KR20120106031A - 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 천연보강섬유와 폴리유산섬유를 타면혼섬하는 타면혼섬단계, 타면혼섬된 섬유를 카딩하고 니틀펀칭하여 펠트층을 형성하는 제1펠트층형성단계, 폴리유산섬유를 타면하는 타면단계, 타면된 폴리유산섬유를 카딩하고 니들펀칭하여 펠트층을 형성하는 제2펠트층형성단계, 상기 제1펠트층의 상부면 및 하부면에 상기 제2펠트층을 형성하고 니들펀칭하는 합지단계, 상기 합지단계를 거친 적층체의 상부면 및 하부면에 천연섬유로 이루어진 생분해성부직포층을 형성하는 부직포층형성단계 및 생분해성부직포층이 형성된 적층체를 예열한 후에 냉각하는 성형단계로 이루어진다.

Description

자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF BIODEGRADABLE COMPOSITE PANEL FOR CAR INTERIOR}
본 발명은 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생분해성이 우수하며, 기계적 물성이 향상된 재료를 사용하여 사용환경에서 변형이 발생하지 않고, 폐기처분시에 생분해 속도가 빠른 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생분해성이 우수하며, 기계적 물성이 향상된 재료를 사용하여 사용환경에서 변형이 발생하지 않고, 폐기처분시에 생분해 속도가 빠른 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법에 관한 것이다.
종래에 사용되던 자동차 내장용 복합패널은 합성수지 화합물을 원료로 하여 제조되는데, 합성수지 화합물을 원료로 하여 제조된 자동차 내장용 복합패널은 제조과정에서 이산화탄소와 각종 유해물질이 방출되어 작업자의 건강이나 작업환경이 오염되는 문제점이 있었다.
또한, 폐기처분을 위해 소각하는 방법을 이용하는 경우에는 다량의 환경오염물질이 배출되며, 오염물질의 배출을 줄이기 위해, 토양에 매립하는 방법을 이용하는 경우에는 토양에 존재하는 미생물에 의해 분해되는데 수십에서 수백년의 시간이소요되는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위해, 생분해성이 우수한 식물성 천연섬유를 이용한 복합패널의 개발이 제시되고 있으나, 식물성 천연섬유를 이용한 복합패널의 경우 합성수지로 제조된 복합패널에 비해 기계적 물성이 현저하게 저하되며, 내습성이 취약하여, 적용부위에 제한이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 전술한 식물성 천연섬유와 합성섬유를 혼합하여 사용하는 방법이 이용되고 있으나, 합성섬유의 첨가로 인해 환경오염 등 여러 가지 문제점이 발생하며, 폐기처분시에 합성섬유와 천연섬유를 별도로 분리해야 하기 때문에, 처리비용이 증가하는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명의 목적은 생분해성과 기계적 물성이 우수하여 적용부위에 제한이 없으며, 폐기처분시에 빠르게 분해되어 환경오염을 유발하지 않는 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수분을 차단하는 적층구조로 인해 내습성이 우수하며, 폐기처분시에 별도의 분리과정을 거치지 않기 때문에 처리비용이 저렴한 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 천연보강섬유와 폴리유산섬유를 타면혼섬하는 타면혼섬단계, 타면혼섬된 섬유를 카딩하고 니틀펀칭하여 펠트층을 형성하는 제1펠트층형성단계, 폴리유산섬유를 타면하는 타면단계, 타면된 폴리유산섬유를 카딩하고 니들펀칭하여 펠트층을 형성하는 제2펠트층형성단계, 상기 제1펠트층의 상부면 및 하부면에 상기 제2펠트층을 형성하고 니들펀칭하는 합지단계, 상기 합지단계를 거친 적층체의 상부면 및 하부면에 천연섬유로 이루어진 생분해성부직포층을 형성하는 부직포층형성단계 및 생분해성부직포층이 형성된 적층체를 예열한 후에 냉각하는 성형단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 타면혼섬단계는 천연보강섬유 50 내지 70 중량부와 폴리유산섬유 30 내지 50 중량부를 타면혼섬하여 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 천연보강섬유는 50 내지 80 밀리미터의 길이를 가지며, 황마섬유, 양마섬유 및 대마섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 부직포층형성단계는 니들펀칭 또는 열압착 공정으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 폴리유산섬유는 권축이 부여되며, 50 내지 80 밀리미터의 길이를 갖는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 생분해성부직포층은 20 내지 100g/m2의 면밀도를 갖는 박막인 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 천연섬유는 면, 닥나무, 펄프 및 해초로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 성형단계는 생분해성부직포층이 형성된 적층체를 표면온도가 210 내지 230℃인 열간프레스 및 오븐예열장치로 예열한 후에 냉각프레스에서 압착하여 이루어지는 것으로 한다.
