KR20140020612A - 복합수지 발포시트, 그 제조방법 및 이를 구비한 자동차용 복합기재 - Google Patents
복합수지 발포시트, 그 제조방법 및 이를 구비한 자동차용 복합기재 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에 따른 복합수지 발포시트의 제조방법은, (S1) 호모폴리프로필렌 수지를 압출기의 호퍼를 통해 압출기의 전단부에 투입하고 용융시키는 제1 단계; (S2) 상기 압출기의 전단부와 연결되며, 전단부보다 낮은 온도로 유지되는 압출기의 후단부에 구비된 사이드 피더를 통해, 발포제와 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지 중 적어도 하나의 수지를 투입하고 제1 단계의 용융물과 혼합하여 용융된 시트 형태로 압출하는 제2 단계; 및 (S3) 상기 압출된 시트에 내재된 발포제를 발포시키는 제3 단계를 포함한다. 본 발명의 제조방법에 따라 형성된 복합수지 발포시트는 가볍고 단열성이 양호하면서도 기계적 물성이 우수하다. 이러한 복합수지 발포시트는 자동차용 복합기재 등에 유용하게 적용될 수 있다.
Description
본 발명은 자동차의 헤드 라이너, 리어 쉘프, 러기지 트림 등의 자동차용 복합기재는 물론 컨테이너 박스, 단열재 등 다양한 용도로 사용되는 복합수지 발포시트, 그 제조방법 및 이를 구비한 자동차용 복합기재에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 헤드 라이너, 리어 쉘프, 러기지 트림 등의 자동차용 복합기재는 물론 컨테이너 박스, 단열재 등에는 발포시트가 사용되고 있다.
가장 잘 알려진 발포시트의 재료로는 랜덤 폴리프로필렌 수지에 공정성과 가교도를 높이기 위해 저밀도폴리에틸렌(특히 선형저밀도폴리에틸렌)을 혼합한 복합수지를 발포제와 함께 압출기에 투입한 다음, 폴리올레핀계 수지를 완전히 용융시켜 발포제와 잘 혼합하여 압출하고 이를 발포시킴으로서 제조된다.
발포시트의 경도를 향상시키기 위해서는 호모폴리프로필렌 수지를 주성분으로 하여, 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지 중 적어도 하나의 수지를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이는 호모폴리프로필렌 수지와 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지가 각각 랜덤 폴리프로필렌 수지와 저밀도 폴리에틸렌 수지보다 경도가 뛰어나기 때문이다.
그러나, 호모폴리프로필렌 수지는 랜덤폴리프로필렌 수지보다 융점이 높다. 압출기에 투입된 호모폴리프로필렌 수지는 완전한 용융을 위해 융점보다 높은 온도에서 가열처리되는데, 이 과정에서 호모폴리프로필렌 수지와 동시에 투입된 발포제는 높은 온도로 인하여 조기에 분해되는 비율이 크게 된다. 이와 같이 발포제가 조기에 분해되면 원하는 물성의 발포시트를 얻기가 어렵게 된다.
한편, 일반적으로 자동차의 헤드 라이너, 리어 쉘프, 러기지 트림 등과 같은 자동차용 복합기재에는 여러 종류의 플라스틱으로 된 시트 또는 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 등으로 된 시트를 사용한다.
그러나, 플라스틱 시트 또는 유리섬유 강화 폴리에스테르 시트는 비중이 높기 때문에 무겁다는 단점을 갖고 있으며, 차음성과 단열성도 불량하다. 최근 고유가로 인해 자동차 업계에서 경량화 및 단열화된 부품개발이 적극적으로 이루어지고 있는 점을 감안한다면, 이러한 단점에 대한 개선은 필수적이라 할 것이다.
한편, 발포시트는 무게가 가볍고 차음성과 단열성이 양호한 재료로 알려져 있다. 이러한 발포시트를 자동차용 기재로 적용하는 경우, 경도와 탄성율 등 기계적 물성이 불량하여 쉽게 파손되는 문제점이 발생한다.
