KR20120006304A - 열가소성 유기 섬유, 그 제조 방법, 이를 이용한 섬유 복합 보드 및 그 제조 방법 - Google Patents

열가소성 유기 섬유, 그 제조 방법, 이를 이용한 섬유 복합 보드 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

무수말레인산을 폴리프로필렌과 공중합한 공중합체 수지를 함유하는 열가소성 유기 섬유 및 그 제조 방법, 상기 열가소성 유기 섬유를 기지재로서 이용하는 섬유 복합 보드 및 그 제조 방법을 제공한다. 해당 열가소성 유기 섬유는 기존에 기지재로 사용하는 유기 소재와 보강 섬유 사이의 낮은 젖음성과 접착력에 따른 강도 증가의 한계성을 극복할 수 있다.

Description

열가소성 유기 섬유, 그 제조 방법, 이를 이용한 섬유 복합 보드 및 그 제조 방법{Thermoplastic organic fiber, method for preparing the same, fiber composite board using the same and method for preparing the board}
본 명세서는 열가소성 유기섬유, 그 제조 방법, 이를 이용한 섬유 복합 보드 및 그 제조 방법에 관하여 기술한다. 상세하게는, 무수말레인산을 함유한 폴리프로필렌 계의 열가소성 유기섬유, 그 제조 방법, 이를 이용한 고성능 자동차 내장재용 경량 섬유 복합 보드 및 그 제조 방법에 관하여 기술한다.
원유 고갈 우려로 인한 대체 에너지 개발 및 환경 오염 예방을 위한 친환경 제품에 대한 요구가 크다. 자동차 산업에서도 자동차의 연비 개선과 환경 오염의 주원인인 배기 가스 절감을 목적으로 경량화가 추진되고 있고 이에 따라 무거운 금속을 대체하는 경량화 물질로서 고분자 복합재료의 사용이 급증하고 있다.
경량의 자동차 내장재 용 복합 소재로서, 폴리프로필렌(polypropylene)과 같은 열가소성 올레핀(TPO, thermoplastic olefin) 등의 고분자 수지 칩을 용융하여 기재로 하고, 이를 유리 섬유, 탄소 섬유 등의 보강 섬유로 강화시킨 고내열성 및 고강성의 복합 재료계(FRP; fiber reinforced plastic) 또는 불포화 폴리에스테르계 수지와 열가소성 고분자의 고무화를 통한 열경화성 복합재료 등의 재료들이 사용되고 있다.
이러한 재료들은 금속을 뛰어넘는 우수한 성능을 가지므로 다양한 용도에 사용되고 있지만, 내충격성과 파괴인성 등의 기계적 물성들에서는 만족스럽지 못하며, 재료 변형 시 허용될 수 있는 변형의 폭이 작고, 재활용이 불가능하여 환경 오염의 문제점을 여전히 내포하고 있다.
한편, 상기한 복합 재료계를 대체하는 소재로서 최근 열가소성 고분자 수지에 보강재로서 목분 및 천연섬유 등의 천연 재료를 첨가하여 사출 및 압출하거나 열가소성 유기 섬유와 천연 섬유를 혼섬 후 부직포 형태로 제조하여 사용하고 있다. 이렇게 제조된 자동차 내장재용 소재들은 열 프레스를 이용한 스탬핑 성형공법에 의해 성형 된다.
이러한 제품들은 바이오성 및 경량화라는 이유로 각광을 받고 있으며 기존의 복합 재료와는 달리 금속의 성형 방법과도 같은 스탬핑 성형공법이 적용될 수 있는 관계로 생산성이 높고, 디자인 자유도가 금속보다 우수하다는 장점을 유지하여 각종 산업분야에서의 채용이 확산 되고 있다.
그러나, 본 발명자들의 연구에 따르면, 상기와 같이 열가소성 고분자 수지에 천연 재료를 혼합하여 제조되는 자동차 내장재용 소재들은, 열가소성 고분자 수지에 강화 섬유나 목분과 같은 분말을 첨가 시 불균일한 분산에 의한 저품질, 낮은 충격강도, 높은 비중에 의한 경량화 한계점 등의 문제점이 있다.
또한, 본 발명자들의 연구에 따르면, 열가소성 부직포 상태로 제조 및 유통된 후 이를 후발적으로 열프레스를 이용한 고온에서 직접 성형하는 것은 표면과 내부층의 불균일한 융착의 문제점을 가진다. 뿐만 아니라, 기지재로 사용하는 폴리프로필렌 섬유 등과 보강재로 사용되는 천연섬유 등의 결합력이 낮아서 강도 증진에도 한계성을 가지며 따라서 유리섬유, 열경화성 수지 등을 사용하는 기존의 소재에 비해 낮은 강성을 가지게 되고 이에 따라 적용의 한계성도 가진다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 구현 예들에서는, 복합 섬유 보드의 기지재 섬유로 사용될 수 있는 열가소성 유기 섬유로서, 보강 섬유 예컨대 천연섬유나 유기계 및/또는 무기계 등의 보강 섬유와의 계면에서의 젖음성 및 접착성이 우수하여 섬유 보드의 물성을 향상시킬 수 있는, 무수말레인산을 함유한 폴리프로필렌 계의 열가소성 유기섬유, 그 제조 방법, 이를 이용한 경량 섬유 복합 보드 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 구현 예들에서는, 무수말레인산(MA, maleic anhydride)을 폴리프로필렌과 공중합한 수지를 제공하는 단계; 및 상기 공중합체 수지를 원료로 열가소성 유기 섬유를 제조하는 단계;를 포함하는 열가소성 유기 섬유 제조 방법을 제공한다.
예시적인 구현예에서, 상기 공중합체 수지는 무수말레인산(MA, maleic anhydride)을 폴리프로필렌과 용융 컴파운딩한 칩 형태이거나 또는 용액 공중합한 파우더 형태이다.
예시적인 구현예에서, 0.1~6 중량%의 중량 비율로 무수말레인산(MA)을 폴리프로필렌과 용융 컴파운딩 또는 공중합시킨다.
예시적인 구현예에서, 상기 열가소성 유기 섬유 제조 단계는, 상기 공중합체 수지를 폴리프로필렌 수지와 함께 용융 컴파운딩하여 방사용 칩을 제조하거나 또는 상기 공중합체 수지를 폴리프로필렌 수지와 함께 혼합하여 방사용 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 방사용 칩 또는 방사용 혼합물을 이용하여 용융 방사를 수행하여 무수말레인산을 함유한 폴리프로필렌 계의 열가소성 유기섬유를 제조하는 단계;를 포함한다.
예시적인 구현 예에서, 상기 공중합체 수지를 폴리프로필렌 수지에 대하여 1~50중량% 첨가한다.
예시적인 구현 예에서, 상기 방사용 칩에는 전체 중량에 대해 무수말레인산 함량이 0.1~10 중량%이다.
