편을 만들어 MD/TD방향의 최대 하중을 측정하였다.
사용된 고유 시험은 보강재를 포함하지 않은 열가소성 복합체의 물성 비교용으로써, 최대 하중 결과를 나타낸다.
보강재를 보강하지 않는 복합체의 최대하중(MD방향과 TD방향의 평균 값)은 두께가 1 mm일 때 2.21 N, 2 mm일 때 5.64 N, 3 mm일 때 6.57 N, 4 mm일 때 10.1 N, 5 mm일 때 7.6 N, 6 mm일 때 8.97 N이었다.
비교예 2
비교예1과 같이 제조한 열가소성 복합체를 연속 프레스법을 사용하여 2차 가압한 후, 냉각 고화시켜 복합체를 제조하였다.
이렇게 제조된 열가소성 복합체를 열을 가하여 팽창시킨 다음, 두께를 4 mm로 성형하고 150 X 50 mm의 크기로 시편을 만들어 MD/TD방향의 최대 하중을 측정하였다.
보강재를 포함하지 않으며 연속 프레스로 2차 가압한 후, 냉각 고화시킨 복합체의 최대하중(MD방향과 TD방향의 평균 값)은 11.35 N이었다.
Figure 112009071534867-PAT00001
Figure 112009071534867-PAT00002
첨부한 도 7은 비교예에 따라 제조한 보강재를 포함하지 않는 열가소성 복합체의 최대하중 특성을 비교하여 나타낸 그래프이고, 도 8은 비교예 1, 2에 따라 제조한 보강재를 포함하지 않는 열가소성 복합체 및 실시예에 따라 제조한 보강재를 포함하는 열가소성 복합체의 최대하중 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 보강재를 포함하지 않는 열가소성 복합체보다 보강재를 포함하는 열가소성 복합체의 최대하중 특성이 더 우수함을 확인하였고, 이에 보강재를 포함하여 열가소성 복합체를 제조하는 것이 강성 및 강도를 더 높이는 것을 알 수 있다.
본 발명에서 유리섬유와 가열 팽창성 입자로 제조된 열가소성 복합체(웹 코어)의 경우 경량이고 강도가 우수하며, 폴리프로필렌 수지 분말을 사용하므로 충격강도 및 강성이 우수하고, 동일한 열가소성 수지를 사용하여 웹 코어와 웹 스킨의 접착성이 우수하게 되므로 사용 중 박리의 염려가 적다.
이러한 열가소성 복합체에 상기의 보강재를 적층하게 되면 기존 중량을 유지하면서 보다 강성을 높일 수 있으며, 같은 강성에서는 중량을 낮추어 고경량화시킬 수 있다.
또한 동일 소재를 사용하므로 사용 후 회수하여 용융한 다음, 타 용도로 재사용 가능하므로 환경적으로 무해하다.
그리고, 웹 스킨의 탄성 모듈러스(modulus) 및 두께, 웹 코어의 전단 재질변경 및 두께 조정에 의해 용이하게 제품의 물성을 변경할 수 있다.
또한, 발명의 제조 방법에 의해 대형 제품을 용이하게 제조할 수 있어 대량 생산이 용이하며, 본 방법에 의해 제조될 수 있는 보드(Board)는 한면 또는 양면에 보강재가 적층되어 있는 구조로 되어 있어 비강성이 우수하고 치수 안정성이 우수 하여 자동차용 내장재, 예를 들어, 헤드라이너(headliner), 리어 쉘프(rear shelf), 도어 트림(door trim) 개재와 건축용 거푸집, 발판(비계), 플로어(floor) 용으로 적용 가능하다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 열가소성 복합체의 단면을 개략적으로 도시한 도면
도 2는 본 발명에 따른 보강재의 단면을 개략적으로 도시한 도면
도 3은 본 발명에 관련되는 웹 코어 제조공정을 개략적으로 도시한 모식도
도 4 ~ 도 6은 본 발명에 따른 열가소성 복합체의 제조공정을 개략적으로 도시한 모식도
도 7은 비교예에 따라 제조한 보강재를 포함하지 않는 열가소성 복합체의 최대하중 특성을 비교하여 나타낸 그래프
도 8은 비교예 1, 2에 따라 제조한 보강재를 포함하지 않는 열가소성 복합체 및 실시예에 따라 제조한 보강재를 포함하는 열가소성 복합체의 최대하중 특성을 비교하여 나타낸 그래프

Claims (8)

  1. 웹 코어의 일면 혹은 양면에 보강재가 적층되어 접합된 것을 특징으로 하는 보강재를 포함하는 열가소성 복합체.
  2. 스템퍼블 시트의 일면 혹은 양면에 보강재가 적층되어 접합된 것을 특징으로 하는 보강재를 포함하는 열가소성 복합체.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 보강재는 강화섬유와 바인더로 이루어지는 것이며, 상기 바인더는 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌으로 된 필름이나 매트인 것을 특징으로 하는 보강재를 포함하는 열가소성 복합체.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 웹 코어 30 ~ 90 중량%와 보강재 10 ~ 70 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 보강재를 포함하는 열가소성 복합체.
  5. 웹 코어의 일면 혹은 양면에 보강재를 제공하여 적층하고, 상기 웹 코어의 양측에서 가압 가압하여 상기 보강재가 웹 코어에 접합되게 제조하는 것을 특징으로 하는 보강재를 포함하는 열가소성 복합체 제조방법.
  6. 웹 코어를 로프팅시켜 팽창시킨 다음, 팽창된 웹 코어의 일면 혹은 양면에 보강재를 제공하여 적층하고, 상기 웹 코어의 양측에서 가압 가열하여 상기 보강재가 웹 코어에 접합되게 제조하는 것을 특징으로 하는 보강재를 포함하는 열가소성 복합체 제조방법.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 보강재는 강화섬유와 바인더로 이루어지는 것이며, 상기 바인더는 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌으로 된 필름이나 매트인 것을 특징으로 하는 보강재를 포함하는 열가소성 복합체 제조방법.
  8. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 웹 코어 30 ~ 90 중량%와 보강재 10 ~ 70 중량%로 이루어지는 것을 특 징으로 하는 보강재를 포함하는 열가소성 복합체 제조방법.
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