따라서, 무게가 가벼우면서도 기계적 물성이 양호한 자동차용 복합기재의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 기술적 과제는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 가벼우면서도 경도가 우수한 복합수지 발포시트 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 가벼워서 자동차의 경량화에 기여함은 물론 기계적 물성이 양호한 자동차용 복합기재를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 복합수지 발포시트는,
밀도가 0.025 내지 0.1 g/cm3이고,
C 타입 경도가 35 내지 80이며,
호모폴리프로필렌 수지와, 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지 중 적어도 하나의 수지의 혼합물이 발포제에 의해 발포되어 형성된 복합수지 발포시트를 제공한다.
상기 복합수지 발포시트는 압축경도(25%)가 0.5 내지 2.6 kg/cm2인 것이 바람직하다.
상기 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지 중 적어도 하나의 수지의 함량은 상기 호모폴리프로필렌 수지 100 중량부를 기준으로 10 내지 40 중량부인 것이 바람직하다.
본 발명은 전술한 복합수지 발포시트를 제조하기 위하여,
(S1) 호모폴리프로필렌 수지와, 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지 중 적어도 하나의 수지를 압출기의 호퍼를 통해 압출기의 전단부에 투입하여 용융시키는 제1 단계;
(S2) 상기 압출기의 전단부와 연결되며, 전단부보다 낮은 온도로 유지되는 압출기의 후단부에 구비된 사이드 피더를 통해 발포제를 투입하고 제1 단계의 용융물과 혼합한 다음 용융된 시트 형태로 압출하는 제2 단계; 및
(S3) 상기 압출된 시트에 내재된 발포제를 발포시키는 제3 단계를 포함하는 복합수지 발포시트의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 전술한 복합수지 발포시트를 제조하기 위하여,
(S1) 호모폴리프로필렌 수지를 압출기의 호퍼를 통해 압출기의 전단부에 투입하고 용융시키는 제1 단계;
(S2) 상기 압출기의 전단부와 연결되며, 전단부보다 낮은 온도로 유지되는 압출기의 후단부에 구비된 사이드 피더를 통해, 발포제와 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지 중 적어도 하나의 수지를 투입하고 제1 단계의 용융물과 혼합하여 용융된 시트 형태로 압출하는 제2 단계; 및
(S3) 상기 압출된 시트에 내재된 발포제를 발포시키는 제3 단계를 포함하는 복합수지 발포시트의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 복합수지 발포시트의 제조방법에 있어서, 상기 압출기의 후단부의 내부 온도는 전단부보다 80 ℃ 이상 낮게 유지되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 발포제와 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지 중 적어도 하나의 수지는 발포제와 수지가 혼합된 마스터 배치 형태로 투입하는 것이 바람직하다.
이러한 복합수지 발포시트는 다음과 같은 형태로 자동차용 복합기재에 사용되는 것이 바람직하다.
(a) 전술한 구성의 복합수지 발포시트; 및
(b) 상기 발포시트의 양면에 각각 열접착되어 있으며, 유리섬유들이 폴리프로필렌계 수지에 분산된 압출시트를 구비하는 제1 형태의 자동차용 복합기재로 이용될 수 있다.
또한, (a) 전술한 구성의 복합수지 발포시트; 및
(b) 상기 발포시트의 양면에 각각 열접착되어 있으며, 유리섬유들과 폴리프로필렌계 섬유들이 혼합된 부직포를 구비하는 제2 형태의 자동차용 복합기재로 이용될 수 있다.
본 발명의 자동차용 복합기재에 있어서, 상기 발포시트의 두께는 3 내지 8 mm이고, 상기 압출시트 또는 부직포의 두께는 0.1 내지 0.4 mm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 유리섬유들의 함량은 압출시트 또는 부직포 총 중량을 기준으로 20 내지 60 중량%인 것이 바람직하다. 유리섬유들의 평균 길이는 예를 들어 5 내지 30mm이다. 폴리프로필렌계 섬유들의 평균 길이는 3 내지 110mm인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 복합수지 발포시트는 발포시트의 특성으로 인하여 가볍고 단열성이 우수하다. 또한, 기계적 물성이 우수한 호모폴리프로필렌 수지와 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지 중 적어도 하나의 수지의 혼합물을 복합수지 발포시트의 재료로 사용하면서도 경도가 우수한 발포시트를 구현하였다. 이러한 복합수지 발포시트는 발포제를 호모폴리프로필렌 수지와 동시에 투입하지 않고 압출기의 전단부보다 상대적으로 낮은 온도로 유지되는 후단부에 구비된 사이드 피더를 통해 투입하므로서 발포제의 조기 분해를 방지함으로서 달성하였다.