예시적인 구현 예에서, 상기 열가소성 유기 섬유 제조 단계는, 상기 칩 형태 또는 파우더 형태의 공중합체 수지를 포함하는 방사용 칩을 이용한 용융 방사에 의해 무수말레인산을 포함하는 폴리프로필렌계 열가소성 유기 섬유를 제조하는 단계를 포함한다.
예시적인 구현 예에서, 상기 제조된 열가소성 유기 섬유, 바람직하게는 상기 방사용 칩을 초성분으로 하고 유기계 섬유, 바람직하게는 고융점 유기계 수지를 심성분으로 하여 복합 방사한 심초형 복합 섬유를 제조하는 단계를 더 포함한다.
예시적인 구현 예에서, 상기 심성분은 폴리아미드계 고분자 수지, 폴리프로필렌계 고분자 수지 또는 폴리에스테르계 고분자 수지 등이다.
예시적인 구현 예에서, 상기 심성분의 융점은 160~270℃, 바람직하게는 200~270℃이고, 상기 초성분의 융점은 110~180℃이다.
예시적인 구현 예에서, 상기 심초형 복합섬유는 융점이 160~270℃인 심성분 40~70 중량%와 융점이 110~180 oC인 초성분 30~60 중량%가 배합된다.
본 발명의 구현 예들에서는 또한, 섬유 복합 보드의 기지재로서 사용되는 열가소성 유기 섬유로서, 무수말레인산(MA, maleic anhydride)을 폴리프로필렌과 공중합한 공중합체 수지를 함유하는 열가소성 유기 섬유를 제공한다.
예시적인 구현 예에서, 상기 열가소성 유기 섬유는 무수말레인산을 폴리프로필렌과 공중합한 공중합체 수지를 폴리프로필렌 수지 칩과 용융 콤파운딩하여 얻어진 방사용 칩을 용융 방사하여 얻어진다.
예시적인 구현 예에서, 상기 열가소성 유기 섬유, 바람직하게는 상기 방사용 칩을 심초형 복합 섬유의 초성분으로서 함유하는 열가소성 유기 섬유를 제공한다.
예시적인 구현 예에서, 상기 열가소성 유기 섬유는 굵기가 3~30 데니어이고, 길이가 30~100mm인 것이 바람직하다.
본 발명의 구현 예들에서는 또한, 기지재와 보강 섬유를 이용한 섬유 복합 보드를 제공한다. 구체적으로, 상기 기지재로서 무수말레인산(MA, maleic anhydride)을 폴리프로필렌과 공중합한 공중합체 수지를 함유하는 열가소성 유기 섬유를 이용한 섬유 복합 보드를 제공한다.
예시적인 구현 예에서, 상기 보강 섬유는 대마(hemp) 섬유, 황마(jute) 섬유, 아마(flax) 섬유, 아바카(abaca) 섬유, 케냐프(kenaf) 섬유, 사이잘(sisal) 섬유, 코이어(coir) 섬유, 바나나(banana) 섬유, 면(cotton) 섬유, 셀룰로오스(cellulose)계 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 천연 섬유, 또는 폴리에스테르계 섬유, 폴리아미드계 섬유, 폴리아크릴계 섬유, 폴리비닐알코올계 섬유, 아라미드계 섬유, 유리섬유, 탄소 섬유, 보론 섬유 및 현무암 섬유로부터 이루어진 그룹에서 선택되는 유기계 또는 무기계 섬유이다.
예시적인 구현 예에서, 상기 섬유 복합 보드는, 상기 기지재 섬유 30~90 중량% 및 상기 보강 섬유 10~70 중량%로 이루어진 기재층을 포함한다.
예시적인 구현 예에서, 상기 섬유 복합 보드는, 상기 기지재 섬유 40~70 중량% 및 상기 보강 섬유 30~70 중량%로 이루어진 기재층과, 상기 기재층의 일면 또는 양면에 부착되는 것이고, 상기 기지재 섬유, 폴리프로필렌 섬유 또는 심초형 복합섬유 중 하나 이상의 섬유 50~90 중량% 및 상기 보강섬유 10~50 중량%로 이루어진 표피층을 포함한다.
예시적인 구현 예에서, 상기 심초형 복합섬유는 고융점의 심성분 40~70 중량%와 저융점의 초성분 30~60 중량%가 배합된 것으로, 초성분은 융점이 100~180 oC인 저융점 폴리에스테르계이고 심성분은 융점이 240~270 oC인 폴리에스테르인 심초형 복합섬유, 초성분은 100~140 oC인 폴리에틸렌계이고 심성분은 융점이 240~270 oC인 폴리에스테르인 심초형 복합섬유, 초성분은 융점이 140~170 oC인 폴리프로필렌계이고 심성분은 융점이 250~270 oC인 폴리에스테르인 심초형 복합섬유 중 선택된 심초형 복합 섬유를 포함한다.
본 발명의 구현 예들에서는 또한, 상기 섬유 복합 보드를 포함하는 자동차용 내장재를 제공한다.
본 발명의 구현 예들에서는 또한, 섬유 복합 보드의 제조 방법에 있어서, 상기 열가소성 유기 섬유인 기지재 섬유 및 보강 섬유를 혼합 및 개섬하는 단계; 상기 혼합 및 개섬한 섬유들을 카딩하여 섬유상 웹을 형성하는 단계; 상기 섬유상 웹을 적층하는 더블링 단계; 상기 더블링 단계에서 적층된 웹을 니들 펀칭하여 부직포를 제조하는 단계; 상기 부직포를 예열, 열융착, 가압, 냉각하여 복합 보드를 제조하는 단계;를 포함하는 섬유 복합 보드 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 구현 예들에 따르면, 기존에 기지재로 사용하는 유기 소재와 보강 섬유 사이의 낮은 젖음성과 접착력에 따른 강도 증가의 한계성을 극복할 수 있다. 즉, 본 발명의 구현 예들에서는 무수말레인산(MA, maleic anhydride)을 폴리프로필렌과 공중합하여 공중합 수지를 제조(예컨대 용융 컴파운딩하여 칩 형태의 공중합체 수지를 제조하거나 또는 무수말레인산을 폴리프로필렌과 용액 공중합하여 파우더 형태의 공중합체 수지를 제조)한다. 본 발명의 구현예 들에서는 해당 공중합체 수지를 섬유 강화 복합 보드 제조 시 기지재 섬유로 사용함으로써, 기존의 기재와는 달리, 보강 섬유 예컨대 천연섬유와 유기계 및/또는 무기계 보강 섬유와의 계면에서의 젖음성 및 접착성을 개선할 수 있다. 또한, 이에 따라 섬유 복합 보드에 있어서 강도, 탄성율, 내열성, 충격 흡수성, 흡음성 등의 물리적 특성을 향상할 수 있을 뿐만 아니라, 성형성, 형태 안정성 등이 향상된 일정한 두께의 다공성 경량 섬유 강화 복합 보드를 제조할 수 있다. 해당 보드는 친환경 자동차 내장재용 소재나 산업용 소재 등에 유리하게 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 1층 구조의 자동차 내장재용 복합 보드의 단면 개략도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 2층 구조의 자동차 내장재용 복합 보드의 단면 개략도이다.