본 발명에 따른 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법은 생분해성과 기계적 물성이 우수하여 적용부위에 제한이 없으며, 폐기처분시에 분해 속도가 빨라 환경오염을 유발하지 않는 탁월한 효과를 나타낸다.
또한, 수분을 차단하는 적층구조로 인해 내습성이 우수하며, 폐기처분시에 별도의 분리과정을 거치지 않기 때문에 처리비용이 저렴한 탁월한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 의해 제조된 자동차 내장용 생분해성 복합패널을 나타낸 분해사시도이다.
도 3은 실시예 3을 통해 제조된 자동차용 헤드라이너의 사용환경에서 강성저하에 따른 형상 변형 정도를 알아보기 위해 (주)코려큐엠에스의 대형항온항습조(Constant Temp & Humid Chamber)를 이용하여 환경시험을 실시하기 전 후의 모습을 나타낸 사진이다.
도 4는 실시예 4를 통해 제조된 자동차용 헤드라이너의 사용환경에서 강성저하에 따른 형상 변형 정도를 알아보기 위해 (주)코려큐엠에스의 대형항온항습조를 이용하여 환경시험을 실시하기 전 후의 모습을 나타낸 사진이다.
도 5는 비교예 3을 통해 제조된 자동차용 헤드라이너의 사용환경에서 강성저하에 따른 형상 변형 정도를 알아보기 위해 (주)코려큐엠에스의 대형항온항습조를 이용하여 환경시험을 실시하기 전 후의 모습을 나타낸 사진이다.
도 6은 비교예 4를 통해 제조된 자동차용 헤드라이너의 사용환경에서 강성저하에 따른 형상 변형 정도를 알아보기 위해 (주)코려큐엠에스의 대형항온항습조를 이용하여 환경시험을 실시하기 전 후의 모습을 나타낸 사진이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 자동차 내장용 생분해성 복합패널(1)의 제조방법은 천연보강섬유와 폴리유산섬유를 타면혼섬하는 타면혼섬단계(S101), 타면혼섬된 섬유를 카딩하고 니틀펀칭하여 펠트층을 형성하는 제1펠트층형성단계(S103), 폴리유산섬유를 타면하는 타면단계(S105), 타면된 폴리유산섬유를 카딩하고 니들펀칭하여 펠트층을 형성하는 제2펠트층형성단계(S107), 전술한 제1펠트층(10)의 상부면 및 하부면에 상기 제2펠트층(20)을 형성하고 니들펀칭하는 합지단계(S109), 전술한 합지단계(S109)를 거친 적층체의 상부면 및 하부면에 천연섬유로 이루어진 생분해성부직포층(30)을 형성하는 부직포층형성단계(S111) 및 생분해성부직포층(30)이 형성된 적층체를 예열한 후에 냉각하는 성형단계로 이루어진다.
전술한 타면혼섬단계(S101)는 천연보강섬유와 폴리유산섬유를 타면혼섬하는 단계로, 천연보강섬유 50 내지 70 중량부와 폴리유산섬유 30 내지 50 중량부를 타면혼섬하여 이루어지는데, 전술한 천연보강섬유와 전술한 폴리유산섬유가 고르게 혼합될 수 있도록, 에어블로윙(Air Blowing) 과정을 반복적으로 실시한다.
이때, 전술한 천연보강섬유는 50 내지 80 밀리미터의 길이를 가지며, 황마섬유, 양마섬유 및 대마섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는데, 전술한 폴리유산섬유와의 결합하여 기계적 강도가 개선된 자동차 내장용 생분해성 복합패널(1)을 제공하는 역할을 한다.