이러한 복합수지 발포시트는 여러 용도로 매우 유용하다. 특히 자동차용 복합기재의 코어부에 적용되어 경량화에 기여하며, 더불어 발포시트 특유의 성질로 인하여 차음성과 단열성이 개선된다. 또한, 발포시트 양면에 적층되어 열접착된 부직포나 압출시트는 복합기재의 기계적 물성을 양호하게 유지하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동차용 복합기재의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차용 복합기재의 개략적인 단면도이다.
도 3은 실시예 2에서 제조한 제2 압출시트의 단면 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차용 복합기재의 개략적인 단면도이다.
도 3은 실시예 2에서 제조한 제2 압출시트의 단면 SEM 사진이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 복합수지 발포시트는,
밀도가 0.025 내지 0.1 g/cm3이고,
C 타입 경도가 35 내지 80이며,
호모폴리프로필렌 수지와, 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지 중 적어도 하나의 수지의 혼합물이 발포제에 의해 발포되어 형성된 복합수지 발포시트이다.
전술한 바와 같이, 종래의 폴리올레핀계 복합수지 발포시트는 랜덤폴리프로필렌 수지에 저밀도폴리에틸렌(특히 선형저밀도폴리에틸렌)을 혼합한 복합수지가 발포제에 의해 발포되어 형성된다.
본 발명은 랜덤폴리프로필렌 수지보다 경도 등 기계적 물성이 우수한 호모폴리프로필렌 수지를 주성분으로 하고, 역시 저밀도폴리에틸렌 수지보다 경도 등 기계적 물성이 우수한 고밀도폴리에틸렌, 중밀도폴리에틸렌 수지 또는 이들을 동시에 부성분으로 사용하고, 사이드 피딩 시스템(Side feeding system)을 이용함으로서, 가벼우면서도 경도가 우수한 복합수지 발포시트를 완성하였다. 복합수지 발포시트의 밀도가 0.025 g/cm3 미만이면, 발포시트의 물성이 저하될 수 있으며, 그 밀도가 0.1 g/cm3를 초과하면 경량화 효과가 저하된다. 또한, 발포시트의 C 타입 경도가 35 미만이면 원하는 정도의 기계적 물성에 도달하지 못하며, C 타입 경도가 80를 초과하면 밀도가 상승하여 경량화 효과가 저하된다.
여기서, C 타입 경도는 Rockwell hardness C-scale로서, 잘 알려진 바와 같이, 시료의 시험면을 꼭지각 120°선단 반지름 0.2㎜의 다이아몬드 원뿔체를 사용해서 먼저 10㎏의 하중을 가해서 프레스한 다음에 150㎏의 하중으로 하고, 다시 10㎏의 하중으로 복귀시켰을 때의 깊이(1/500 ㎜를 단위로 나타낸다)를 100에서 감한 수라고 정의된다.
전술한 복합수지 발포시트는 압축경도(25%)가 0.5 내지 2.6 kg/cm2인 것이 더욱 바람직하다. 압축경도(25%)는 발포시트의 최초 두께의 25%만큼 10 mm/min의 속도로 압축했을 때의 하중을 의미한다.
본 발명의 복합수지 발포시트에 있어서, 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지 중 적어도 하나의 수지의 함량은 상기 호모폴리프로필렌 수지 100 중량부를 기준으로 10 내지 40 중량부인 것이 바람직하다.
전술한 복합수지 발포시트의 제조방법들을 설명하면 다음과 같다.
제1 제조방법은 다음과 같다.
먼저, 호모폴리프로필렌 수지와, 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지 중 적어도 하나의 수지를 압출기의 호퍼를 통해 압출기의 전단부에 투입하여 용융시킨다(제1 단계).