본 발명의 구현 예들에서는 용융 특성이 상이한 이종의 섬유들을 이용하는 섬유 강화 복합 보드 제조에 있어서, 무수말레인산을 폴리프로필렌과 공중합하여 공중합 수지를 제조(예컨대 용융 컴파운딩하여 칩 형태의 공중합체 수지를 제조하거나 또는 무수말레인산을 폴리프로필렌과 용액 공중합하여 파우더 형태의 공중합체 수지를 제조)하고, 이 수지를 이용하여 섬유화한 후 이와 같이 섬유화된 열가소성 유기 섬유 원사를, 보강 섬유 예컨대 천연섬유나 유기계 또는 무기계 보강 섬유와의 젖음성과 접착성이 우수한 기지재 섬유(섬유 강화 복합 보드의 기지재 섬유)로서 사용한다. 해당 열가소성 유기 섬유 원사를 섬유 강화 복합 보드의 기지재 섬유로 사용하게 되면 물성과 성형성 등 성능이 향상된 복합 섬유 보드를 제조할 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따른 섬유 강화 복합 보드 제조 방법은 무수말레인산이 함유된 저분자량 폴리프로필렌 파우더를 부직포 웹에 분산하는 방식과는 대비된다. 위와 같이 파우더를 웹에 분산하는 분산 방식에 따르면 무수말레인산 함유 폴리프로필렌 파우더 또는 수지의 소요량이 증가하게 될 수밖에 없고(예컨대, 30~80g/m2), 또한 균일한 분산이 힘들 뿐만 아니라 제조 시 손실(loss)이 많이 발생할 가능성이 크며 공정이 복잡하게 되고 최종 얻어진 보드 제품도 불균일하게 된다.
본 발명의 구현예들에 따른 방법은, 위와 같은 방법과 달리, 상대적으로 적은 량의 원사 원료를 이용하여 우수한 물성을 갖는 섬유 강화 복합 보드의 제조가 가능하다. 즉, 섬유를 사용하는 것이므로 균일한 분산이 가능하고, 제조 시 손실의 발생이 없거나 적고 공정도 간단해 지며 최종적으로 우수한 품질 및 물성을 가지는 섬유 강화 복합 보드를 제조하게 될 수 있는 것이다.
먼저, 본 발명의 구현예들에서의 열가소성 유기 섬유 원사의 제조에 대하여 설명한다.
본 발명의 구현예들에서는, 무수말레인산(MA, maleic anhydride)을 폴리프로필렌(PP)과 공중합한 공중합체 수지를 제조한다. 이와 같이 공중합체 수지를 제조하는 방법으로서 예컨대 무수말레인산(MA, maleic anhydride)을 폴리프로필렌(PP)과 용융 컴파운딩하여 칩 형태의 공중합체 수지를 제공하거나 또는 무수말레인산을 폴리프로필렌과 용액 공중합하여 파우더 형태의 공중합체 수지를 제공할 수 있다.
이와 같이 제조된 공중합체 수지 원료를 섬유화함으로써 열가소성 유기 섬유를 제조한다. 해당 공중합체 수지는 후술하는 바와 같이 용융 방사에 의한 방사 섬유로 되거나 또는 심초형 복합 섬유로 제조될 수 있다.
여기서, 0.1~6 중량%의 중량 비율로 무수말레인산을 폴리프로필렌(여기서 사용되는 폴리프로필렌은 저분자량의 폴리프로필렌으로서 그 분자량은 예컨대 약 십만 미만이다)과 공중합시키는 것이, 보강 섬유들과의 계면에서 젖음성 및 접착성이 우수하여 복합 보드의 물성 증가의 효과를 발현하는데 유리하다.
예시적인 구현 예에서는, 무수말레인산 및 폴리프로필렌을 공중합 시, 미반응 단량체 및 물질, 부산물 등이 과량 존재할 경우 용융방사에 의해 섬유 제조 시 섬유 절사 등의 문제로 섬유화가 어려우므로 이를 방지하도록 함으로써, 불순물이 적은 순도 70 % 이상의 고순도 파우더 형태 또는 칩 형태의 공중합 수지를 얻도록 한다.
이어서, 상기 얻어진 공중합체 수지들을 다시 폴리프로필렌 수지와 함께 용융 컴파운딩에 의하여 방사용 칩을 제조하거나 또는 물리적 혼합에 의하여 방사용 혼합물을 제조하도록 한다. 이 후 상기 방사용 칩 또는 방사용 혼합물로부터 용융 방사하여, 웹상의 부직포 제조용 원사 즉, 웹상의 부직포를 형성할 수 있는 스테이플 섬유 (staple fiber)를 제조할 수 있다.
여기서, 상기 사용하는 폴리프로필렌 수지는 방사를 하여 섬유를 제조할 수 있는 일정한 사이즈를 가지는 섬유용 폴리프로필렌 칩(chip)[또는 pellet]인 것이 바람직하다.
해당 폴리프로필렌 칩은 대체로 분자량이 십만 이상의 고분자량의 폴리프로필렌 칩이다. 분자량이 수천 내지 수만에 이르는 경우 방사하여 섬유를 얻기가 곤란하다.
예시적인 구현예에서, 상기 얻어진 파우더 형태 또는 칩 형태의 공중합체 수지를 다시 폴리프로필렌 수지와 함께 용융 컴파운딩에 의하여 방사용 칩을 제조하는 것이 더욱 바람직하다.
그 이유는 비중이 틀린 칩과 파우더를 이용하여 방사를 하는 경우 균일한 혼합이 어려울 수 있고 또한 용융 컴파운딩하여 얻어진 공중합 수지가 칩 상태로 존재하더라도 폴리프로필렌 칩과 균일한 사이즈 형태로 만들지 않는 한 균일한 혼합이 어렵기 때문이다. 균일하게 혼합되지 않은 채 섬유로 방사하게 되면 방사 시 절사 등의 문제로 방사가 양호하게 이루어지기 어렵다. 따라서, 용융 컴파운딩기를 사용하고 이에 따라 방사용 칩을 제조함으써 균일한 농도 및 혼합을 유도할 수 있으며, 이에 따라 우수한 섬유를 얻을 수 있다.
비제한적인 예시에서, 바람직하게는, 무수말레인산-폴리프로필렌(MA-PP), 예컨대 상기 0.1~6 중량%의 무수말레인산을 함유하는 무수말레인산-폴리프로필렌(MA-PP) 공중합체 수지를, 폴리프로필렌 칩(chip)에 대해 1~50 중량% 첨가하여 물리적 혼합한 후 용융 방사에 의해 섬유를 제조할 수 있다.