전술한 폴리유산섬유는 권축이 부여되며, 50 내지 80 밀리미터의 길이를 갖는데, 전술한 제1펠트층형성단계(S101)에서 카딩성을 개선하고, 전술한 천연보강섬유와 혼섬된 후에 가열을 통해 용융되면 천연보강섬유 사이로 스며들어 천연보강섬유를 결속하는 바인더의 역할을 한다.
전술한 제1펠트층형성단계(S103)는 타면혼섬된 섬유를 카딩하고 니틀펀칭하여 펠트층을 형성하는 단계로, 전술한 타면혼섬단계(S101)를 통해 타면혼섬된 섬유들이 고르게 정돈되어 일정한 형태를 가질 수 있도록 카딩하여 웹의 형상으로 제조한 후에, 웹의 결속력을 높이기 위해 니들펀칭하는 단계다.
전술한 타면단계(S105)는 폴리유산섬유를 타면하는 단계로, 폴리유산 섬유가 고르게 분산되도록 하기 위해, 에어블로윙(Air Blowing) 과정을 반복적으로 실시한다.
이때, 전술한 폴리유산 섬유는 권축이 부여되며, 50 내지 80 밀리미터의 길이를 갖는데, 전술한 제1펠트층(10)의 표면에 코팅막을 형성하여 자동차 내장용 생분해성 복합패널(1)의 기계적 강도를 향상시키는 역할 및 사용환경에서 제1펠트층(10)으로 수분이 침투하는 것을 차단하여 제1펠트층(10)의 강성이 저하되는 것을 방지하는 역할을 한다.
전술한 제2펠트층형성단계(S107)는 타면된 폴리유산섬유를 카딩하고 니들펀칭하여 펠트층을 형성하는 단계로, 전술한 타면단계(S105)를 통해 타면된 섬유들이 고르게 정돈되어 일정한 형태를 가질 수 있도록 카딩하여 웹의 형상으로 제조한 후에, 웹의 결속력을 높이기 위해 니들펀칭하는 단계다.
전술한 합지단계(S109)는 전술한 제1펠트층(10)의 상부면 및 하부면에 전술한 제2펠트층(20)을 형성하고 니들펀칭하는 단계로, 전술한 제1펠트층(10)과 제2펠트층(20)의 중량비는 1:1 내지 4:1 정도가 바람직하며, 합지단계(S109)에서 진행되는 니들펀칭을 통해 합지된 적층체는 자동차 내장용 생분해서 복합패널(1)의 기계적 물성을 향상시키는 역할을 한다.
부직포층형성단계(S111)는 전술한 합지단계(S109)를 거친 적층체의 상부면 및 하부면에 천연섬유로 이루어진 생분해성부직포층(30)을 형성하는 단계로, 니들펀칭 또는 열압착 공정을 통해 적층체의 상부면 및 하부면에 생분해성부직포를 형성하는데, 이러한 과정으로 형성된 생분해성부직포층(30)은 스펀레이드(Spunlaid)공법을 통해 제조되며, 20 내지 100g/m2의 면밀도를 갖는다.
이때, 전술한 천연섬유는 면, 닥나무, 펄프 및 해초로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나로 이루어지는 것이 바람직하며, 이러한 성분으로 이루어진 생분해성부직포는 자동차 내장용 생분해성 복합패널(1)의 외관 품질을 개선하고, 열간금형에서 복합패널을 예열할 때, 복합패널이 열간금형에 달라붙는 것을 차단하며, 성형금형으로 복합패널을 이송할 때, 복합패널의 표면이 손상되는 것을 차단하는 역할을 한다.
전술한 성형단계(S113)는 생분해성부직포층(30)이 형성된 적층체를 예열한 후에 냉각하는 단계로, 생분해성부직포층(30)이 형성된 적층체를 표면온도가 210 내지 230℃ 열간프레스 및 오븐(Oven) 예열장치로 예열한 후에 냉각프레스에서 압착하여 자동차 내장용 생분해성 복합패널(1)을 제조하는 단계다.
이하에서는, 본 발명에 따른 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 물성을 실시예를 들어 설명한다.