투입된 호모폴리프로필렌 수지와, 고밀도폴리에틸렌 수지, 중밀도폴리에틸렌 수지 또는 이들 모두는 압출기의 전단부에서 완전히 용융되고 압출기 내에서 서로 잘 혼합된다. 호모폴리프로필렌 수지는 랜덤폴리프로필렌 수지보다 융점이 높고 칩 형태의 원료물질을 완전히 용융시키기 위해서는 원료물질의 융점보다 상당히 높은 온도에서 가열해야 하므로, 압출기의 전단부의 온도는 예를 들어 190~250 ℃ 정도로 상당히 높게 유지된다. 따라서, 발포제가 이러한 높은 온도의 압출기 전단부에 투입되면 조기분해되어 원하는 물성의 발포시트를 제조하기 어렵다. 이에 따라 S1 단계에서는 발포제가 압출기의 전단부에 투입되지 않는다.
그런 다음, 상기 압출기의 전단부와 연결되며, 전단부보다 낮은 온도로 유지되는 압출기의 후단부에 구비된 사이드 피더를 통해 발포제를 투입하고 제1 단계의 용융물과 혼합한 다음 용융된 시트 형태로 압출한다(제 2단계).
즉, 완전히 용융된 제1 단계의 용융물은 압출기의 후단부로 이송된다. 압출기의 후단부는 압출기의 전단부와 연결되어 있으며, 전단부보다 낮은 온도로 유지된다. 압출기의 후단부의 내부 온도는 전단부보다 80 ℃ 이상 낮게 유지되는 것이 바람직하다. 물론, 압출기의 후단부의 내부 온도는 제1 단계의 용융물이 다시 고화되지 않는 온도 이상으로 유지된다. 발포제는 압출기의 후단부에 구비된 사이드 피더를 통해 투입되어 제1 단계의 용융물과 혼합된다. 발포제는 압출기의 전단부보다 낮은 온도로 유지되는 후단부에 투입되므로, 발포제의 조기분해가 최소화된다.
이어서, 상기 압출된 시트에 내재된 발포제를 발포시켜 복합수지 발포시트를 제조한다(제3 단계).
전술한 제1 방법의 제1 단계 및 제2 단계는 다음의 제2 방법에 따른 제1 단계 및 제2 단계로 대체할 수 있다.
먼저, 호모폴리프로필렌 수지를 압출기의 호퍼를 통해 압출기의 전단부에 투입하고 용융시킨다(제1 단계). 즉, 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지는 압출기의 전단부에 투입되지 않는다.
이어서, 상기 압출기의 전단부와 연결되며, 전단부보다 낮은 온도로 유지되는 압출기의 후단부에 구비된 사이드 피더를 통해 발포제를 투입하고 제1 단계의 용융물과 혼합한 다음 용융된 시트 형태로 압출한다(제2 단계). 즉, 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지는 발포제와 함께 압출기의 후단부에 투입된다. 이 때, 발포제와 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지 중 적어도 하나의 수지는 각각 투입될 수도 있으나, 발포제와 이들 수지가 미리 혼합된 마스터 배치의 형태로 투입하는 것이 공정 시간과 분해반응을 줄이고 발포제의 분산성을 높이는데 바람직하다.
본 발명의 복합수지 발포시트의 제조방법에 있어서, 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지 중 적어도 하나의 수지와 호모폴리프로필렌 수지의 함량비는 전술한 바와 같다.
발포체 원료 조성물에 있어서의 수지와 발포제의 함량비는 발포제의 발포능력, 원하는 발포시트의 단위면적당 중량 등 고려하여 당업자가 적절히 선택할 수 있음은 당업계에 잘 알려져 있다. 또한, 발포체 원료 조성물에는 본 발명의 목적을 저해하지 않는 한도 내에서 다른 수지나 난연제 등을 더 첨가할 수 있다.
발포제는 다양한 종류가 공지되어 있으며, 미세하고 균일한 기포를 형성하기 위한 발포제(blowing agent)로는, 아조디카본아미드(azodicarbonamide), 디니트로소펜타 메틸렌 테트라민(N,N'-dinitrosopentamethylene tetramine), 옥시비스(벤젠설포닐 하이드라지드)(P,P'-oxybis(benzenesulfonyl hydrazide), 톨루엔 설포닐 하이드라지드(P,P'-toluenesulfonylhydrazide) 등을 예시할 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
필요에 따라, 카드뮴 화합물 (cadmium compound), 칼슘 화합물(calsium compound), 아연 화합물(zinc compound), 마그네슘 화합물(magnesium compound), 철 화합물(iron compound), 구리 화합물(copper compound)과 같은 발포조제 등을 더 첨가할 수 있음은 물론이다.