비제한적인 예시에서, 더 바람직하게는 무수말레인산-폴리프로필렌(MA-PP), 예컨대 상기 0.1~6 중량%의 무수말레인산을 함유하는 무수말레인산-폴리프로필렌(MA-PP) 공중합체 수지를, 폴리프로필렌 칩(chip)에 대해 1~50 중량% 첨가한 후, 전체 중량에 대해 무수말레인산 함량이 0.1~10 중량%가 되도록 용융 컴파운딩에 의하여 방사용 칩을 제조하도록 한다. 비제한적인 예시에서, 상기 방사용 칩에는 전체 중량에 대해 무수말레인산 함량이 0.1~10 중량%인 것이 섬유 균일성 등의 측면에서 바람직하다.
예시적인 구현 예에서, 상기 열가소성 유기 섬유는 굵기가 3~30 데니어이고, 길이가 30~100mm일 수 있다. 구체적으로는, 예컨대 상기 열가소성 유기 섬유는 강도 1.0~5 g/d, 신율 50~400 %, 굵기 3~30 데니어(denier), 길이 30~100 mm, 크림프 수 5~15개/인치 등의 특성을 가질 수 있다.
또한, 예시적인 구현 예에서, 상기 제조된 열가소성 유기 섬유, 바람직하게는 상기 방사용 칩을 초성분으로 사용하고, 심성분으로 유기계 섬유, 바람직하게는 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리프로필렌계 수지 등과 같은 고융점 유기계 수지를 사용하여 심초형 복합섬유(sheath-core bicomponent fiber)를 제조할 수도 있다.
예시적인 구현 예에서, 상기 심초형 복합 섬유는 상기 심성분의 융점은 160~270일 수 있고, 상기 초성분의 융점은 110~180일 수 있다.
예시적인 구현 예에서, 상기 심초형 복합섬유는 융점이 160~270oC인 심성분 40~70 중량%와 융점이 110~180 oC인 초성분 30~60 중량%가 배합된 것이다.
다음으로, 상기 제조된 열가소성 유기 섬유를 이용한 복합 보드 즉, 상기 제조된 열가소성 유기 섬유를 기지재로 사용하고 이에 보강섬유를 사용하여 복합 보드를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
상기 제조된 무수말레인산-폴리프로필렌(MA-PP) 섬유는 기지재 섬유로 사용하고, 천연섬유나 유기계, 무기계 섬유들을 보강 섬유로 사용하여, 일정 비율로 이들을 혼합하고, 혼합된 섬유들을 카딩 공정에 의해 웹상의 부직포를 제조한다.
그 후 일정한 두께 및 밀도를 가지도록 연속공정에 의해 예열, 용융, 압착, 냉각 공정을 거쳐 강도, 탄성율, 내열성, 충격 흡수성, 흡음성 등의 물리적 특성과 성형성, 형태 안정성 등이 향상된 다공성 경량 섬유 강화 복합 보드를 제조할 수 있다.
이때 기지재 섬유로 사용되는 무수말레인산-폴리프로필렌(MA-PP) 섬유 또는 예열, 용융, 압착공정에서 완전히 용융되어 보강섬유와 보강섬유 사이를 결합하는 접착제 역할을 하는 것으로 보강섬유들의 표면과의 우수한 젖음성, 접착성 및 결정화를 가져온다.
즉, 본 발명의 구현예들에서와 같이 무수말레인산을 함유한 폴리프로필렌을 이용하여 섬유화하고 이를 기지재 섬유로서 사용하게 되면, 보강 섬유들과 넓은 면적으로 접착할 수 있고, 결정화도 서서히 일어나며 큰 결정을 형성함으로서 결정화도가 증가할 수 있게 된다. 이와 같은 결정화도 증가에 의하면 강도, 탄성율이 증가할 뿐만 아니라, 미세 내부 구조 형성이 용이하게 흡음율 등의 물리적 특성도 증가시킬 수 있게 된다. 놀랍게도, 기존의 기지재 섬유와 보강 섬유와는 달리, 기지재 섬유와 보강 섬유 사이가 보다 치밀하게 넓은 표면적으로 가지면서 견고한 결합이 이루어지도록 할 수 있게 되는 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 1층 구조의 자동차 내장재용 복합 보드의 단면 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 경량 섬유 강화 복합 보드 제조를 위하여, 상기 기지재 섬유로 사용되는 무수말레인산-폴리프로필렌(MA-PP)계 섬유 또는 상기한 바와 같은 무수말레인산-폴리프로필렌(MA-PP)계 섬유를 함유한 심초형 복합섬유 30~90 중량% 와 천연 섬유나 유기계 또는 무기계 보강 섬유 10~70 중량%을 일체형으로 구성된 기재층(2)으로 하여 단층 구조의 경량 섬유 강화복합 보드를 제조할 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 2층 구조의 자동차 내장재용 복합 보드의 단면 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 경량 섬유 강화 복합 보드 제조를 위하여, 상기 기지재 섬유로 사용되는 무수말레인산-폴리프로필렌(MA-PP)계 섬유 또는 상기한 바와 같은 무수말레인산-폴리프로필렌(MA-PP)계 섬유를 함유한 심초형 복합섬유 40~70 중량%와 천연섬유 또는 유/무기계 보강섬유 30~60 중량%가 일체형으로 구성된 기재층(2)과, 상기 기재층(2)의 일 표면 또는 양 표면에 부착(도 2는 양 표면에 부착하는 것을 도시함)되며, 상기 무수말레인산-폴리프로필렌(MA-PP)계 섬유 또는 상기 무수말레인산-폴리프로필렌(MA-PP)계 섬유를 함유한 심초형 복합 섬유 또는 상기 무수말레인산-폴리프로필렌(MA-PP)계 섬유를 함유하지 않은 공지의 심초형 복합섬유 또는 폴리프로필렌 섬유 50~90 중량%와 천연섬유, 유기계 또는 무기계 보강섬유 10~50 중량%가 일체형으로 구성된 표피층(1, 1-1)으로 이루어진 다층 구조의 경량 섬유 강화 복합 보드를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 예시적인 구현예에서는 위와 같은 단층이나 2층 또는 3층 구조에 있어서 선택적으로 기능성 또는 강성을 보완하기 위해 그 일 면 또는 양면에 직물, 편직물, 부직포, 필름, 스크림(scrim) 등의 공지의 섬유층을 선택적으로 부착할 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따른 경량 섬유 강화 복합 보드 제조 방법은 다음과 같다.
즉, 먼저 상기 기재 섬유와 상기 보강 섬유들은 균일하게 혼합/개섬하고, 혼합/개섬한 섬유들을 원통형 실린더형의 카드기를 통과시켜 섬유상의 얇은 웹을 형성하는 소면 단계를 거친다.