<실시예 1>
황마섬유 60 중량부와 폴리유산섬유 40 중량부를 타면혼섬하여 면밀도가 700g/m2인 제1펠트층을 제조하고, 제1펠트층의 상부면 및 하부면에 폴리유산 섬유를 타면하여 이루어지며, 면밀도가 200g/m2인 제2펠트층을 적층하여 적층체를 제조하고, 적층체의 상부면 및 하부면에 면섬유로 이루어지며, 50g/m2의 면밀도를 갖는 박막으로 형성되는 생분해성부직포층을 형성하고, 표면온도가 220℃인 연간평판금형을 이용하여 60kgf/cm2의 압력으로 60초 동안 예열압착한 후에 냉각평판금형을 이용하여 80kgf/cm2의 압력으로 45초 동안 냉각 압착하여 2.5밀리미터의 두께를 나타내는 자동차 내장용 생분해성 복합패널을 제조하였다.
<실시예 2>
실시예 1과 동일하게 진행하되, 천연보강섬유인 황마섬유 70 중량부와 폴리유산 30 중량부를 타면혼섬하여 면밀도가 700g/m2인 제1펠트층을 적용하여 자동차 내장용 생분해성 복합패널을 제조하였다.
<실시예 3>
실시예 1과 동일하게 진행하되, 냉각평판금형 대신 자동차용 헤드라이너성형 금형을 이용하여 자동차용 헤드라이너를 제조하였다.
<실시예 4>
실시예 2와 동일하게 진행하되, 냉각평판금형 대신 자동차용 헤드라이너성형 금형을 이용하여 자동차용 헤드라이너를 제조하였다.
<비교예 1>
황마섬유 60 중량부와 폴리유산섬유 40 중량부를 타면혼섬하여 면밀도가 1200g/m2인 생분해성 복합패널을 제조한 후에, 표면온도가 220℃인 열간평판금형을 이용하여 60kgf/cm2의 압력으로 60초 동안 예열압착한 후 냉각평판금형을 이용하여 80kgf/cm2의 압력으로 45초 동안 냉각 압착하여 2.5밀리미터의 두께를 나타내는 자동차 내장용 생분해성 복합패널을 제조하였다.
<비교예 2>
비교예 1과 동일하게 진행하되, 황마섬유 70 중량부와 폴리유산섬유 30 중량부를 타면혼섬하여 자동차 내장용 생분해성 복합패널을 제조하였다.
<비교예 3>
비교예 1과 동일하게 진행하되, 냉각평판금형 대신 자동차용 헤드라이너성형금형을 이용하여 자동차용 헤드라이너를 제조하였다.
<비교예 4>
비교예 2와 동일하게 진행하되, 냉각평판금형 대신 자동차용 헤드라이너성형 금형을 이용하여 자동차용 헤드라이너를 제조하였다.
전술한 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2를 통해 제조된 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 인장강도, 내습 인장강도, 굴곡강도 및 내습 굴곡강도를 INSTRON사의 UTM(Universal Test Machine)으로 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.
{단, 인장강도는 50mm×150mm 크기의 복합패널 시편을 MD(Machine Direction)와 AMD(Across Machine Direction)로 각 5매 이상 취하여 50mm/min의 속도로 인장강도를 측정하여 평균을 나타내었다.
이때, 상태 조건은 23℃의 온도에서 65% RH로 유지된 조건에서 진행하였고, 내습 조건은 50℃의 온도에서 90% RH로 24시간 방치한 후에 상태 조건에서 1시간 정치 후 진행하였다.
굴곡강도는 50mm×150mm 크기의 복합패널 시편을 MD와 AMD로 각 5매 이상 취하여 5mm/min의 속도로 굴곡강도를 측정하여 평균을 나타내었다.
이때, 상태 조건은 23℃의 온도에서 65% RH로 유지된 조건에서 진행하였고, 내습 조건은 50℃의 온도에서 90% RH로 24시간 방치한 후에 상태 조건에서 1시간 정치 후 진행하였다.}
<표 1>
Figure pat00001
위에 표 1에 나타낸 것처럼 본 발명에 의해 제조된 자동차 내장용 생분해성 복합패널은 비교예 1 내지 2를 통해 제조된 자동차 내장용 생분해성 복합패널에 비해 인장강도, 내습 인장강도, 굴곡강도 및 내습 굴곡강도가 월등하게 향상되 것을 알 수 있다.