또한, 압출된 시트는 잘 알려진 바와 같이 전자선을 조사하거나 화학 가교제를 첨가하여 수지 성분을 가교시키는 것이 바람직하다. 가교 수지는 기계적 물성과 치수 안정성이 향상된다. 전자선 조사, 예를 들어 1 내지 10 Mrad의 조사선량에 의해 셀 사이즈가 균일하고 작게 되며, 열적 안정성과 형태 안정성이 더욱 양호해진다.
이러한 복합수지 발포시트는 여러 용도로 매우 유용하다. 특히 자동차용 복합기재의 코어부에 적용되어 경량화에 기여하며, 더불어 발포시트 특유의 성질로 인하여 차음성과 단열성이 개선된다. 전술한 복합수지 발포시트는 다음과 같은 형태로 자동차용 복합기재에 적용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 자동차용 복합기재는,
(a) 전술한 복합수지 발포시트; 및
(b) 상기 발포시트의 양면에 각각 열접착되어 있으며, 유리섬유들이 폴리프로필렌계 수지에 분산된 압출시트를 구비한다..
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동차용 복합기재의 개략적인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 자동차용 복합기재(10)는 전술한 본 발명의 복합수지 발포시트(5)를 구비한다. 발포시트(5)의 두께는 3 내지 8mm인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 자동차용 복합기재(10)는 유리섬유들(7)이 폴리프로필렌계 수지(9)에 분산된 압출시트(3a, 3b)를 구비한다. 압출시트(3a, 3b) 각각은 발포시트(5)의 양면에 각각 견고하게 열접착되어 있다. 압출시트(3a, 3b)를 구성하는 폴리프로필렌계 수지로는 호모폴리프로필렌 수지는 물론, 폴리프로필렌을 주성분으로 하는 블록 코폴리머나 랜덤 코폴리머, 그래프트 코폴리머를 사용할 수 있다. 물론, 압출시트(3a, 3b)에는 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 다른 수지나 난연제와 같은 다양한 첨가제가 더 포함될 수 있다.
압출시트(3a, 3b)에 분산되어 있는 유리섬유들(7)은 투명한 무기물질로서 기계적 경도가 우수할 뿐만 아니라, 열팽창계수가 낮아 열에 의한 수축 및 팽창 현상이 거의 없다. 따라서, 이러한 유리섬유들(7)이 분산된 폴리프로필렌계 수지(9)로 이루어진 압출시트(3a, 3b)는 굴곡강도와 굴곡탄성율 등 복합기재(10)에 요구되는 기계적 물성을 양호하게 유지하는 기능을 한다. 유리섬유들(7)의 함량은 압출시트(3a, 3b) 총 중량을 기준으로 20 내지 60 중량%인 것이 바람직하고, 유리섬유들의 평균 길이는 5 내지 30mm인 것을 사용할 수 있다.
발포시트(5)의 일면에 열접착된 압출시트(3a, 3b)의 단위면적당 중량은 두께 0.3mm를 기준으로 300 g/m2 이하인 것이 바람직하다. 또한, 압출시트(3a, 3b)의 두께는 일면에 열접착된 압출시트를 기준으로 0.1 내지 0.4mm인 것이 바람직하다. 자동차용 복합기재(10) 전체의 단위면적당 중량은 두께 7mm를 기준으로 800 g/m2 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 600 g/m2 이하이다.
전술한 자동차용 복합기재의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 전술한 사이드 피딩 시스템을 이용하여 제조하여 발포제 함유된, 복합수지로 된 제1 압출시트와, 또한, 폴리프로필렌계 수지에 유리섬유들을 분산시킨 원료 조성물을 압출기에 투입하고 용융압출한 제2 압출시트를 준비한다. 이들 압출시트는 멀티-다이를 구비한 압출기를 통하여 동시에 제1 압출시트와 제2 압출시트를 용융 압출할 수 있고, 별도의 압출기를 통해 제1 압출시트와 제2 압출시트를 각각 용융 압출할 수도 있다.