이어서, 상기 섬유상 얇은 웹을 여러 층으로 겹치는 더블링 단계를 거치고, 상기 더블링 단계에서 여러 웹으로 형성된 멀티층을 니들펀칭으로 고정하여 부직포를 제조하는 단계를 거친다.
이어서 상기 부직포를 연속식 복합판재 제조 장치로 공급하여 예열, 열융착, 가압, 냉각, 발포, 그리고 커팅이 연속 공정에 의해 이루어지도록 하여 경량 섬유강화복합보드를 제조하는 단계를 거친다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 흡음성, 보온성, 단열성, 외관 특성 등의 기능성의 목적에 따라 기재층의 한쪽 또는 양 표면에 공지의 섬유 층 예컨대, 직물, 편직물, 부직포, 필름, 스크림 등을 부착하는 방법, 기재층에 부착된 표피층의 한 쪽 또는 양 측에 얇은 공지의 섬유 층 예컨대, 직물, 편직물, 부직포, 필림, 스크림 등을 부착하는 방법 등을 이용하여 다양한 다층 구조의 경량 섬유 강화 복합 보드를 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 제품의 강도, 탄성율 등에 따른 다양화 및 차별화를 위해 용융되어 접착제 역할을 하는 기지재 섬유로 상기 무수말레인산-폴리프로필렌(MAPP) 섬유와 함께 일반 범용 기지재 섬유로 사용하는 폴리프로필렌 섬유 역시 일정 비율로 혼합하여 사용할 수도 있으며, 그 비율은 상기 무수말레인산 함유 폴리프로필렌 섬유가 30~70중량%, 일반 폴리프로필렌 섬유가 70~30중량%로 사용하도록 한다.
본 발명의 구현예에서, 상기 보강 섬유로서 예컨대, 대마(hemp) 섬유, 황마(jute) 섬유, 아마(flax) 섬유, 아바카(abaca) 섬유, 케냐프(kenaf) 섬유, 사이잘(sisal) 섬유, 코이어(coir) 섬유, 바나나(banana) 섬유, 면(cotton) 섬유, 셀룰로오스(cellulose)계 섬유 등의 천연 섬유를 사용할 수 있다. 상기 천연 섬유의 길이는 예컨대 길이가 30~200 mm인 것을 사용한다.
상기 보강 섬유로서는 천연 섬유 외에도, 폴리에스테르(PET, polyester)계 섬유, 폴리아마이드 (PA, polyamide)계 섬유, 유리섬유(glass fiber), 탄소섬유 (carbon fiber), 현무암 섬유 (basalt fiber) 등의 각종 유기계 또는 무기계 섬유들을 사용할 수 있다.
상기 기지재 섬유과 보강 섬유를 다양한 조성비로 혼합하여 웹상의 부직포를 제조할 수 있다.
제조된 웹상의 부직포를 연속식 복합보드 제조 장치에 의해 예열, 용융, 압착, 냉각 공정을 거쳐 강성, 탄성, 흡음성 및 내열성이 향상된 다공구조의 경량화된 섬유 강화 복합보드를 제공할 수 있는데, 이러한 연속식 복합 보드 장치는 공지되어 있다. 예컨대 그 장치는 "성능이 강화된 복합재료 제조방법 및 그 제조장치(국제출원 제PCT/KR02/00658호)"에 개시되어 있으며, 예열부, 열융착부, 가압부, 냉각부, 발포부, 그리고 커팅부로 구성된 연속 공정으로 용도에 따라 밀도, 강도 및 두께를 자유롭게 조절할 수 있다. 상기 연속식 장치는 예열부, 열융착부, 가압부, 발포부, 냉각부, 그리고 커팅부로 구성된 연속 공정으로 용도에 따라 밀도, 강도 및 두께를 자유롭게 조절할 수 있다. 제조된 복합 판재는 자동차 천정재용 성형기를 이용하여 제품화될 수 있다. 또한 다층구조의 복합 부직포는 복합판재 공정 없이 예열부, 성형부, 냉각부로만 이루어진 공정에 의해서도 제품화될 수 있다.
제조된 섬유 강화 복합 보드는 기지재 섬유와 보강 섬유 사이의 우수한 젖음성에 기인한 기계적 강도 개선, 미세 다공 구조로의 형성에 의한 경량화, 흡음, 보온, 단열, 충격 흡수 특성을 가질 수 있다.
또한, 열가소성 유기계 섬유 및 천연섬유만을 이용함으로서 우수한 재활용성 등을 가지는 특히 친환경 자동차 내장재용 부품 및 산업용 소재 등의 각종 친환경 소재로서 적용하는 것이 유리하다. 그 사용의 비제한적인 예시는 팩케이지 트레이(package tray), 도어 트림(door trim), 헤드라이너(headliner), 시이트백(seat back) 등을 포함한다.
이하, 실시예 및 실험을 통하여 더욱 상세히 설명하지만, 이하에 기재된 내용에 본 발명이 한정되지 않는다.
[무수 말레인산 및 폴리프로필렌 계열의 열가소성 유기 섬유 제조예 ]
분자량이 오만~십만 사이의 폴리프로필렌과 무수말레인산을 공중합하고, 미반응 및 부산물 등의 불순물을 제거 후 순도 90% 이상의 무수말레인산이 3중량% 공중합된 무수말레인산-폴리프로필렌 공중합 수지를 제조하였다.
상기 공중합 수지를 폴리프로필렌 수지 칩(분자량 약 25만)에 대하여 20중량%:80중량%의 비율로 혼합하여 융용 컴파운딩을 거쳐 방사용 칩을 제조하고 이를 용융 방사기를 이용하여 용융 방사하여 열가소성 유기 섬유를 제조하였다.
얻어진 열가소성 유기 섬유는 굵기가 약 10 데니어이고, 길이가 약 64mm이었으며, 강도 약 2.3 g/d, 신율 250 %, 크림프 수 12개/인치이었다.
섬유 강화 복합 보드 제조
<비교예 1>
기지재로 폴리프로필렌(PP) 섬유 60중량%를 사용하고, 보강섬유로 황마(jute) 40중량%를 사용하였다. 이들 섬유를 혼합/개섬 후 원통형 실린더형의 카드기를 통과시켜 섬유 상 웹을 제조하였다.
제조된 섬유 상 웹을 니들 펀칭에 중량 1000 g/m2 부직포를 제조 한 후 연속식 섬유 강화 복합 보드 제조장치에 의해 연속적으로 예열, 열융착, 가압, 냉각 및 커팅 공정으로 6 m/min 속도로 통과시켜 두께 4 mm의 용융 압착된 경량의 복합 섬유 보드를 제조하였다.