전술한 실시예 3 내지 4 및 비교예 3 내지 4를 통해 제조된 자동차용 헤드라이너의 사용환경에서 강성저하에 따른 형상 변형 정도를 알아보기 위해 (주)코려큐엠에스의 대형항온항습조(Constant Temp & Humid Chamber)를 이용하여 환경시험을 진행하고, 그 결과를 도 3 내지 도 6에 나타내었다.
(단, 환경시험은 1시간 동안 23℃에서 90℃까지 가열하고, 90℃에서 3시간 동안 온도를 유지하고, 1시간 동안 90℃에서 23℃로 냉각하고, 23℃에서 1시간 동안 온도를 유지하고, 1시간 동안 23℃에서 영하 40℃로 냉각하고, 3시간 동안 영하 40℃를 유지하고, 1시간 동안 영하 40℃에서 23℃로 가열하고, 1시간 동안 23℃를 유지하고, 1시간 동안 23℃에서 50℃로 가열하면서 상대습도를 90% RH까지 상승시키고, 7시간 동안 50℃의 온도와 상대습도 90% RH를 유지하고, 1시간 동안 50℃의 온도에서 23℃로 냉각 및 90%의 RH를 50%로 하강하는 과정을 1회로 하여, 총 3회 반복한 후 테스트 제품의 변형 유무를 측정하였다.)
도 3 내지 도 6에 나타낸 것처럼 비교예 3 내지 4를 통해 제조된 자동차용 헤드라이너의 경우 환경시험 결과 원단 박리 및 제품의 형상 변형이 발생하였으며, 실시예 3 내지 4를 통해 제조된 자동차용 헤드라이너는 폴리유산섬유로 제조된 제2펠트층과 생분해성부직포층이 적용되어 원단 박리 및 형상 변형이 발생하지 않은 것을 알 수 있다.
S101 ; 타면혼섬단계
S103 ; 제1펠트층형성단계
S105 ; 타면단계
S107 ; 제2펠트층형성단계
S109 ; 합지단계
S111 ; 부직포층형성단계
S113 ; 성형단계
1 ; 자동차 내장용 생분해성 복합패널
10 ; 제1펠트층
20 ; 제2펠트층
30 ; 생분해성부직포층

Claims (8)

  1. 천연보강섬유와 폴리유산섬유를 타면혼섬하는 타면혼섬단계;
    타면혼섬된 섬유를 카딩하고 니틀펀칭하여 펠트층을 형성하는 제1펠트층형성단계;
    폴리유산섬유를 타면하는 타면단계;
    타면된 폴리유산섬유를 카딩하고 니들펀칭하여 펠트층을 형성하는 제2펠트층형성단계;
    상기 제1펠트층의 상부면 및 하부면에 상기 제2펠트층을 형성하고 니들펀칭하는 합지단계;
    상기 합지단계를 거친 적층체의 상부면 및 하부면에 천연섬유로 이루어진 생분해성부직포층을 형성하는 부직포층형성단계; 및
    생분해성부직포층이 형성된 적층체를 예열한 후에 냉각하는 성형단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 타면혼섬단계는 천연보강섬유 50 내지 70 중량부와 폴리유산섬유 30 내지 50 중량부를 타면혼섬하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 천연보강섬유는 50 내지 80 밀리미터의 길이를 가지며, 황마섬유, 양마섬유 및 대마섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 부직포층형성단계는 니들펀칭 또는 열압착 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리유산섬유는 권축이 부여되며, 50 내지 80 밀리미터의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 생분해성부직포층은 20 내지 100g/m2의 면밀도를 갖는 박막인 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 천연섬유는 면, 닥나무, 펄프 및 해초로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 성형단계는 생분해성부직포층이 형성된 적층체를 표면온도가 210 내지 230℃인 열간프레스 및 오븐예열장치로 예열한 후에 냉각프레스에서 압착하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 생분해성 복합패널의 제조방법.
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