그런 다음, 제1 압출시트의 양면에 제2 압출시트를 적층하고 가열하여 상호 열접착시킨다. 멀티-다이를 구비한 압출기를 통하여 동시에 제1 압출시트와 제2 압출시트를 용융 압출하면서 상호 열접착시킬 수도 있고, 별도의 압출기를 통해 제1 압출시트와 제2 압출시트를 각각 용융 압출한 다음, 이들을 적층하면서 열접착시킬 수도 있다.
본 발명의 자동차용 복합기재 제조시, 제1 압출시트와 제2 압출시트의 접착은 열접착으로 이루어지며, 접착제가 사용되지 않는다. 즉, 열가소성인 제2 압출시트의 표면이 용융되어 제1 압출시트에 열접착된다. 물론, 제1 압출시트의 원료의 종류에 따라 제1 압출시트의 표면이 먼저 또는 동시에 용융되어 제2 압출시트와 열접착될 수도 있다.
그런 다음, 제1 압출시트에 내재된 발포제를 발포시켜 제1 압출시트를 발포시킨다. 제1 압출시트에 내재된 발포제가 발포됨에 따라, 제1 압출시트는 발포시트로 변화된다. 물론, 전술한 본 발명의 자동차용 복합기재의 제조방법에 있어서, 용융압출한 제1 압출시트를 제2 압출시트와 적층하기 전에 발포제를 발포시켜 발포시트를 먼저 준비하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 다른 태양에 따른 자동차용 복합기재는,
(a) 전술한 복합수지 발포시트; 및
(b) 상기 발포시트의 양면에 각각 열접착되어 있으며, 유리섬유들과 폴리프로필렌계 섬유들이 혼합된 부직포를 구비한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차용 복합기재의 개략적인 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 자동차용 복합기재(10)는 전술한 복합수지 발포시트(5)를 구비한다. 또한, 본 발명의 자동차용 복합기재(10)는 유리섬유들과 폴리프로필렌계 섬유들이 혼합된 부직포(3a', 3b')를 구비한다. 부직포(3a', 3b') 각각은 발포시트(5)의 양면에 각각 견고하게 열접착되어 있다. 부직포(3a', 3b')를 구성하는 폴리프로필렌계 섬유들 역시 호모폴리프로필렌 수지는 물론, 폴리프로필렌을 주성분으로 하는 블록 코폴리머나 랜덤 코폴리머, 그래프트 코폴리머로 제조될 수 있다. 물론, 부직포(3a', 3b')에는 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 다른 수지로 된 섬유들이 더 포함될 수 있다.
부직포(3a', 3b')를 구성하는 주성분인 유리섬유들은 투명한 무기물질로서 기계적 경도가 우수할 뿐만 아니라, 열팽창계수가 낮아 열에 의한 수축 및 팽창 현상이 거의 없다. 따라서, 이러한 유리섬유들을 포함하는 부직포(3a', 3b')는 자동차의 헤드 라이너, 리어 쉘프, 러기지 트림 등으로 열성형시 고분자 섬유들이 용융되어 유리섬유들이 보강재로서 내재된 FRP 복합시트가 되므로, 성형품의 기계적 물성을 양호하게 유지하는 기능을 한다. 유리섬유들의 함량은 부직포(3a', 3b') 총 중량을 기준으로 20 내지 60 중량%인 것이 바람직하고, 유리섬유들의 평균 길이는 5 내지 30mm인 것을 사용할 수 있다. 또한, 폴리프로필렌계 섬유들의 평균 길이는 3 내지 110mm인 것을 사용할 수 있다.
발포시트(5)의 일면에 열접착된 부직포(3a', 3b')의 단위면적당 중량은 두께 1mm를 기준으로 100 g/m2 이하인 것이 바람직하다. 또한, 부직포(3a', 3b')의 두께는 일면에 열접착된 부직포를 기준으로 0.5 내지 4 mm인 것이 바람직하다.
자동차용 복합기재(10) 전체의 단위면적당 중량은 두께 7mm를 기준으로 800 g/m2 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 600 g/m2 이하이다.
전술한 자동차용 복합기재의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 전술한 사이드 피딩 시스템을 이용하여 제조한 복합수지 발포시트와, 폴리프로필렌계 섬유들과 유리섬유들이 혼합된 부직포를 준비한다.