<실시예 1-1>
기지재로 상기 제조한 무수말레인산-폴리프로필렌(MAPP)계 섬유 60중량% 및 보강섬유로 황마(jute) 40중량%를 사용하였다. 이들 섬유를 혼합/개섬 후 원통형 실린더형의 카드기를 통과시켜 섬유 상의 웹을 제조하였다.
제조된 섬유상의 웹을 니들 펀칭에 중량 1000 g/m2 부직포를 제조 한 후 상기 연속식 섬유 강화 복합 보드 제조장치에 의해 연속적으로 예열, 열융착, 가압, 냉각 및 커팅 공정으로 6 m/min 속도로 통과시켜 두께 4 mm의 용융 압착된 경량의 복합 섬유 보드를 제조하였다.
<실시예 1-2>
기지재로 상기 제조한 무수말레인산-폴리프로필렌(MAPP)계 섬유 40중량% 및 폴리프로필렌 섬유 20중량%를 사용하고, 보강섬유로 황마(jute) 40중량%를 사용하였다. 이들 섬유를 혼합/개섬 후 원통형 실린더형의 카드기를 통과하여 제조된 섬유상의 웹을 니들 펀칭에 중량 1000 g/m2 부직포를 제조 한 후 상기 연속식 섬유 강화 복합 보드 제조장치에 의해 연속적으로 예열, 열융착, 가압, 냉각 및 커팅 공정으로 6 m/min 속도로 통과시켜 두께 4 mm의 용융 압착된 경량의 복합 섬유 보드를 제조하였다.
<비교예 2>
기지재로 폴리프로필렌(PP) 섬유 50중량%를 사용하고 보강섬유로 황마(jute) 섬유 50중량%를 사용하였다. 이들 섬유를 혼합/개섬 후 원통형 실린더형의 카드기를 통과하여 제조된 섬유상의 얇은 웹을 니들 펀칭에 제조된 600 g/m2 부직포를 내부층으로 하였다.
또한, 폴리프로필렌(PP) 섬유 70중량%, 폴리에스테르(PET) 30 중량%를 균일하게 혼합/개섬 후 역시 카드기를 통과하여 제조된 섬유상의 얇은 웹을 니들펀칭에 의해 제조된 200 g/m2 부직포를 표피층으로 하였다.
상기 표피층이 내부층의 양쪽 표면에 부착되도록 위치시켜 각 층들이 겹쳐지도록 더블링하고 니들펀칭에 의해 고정하였다. 니들펀칭에 의해 복합 부직포가 제조되면 상기 연속식 섬유 강화 복합 보드 제조장치에 의해 예열, 열융착, 가압, 냉각, 커팅 공정으로 6 m/min 속도로 중량 1000 g/m2, 두께 4.5 mm의 경량의 복합 섬유 보드를 제조하였다.
<실시예 2>
기지재로 무수말레인산-폴리프로필렌(MAPP)계 섬유 50중량%를 사용하고, 보강섬유로 황마 (jute) 섬유 50중량%를 사용하였다. 이들 섬유를 혼합/개섬 후 원통형 실린더형의 카드기를 통과하여 제조된 섬유상의 얇은 웹을 니들 펀칭하여 600 g/m2 부직포를 제조하였고, 이를 내부층으로 하였다.
또한, 무수말레인산-폴리프로필렌(MAPP) 섬유 70중량%, 폴리에스테르(PET) 30중량%를 균일하게 혼합/개섬 후 역시 카드기를 통과하여 제조된 섬유상의 얇은 웹을 니들펀칭하여 200 g/m2 부직포를 제조하였고, 이를 표피층으로 하였다.
상기 표피층이 내부층의 양쪽 표면에 부착되도록 위치시켜 각 층들이 겹쳐지도록 더블링하고 니들펀칭에 의해 고정하였다. 니들펀칭에 의해 복합부직포가 제조되면 상기 연속식 섬유 강화 복합 보드 제조장치에 의해 예열, 열융착, 가압, 냉각, 커팅 공정으로 6 m/min 속도로 중량 1000 g/m2, 두께 4.5 mm의 경량의 복합 섬유 보드를 제조하였다.
<실험>
상기 실시예들에서 제조한 복합 섬유 보드는 이하의 성능 테스트를 통해 그 성능을 비교 분석하였다.
(1) MD(machine direction)는 제품이 나오는 기계적 방향의 값이고, AMD(across-machine direction)는 기계적 방향에 대한 수직방향이다.
(2) 굴곡 강도는 ISO 178 시험규격법에 의해 샘플사이즈 50x200 mm, 스팬(span) 넓이 100 mm, 측정 속도 50 mm/min로 하여 굴곡 강도와 굴곡 탄성율을 측정하였다.
(3) 처짐성(sag)은 75x300 mm의 시편을 채취하여 지그에 시편의 한 쪽면을 25 mm를 고정시켜 환경시험 챔버에 투입 후 90 oC에서 5시간 유지, -40 oC에서 5시간 유지, 50 oC 습도 95%에서 5시간 유지를 연속적으로 하여 제조된 보드의 내열, 내한, 내습에 대한 저항성에 대한 신뢰성을 측정하였다. 결과치는 고정된 반대편의 끝 면이 밑으로 처지는 양을 측정(mm)로 측정하여 평가하였다.
(4) 흡음성은 임피던스 튜브(impedance tube) 법에 의해 측정된 흡음 계수값들에서 250, 500, 1000, 2000 Hz 값에서의 흡음계수 값의 평균값(NRC)으로 하여 상호 흡음 특성 값을 비교 분석하였다.
실험 결과를 다음 표에 나타내었다.
구분 중량
(g/m2)
두께
(mm)
밀도
(g/cm3)
굴곡강도
(N)
굴곡탄성율
(N/mm)
처짐성(sag)
(mm)
흡음성
(NRC)
MD AMD MD AMD MD AMD -
비교예 1 1000 4.0 0.25 27 22 5.5 3.9 9.3 15.4 0.17
실시예 1-1 1000 4.0 0.25 39 35 8.7 7.3 4.1 7.9 0.25
실시예 1-2 1000 4.0 0.25 36 33 7.9 6.5 5.2 8.4 0.23
비교예 2 1000 4.5 0.24 25 20 4.5 3.5 8.9 13.1 0.19
실시예 2 1000 4.5 0.24 37 34 8.1 6.9 5.2 8.2 0.27
위 결과로부터 확인할 수 있듯이, 무수말레인산-폴리프로필렌(MAPP) 섬유를 기지재로 사용한 실시예 1의 경우가 굴곡강도 및 굴곡탄성율이 가장 우수한 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 천연섬유와의 우수한 젖음성에 기인한 미세한 다공구조 형성으로 흡음특성 및 처짐성에서도 기지재로 폴리프로필렌 섬유를 사용한 것과 비교하여 월등히 우수한 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구현예들에 따른 열가소성 유기 섬유를 사용하는 경우 기존의 기지재로 사용하는 열가소성 유기 소재와 보강섬유 사이의 낮은 젖음성 및 접착력에 의한 강도 증가의 한계성을 극복할 수 있다. 본 발명의 구현예들에 따른 섬유 복합 보드는 미세한 기공층을 가지는 벌키 다층구조 설계가 가능하고 경량성, 내구성 및 재활용성의 효과가 있다. 해당 복합 보드는 자동차 내장재 뿐만 아니라, 각종 파티션, 가구, 합판 등과 같은 건축용 및 산업소재로 이용이 가능하다.

Claims (25)

  1. 섬유 복합 보드의 기지재로서 사용되는 열가소성 유기 섬유의 제조 방법으로서,
    무수말레인산(MA, maleic anhydride)을 폴리프로필렌과 공중합하여 공중합체 수지를 제공하는 단계; 및
    상기 공중합체 수지를 원료로 열가소성 유기 섬유를 제조하는 단계;를 포함하는 열가소성 유기 섬유 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공중합체 수지는 무수말레인산과 폴리프로필렌을 용융 컴파운딩하여 얻어지는 칩 형태이거나 또는 무수말레인산과 폴리프로필렌을 용액 공중합하여 얻어지는 파우더 형태인 열가소성 유기 섬유 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    0.1~6 중량%의 중량 비율로 무수말레인산(MA)을 폴리프로필렌과 공중합시키는 열가소성 유기 섬유 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열가소성 유기 섬유 제조 단계는, 상기 공중합체 수지를 폴리프로필렌 수지와 함께 용융 컴파운딩하여 방사용 칩을 제조하거나 또는 상기 공중합체 수지를 폴리프로필렌 수지와 함께 혼합하여 방사용 혼합물을 제조하는 단계; 및
    상기 방사용 칩 또는 방사용 혼합물을 이용하여 용융 방사를 수행하여 무수말레인산을 함유한 폴리프로필렌 계의 열가소성 유기 섬유를 제조하는 단계;를 포함하는 열가소성 유기 섬유 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 공중합체 수지를 폴리프로필렌 수지에 대하여 1~50중량% 첨가하는 열가소성 유기 섬유 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 방사용 칩에는 전체 중량에 대해 무수말레인산 함량이 0.1~10 중량% 함유되는 열가소성 유기 섬유 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 열가소성 유기 섬유를 초성분으로 하고 유기계 섬유를 심성분으로 하여 심초형 복합 섬유를 제조하는 단계를 더 포함하는 열가소성 유기 섬유 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 심성분은 폴리아미드계 복합 섬유, 폴리프로필렌계 복합 섬유 또는 폴리에스테르계 복합 섬유인 열가소성 유기 섬유 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 심초형 복합섬유는 융점이 160~270 oC인 심성분 40~70 중량%와 융점이 110~180 oC인 초성분 30~60 중량%가 배합되는 열가소성 유기 섬유 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 의하여 제조되는 열가소성 유기 섬유로서, 섬유 복합 보드의 기지재로서 사용되는 열가소성 유기 섬유.
  11. 제 10 항의 열가소성 유기 섬유를 기지개 섬유로서 포함하는 섬유 복합 보드.
  12. 열가소성 유기 섬유 복합 보드의 기지재로서 사용되는 열가소성 유기 섬유로서,
    무수말레인산을 폴리프로필렌과 공중합한 공중합체 수지를 함유하는 열가소성 유기 섬유.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 열가소성 유기 섬유는 무수말레인산을 폴리프로필렌과 공중합한 공중합체 수지를 폴리프로필렌 수지 칩과 용융 콤파운딩하여 얻어진 방사용 칩을 용융 방사하여 얻어지는 열가소성 유기 섬유.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 열가소성 유기 섬유를 심초형 복합 섬유의 초성분으로서 함유하는 열가소성 유기 섬유.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 열가소성 유기 섬유는 굵기가 3~30 데니어이고, 길이가 30~100mm인 열가소성 유기 섬유.
  16. 기지재와 보강 섬유를 이용한 섬유 복합 보드로서,
    상기 기지재가 무수말레인산을 폴리프로필렌과 공중합한 공중합체 수지를 함유하는 열가소성 유기 섬유인 섬유 복합 보드.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 열가소성 유기 섬유는 무수말레인산을 폴리프로필렌과 공중합한 공중합체 수지를 폴리프로필렌 수지 칩과 용융 콤파운딩하여 얻어진 방사용 칩을 용융 방사하여 얻어지는 열가소성 유기 섬유인 섬유 복합 보드.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 보강 섬유는 대마(hemp) 섬유, 황마(jute) 섬유, 아마(flax) 섬유, 아바카(abaca) 섬유, 케냐프(kenaf) 섬유, 사이잘(sisal) 섬유, 코이어(coir) 섬유, 바나나(banana) 섬유, 면 (cotton) 섬유 및 셀룰로오스(cellulose)계 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 천연 섬유; 또는
    폴리에스테르계 섬유, 폴리아미드계 섬유, 폴리아크릴계 섬유, 폴리비닐알코올계 섬유, 아라미드계 섬유, 유리섬유, 탄소 섬유, 보론 섬유 및 현무암 섬유로부터 이루어진 그룹에서 선택되는 유기계 또는 무기계 섬유인 섬유 복합 보드.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 섬유 복합 보드는, 상기 기지재 섬유 30~90 중량% 및 상기 보강 섬유 10~70 중량%로 이루어진 기재층을 포함하는 섬유 복합 보드.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 섬유 복합 보드는, 상기 기지재 섬유 40~70 중량% 및 상기 보강 섬유 30~70 중량%로 이루어진 기재층과, 상기 기재층의 일면 또는 양면에 부착되는 것이고, 상기 기지재 섬유, 폴리프로필렌 섬유 또는 심초형 복합 섬유 중 하나 이상의 섬유 50~90 중량% 및 상기 보강섬유 10~50 중량%로 이루어진 표피층을 포함하는 섬유 복합 보드.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 섬유 복합 보드의 일측 또는 양측에 섬유 층을 더 포함하는 것인 섬유 복합 보드.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 섬유 복합 보드의 일측 또는 양측에 섬유 층을 더 포함하는 것인 섬유 복합 보드.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 심초형 복합섬유는 고융점의 심성분 40~70 중량%와 저융점의 초성분 30~60 중량%가 배합된 것으로, 초성분은 융점이 100~180 oC인 저융점 폴리에스테르계 수지 섬유이고, 심성분은 융점이 240~270 oC인 폴리에스테르계 수지 섬유인 심초형 복합섬유이거나, 또는 초성분은 100~140 oC인 폴리에틸렌계 수지 섬유이고 심성분은 융점이 240~270 oC인 폴리에스테르계 수지 섬유인 심초형 복합섬유이거나, 또는 초성분은 융점이 140~170 oC인 폴리프로필렌계 수지 섬유이고 심성분은 융점이 250~270 oC인 폴리에스테르계 수지 섬유인 심초형 복합섬유인 것을 포함하는 섬유 복합 보드.