이러한 부직포의 제조방법은 잘 알려져 있다. 예를 들어, 폴리프로필렌계 섬유들과 유리섬유들을 물과 같은 액체에 분산시켜 잘 혼합한 다음, 시트 형태로 걸러내어 부직포를 제조할 수 있다. 또한, 폴리프로필렌계 섬유들과 유리섬유들을 카딩기에 공급하여 혼섬한 후, 니들펀칭하여 부직포를 제조할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
그런 다음, 발포시트의 양면에 부직포를 적층하고 가열하여 상호 열접착시킨다.
발포시트의 양면에 적층된 부직포를 구성하는 고분자 섬유들의 융점 이상으로 열을 가하면, 발포시트와 접촉하는 폴리프로필렌계 섬유들의 표면 또는 전체가 용융되어 발포시트와 열접착된다.
전술한 본 발명의 자동차용 복합기재의 제조방법에 있어서, 용융압출한 압출시트를 부직포와 적층하여 열접착시킨 다음, 발포제를 발포시켜 압출시트를 복합수지 발포시트로 변화시키는 것도 가능하다.
본 발명의 자동차용 복합기재 제조시, 발포시트와 부직포의 접착은 열접착으로 이루어지며, 접착제가 사용되지 않는다. 즉, 열가소성인 부직포의 고분자 섬유의 일부 또는 전체가 용융되어 발포시트에 부직포가 열접착된다. 물론, 발포제를 압출시트와 부직포를 열접착시킨 후에 발포시키는 경우, 압출시트의 표면도 용융되어 부직포와 열접착될 수도 있다.
이렇게 제조한 자동차용 복합기재는 성형기에 투입하고 가열성형하여 자동차의 헤드 라이너, 리어 쉘프, 러기지 트림 등의 형상으로 성형할 수 있다.
부직포를 구비한 자동차용 복합기재를 가열 성형할 때, 부직포를 구성하는 고분자 섬유들은 모두 용융되므로, 유리섬유들이 보강재로서 내재된 FRP 복합시트가 된다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되어 지는 것이다.
실시예
1
호퍼를 통해 240 ℃로 유지되는 압출기의 전단부에 호모폴리프로필렌 수지 100 중량부를 투입하여 용융시켰다. 이어서, 150 ℃로 유지되는 압출기의 후단부에 구비된 사이드 피더를 통해, 아조디카본아미드로 된 발포제 13 중량부, 고밀도폴리에틸렌 수지 25 중량부로 된 마스터 배치 칩을 투입하여 용융시키고 시트 형태로 압출하였다.
이어서, 전자선을 조사하여 수지를 가교시킨 다음, 260 ℃로 유지된 오븐에 투입하여 발포시킴으로서 복합수지 발포시트를 형성하였다.
비교예
1
실시예 1의 호모폴리프로필렌 수지 대신 랜덤폴리프로필렌 수지를 사용하고, 고밀도폴리에틸렌 수지와 발포제로 된 마스터 배치 칩을 모두 압출기의 전단부에 투입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합수지 발포시트를 형성하였다.
실시예 1과 비교예 1의 복합수지 발포시트의 밀도와 경도를 하기 표 1에 나타냈다.
표 1에 나타난 바와 같이, 호모폴리프로필렌 수지를 사용한 실시예 1이 랜덤폴리프로필렌 수지를 사용한 비교예 1보다 경도가 우수함을 알 수 있다.
| 밀도 (g/cm3) | 경도 (C type) | |
| 실시예1 (Homo PP) | 0.040 | 58 |
| 비교예 1 (Random PP) | 0.040 | 54 |
실시예
2
호모폴리프로필렌 수지 100 중량부 및 평균길이 12mm의 유리섬유 60 중량부를 혼합하여 압출기에 투입한 후 용융압출하여 두께 0.3mm, 단위면적당 중량 300 g/m2의 제2 압출시트를 준비하였다. 도 3은 준비한 제2 압출시트의 단면 SEM 사진이다.
제2 압출시트를 실시예 1에 따라 준비한 발포 전의 압출시트(제1 압출시트)의 양면에 적층한 다음, 이들을 서로 열접착시켜 자동차용 복합기재를 제조하였다.