  24. 제 16 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항의 섬유 복합 보드를 포함하는 자동차용 내장재.
  25. 섬유 복합 보드의 제조 방법에 있어서,
    제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 의하여 제조되는 열가소성 유기 섬유인 기지재 섬유 및 보강 섬유를 혼합 및 개섬하는 단계;
    상기 혼합 및 개섬한 섬유들을 카딩하여 섬유상 웹을 형성하는 단계;
    상기 섬유상 웹을 적층하는 더블링 단계;
    상기 더블링 단계에서 적층된 웹을 니들 펀칭하여 부직포를 제조하는 단계;
    상기 부직포를 예열, 열융착, 가압, 냉각하여 복합 보드를 제조하는 단계;를 포함하는 섬유 복합 보드 제조 방법.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101279522B1 (ko) * 2013-01-02 2013-07-05 가온전선 주식회사 내열 및 접착성이 우수한 열가소성 기지재 섬유를 이용한 자동차 천정재용 경량 천연섬유강화복합보드 및 그 제조 방법
KR101301036B1 (ko) * 2013-01-02 2013-09-10 가온전선 주식회사 다층 구조의 열가소성 섬유강화복합보드를 이용한 자동차 외장재용 소재의 제조방법
KR101451178B1 (ko) * 2013-01-03 2014-10-15 (주)은탑 불연성 탄소섬유 하드 패널의 제조방법
KR20150124694A (ko) * 2014-04-29 2015-11-06 한일이화 주식회사 차량 내장재 기재용 펠트 적층물 및 그 제조방법
KR101657413B1 (ko) 2015-05-18 2016-09-19 전라남도 대형 해조류용 채묘장치
CN114393902A (zh) * 2022-01-06 2022-04-26 惠州视维新技术有限公司 复合板材及其制备方法、显示器背板及其制备方法、显示装置
KR20220129890A (ko) * 2021-03-17 2022-09-26 (주)원투비씨에스티 삼을 이용한 바이오복합 마감재 및 그 제조방법

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE540168C2 (en) * 2014-01-22 2018-04-17 Ab Edsbyverken A partition screen, a partition screen system and a method of making the partition screen
CN104690979B (zh) * 2015-02-16 2019-09-03 长春博超汽车零部件股份有限公司 一种低voc天然纤维复合材料、制备方法及其应用
JP7097781B2 (ja) * 2018-08-23 2022-07-08 日東電工株式会社 積層シート
KR102076421B1 (ko) * 2018-09-12 2020-02-11 손근수 자동차 러기지트림용 친환경 복합재료의 제조방법

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4950541A (en) * 1984-08-15 1990-08-21 The Dow Chemical Company Maleic anhydride grafts of olefin polymers
JPS61266411A (ja) * 1985-05-20 1986-11-26 Mitsubishi Petrochem Co Ltd 無水マレイン酸変性ポリオレフインの精製方法
US4801630A (en) * 1986-03-03 1989-01-31 Exxon Chemical Patents Inc. Composition for preparing cement--adhesive reinforcing fibers
JPH04272222A (ja) * 1991-02-20 1992-09-29 Unitika Ltd 軽量複合繊維
KR950000172B1 (ko) * 1991-12-30 1995-01-11 제일합섬 주식회사 섬유강화 열가소성 성형체의 제조방법
KR960005302B1 (ko) * 1993-10-18 1996-04-23 제일모직주식회사 폴리프로필렌계 복합재료 쉬트의 제조방법 및 이로부터 제조된 복합재료쉬트
KR950027020A (ko) * 1994-03-10 1995-10-16 유채준 연신성 향상 난연성 폴리프로필렌사의 조성물
WO1999034042A1 (en) * 1997-12-31 1999-07-08 Kimberley-Clark Worldwide, Inc. Flushable fiber compositions comprising modified polypropylene and modified poly(ethylene oxide) and process for making the same
US6855422B2 (en) * 2000-09-21 2005-02-15 Monte C. Magill Multi-component fibers having enhanced reversible thermal properties and methods of manufacturing thereof
US6670035B2 (en) * 2002-04-05 2003-12-30 Arteva North America S.A.R.L. Binder fiber and nonwoven web
US7465684B2 (en) * 2005-01-06 2008-12-16 Buckeye Technologies Inc. High strength and high elongation wipe
KR100816800B1 (ko) * 2006-05-31 2008-03-26 (주)리앤에스 상용화제로 나일론 6과 무수말레인산-폴리프로필렌을 이용한 나노입자상 클레이 함유 폴리프로필렌 섬유의 제조 방법 및 그에 의해 제조된 나노입자상 클레이 함유 폴리프로필렌 섬유
KR100850765B1 (ko) * 2007-04-06 2008-08-06 (주)리앤에스 2성분 섬유 및 고융점 열가소성 섬유를 포함하는 흡음보드및 그의 제조방법
JP4890477B2 (ja) * 2008-01-31 2012-03-07 三菱レイヨン株式会社 ポリプロピレン系繊維及び繊維製品
KR101417114B1 (ko) * 2008-10-14 2014-07-16 현대자동차주식회사 자동차 무도장 외장부품용 폴리프로필렌/클레이 나노복합재및 이의 제조방법

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101279522B1 (ko) * 2013-01-02 2013-07-05 가온전선 주식회사 내열 및 접착성이 우수한 열가소성 기지재 섬유를 이용한 자동차 천정재용 경량 천연섬유강화복합보드 및 그 제조 방법
KR101301036B1 (ko) * 2013-01-02 2013-09-10 가온전선 주식회사 다층 구조의 열가소성 섬유강화복합보드를 이용한 자동차 외장재용 소재의 제조방법
KR101451178B1 (ko) * 2013-01-03 2014-10-15 (주)은탑 불연성 탄소섬유 하드 패널의 제조방법
KR20150124694A (ko) * 2014-04-29 2015-11-06 한일이화 주식회사 차량 내장재 기재용 펠트 적층물 및 그 제조방법
KR101657413B1 (ko) 2015-05-18 2016-09-19 전라남도 대형 해조류용 채묘장치
KR20220129890A (ko) * 2021-03-17 2022-09-26 (주)원투비씨에스티 삼을 이용한 바이오복합 마감재 및 그 제조방법
CN114393902A (zh) * 2022-01-06 2022-04-26 惠州视维新技术有限公司 复合板材及其制备方法、显示器背板及其制备方法、显示装置
CN114393902B (zh) * 2022-01-06 2024-03-12 惠州视维新技术有限公司 复合板材及其制备方法、显示器背板及其制备方法、显示装置

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