이어서, 260 ℃로 유지된 오븐에 투입하여 제1 압출시트를 발포시킴으로서, 두께 5mm, 밀도 0.040 g/cm3의 발포시트가 되도록 하였다.
제조된 자동차용 복합기재를 상하 금형기에 투입하여 헤드 라이너 형상으로 성형하였다.
제조한 자동차용 복합기재의 성형 전후의 물성을 하기 표 2에 나타냈다.
| 물성 | 실시예 2 | |
| 총 중량(g/m2) | 778 | |
| 굴곡강도(Kgf/5cm) |
성형 전 | 1.342 |
| 성형 후 | 1.544 | |
| 굴곡탄성율(Kgf/cm2) | 성형 전 | 4,944 |
| 성형 후 | 19,800 | |
표 2의 결과를 참조하면, 실시예의 자동차용 복합기재는 가볍고 성형 전후의 기계적 물성이 양호함을 알 수 있다.
실시예
3
폴리프로필렌 호모 폴리머로 된 평균길이 12 mm의 섬유 40중량부와, 평균길이 15mm의 유리섬유 60중량부가 혼합된 부직포를 준비하였다. 준비한 부직포의 두께는 1.5 mm, 단위면적당 중량은 150 g/m2이었다.
준비한 부직포를 실시예 1에 따라 준비한 발포시트의 양면에 적층한 다음, 이들을 서로 열접착시켜 자동차용 복합기재를 제조하였다.
제조된 자동차용 복합기재를 상하 금형기에 투입하여 헤드 라이너 형상으로 성형하였다.
| 물성 | 실시예 3 | |
| 총 중량(g/m2) | 491 | |
| 굴곡강도(Kgf/5cm) |
성형 전 | 1.17 |
| 성형 후 | 1.17 | |
| 굴곡탄성율(Kgf/cm2) | 성형 전 | 1152 |
| 성형 후 | 6761 | |
표 3의 결과를 참조하면, 실시예의 자동차용 복합기재는 가볍고 성형의 기계적 물성이 양호함을 알 수 있다.
Claims (14)
- 밀도가 0.025 내지 0.1 g/cm3이고,
경도가 35 내지 80이며,
호모폴리프로필렌 수지와, 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지 중 적어도 하나의 수지의 혼합물이 발포제에 의해 발포되어 형성된 복합수지 발포시트. - 제1항에 있어서, 상기 복합수지 발포시트는 압축경도(25%)가 0.5 내지 2.6 kg/cm2인 것을 특징으로 하는 복합수지 발포시트.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지 중 적어도 하나의 수지의 함량은 상기 호모폴리프로필렌 수지 100 중량부를 기준으로 10 내지 40 중량부인 것을 특징으로 하는 복합수지 발포시트.
- (S1) 호모폴리프로필렌 수지와, 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지 중 적어도 하나의 수지를 압출기의 호퍼를 통해 압출기의 전단부에 투입하여 용융시키는 제1 단계;
(S2) 상기 압출기의 전단부와 연결되며, 전단부보다 낮은 온도로 유지되는 압출기의 후단부에 구비된 사이드 피더를 통해 발포제를 투입하고 제1 단계의 용융물과 혼합한 다음 용융된 시트 형태로 압출하는 제2 단계; 및
(S3) 상기 압출된 시트에 내재된 발포제를 발포시키는 제3 단계를 포함하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 복합수지 발포시트의 제조방법. - (S1) 호모폴리프로필렌 수지를 압출기의 호퍼를 통해 압출기의 전단부에 투입하고 용융시키는 제1 단계;
(S2) 상기 압출기의 전단부와 연결되며, 전단부보다 낮은 온도로 유지되는 압출기의 후단부에 구비된 사이드 피더를 통해, 발포제와 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지 중 적어도 하나의 수지를 투입하고 제1 단계의 용융물과 혼합하여 용융된 시트 형태로 압출하는 제2 단계; 및
(S3) 상기 압출된 시트에 내재된 발포제를 발포시키는 제3 단계를 포함하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 복합수지 발포시트의 제조방법. - 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 압출기의 후단부의 내부 온도는 전단부보다 80 ℃ 이상 낮게 유지되는 것을 특징으로 하는 복합수지 발포시트의 제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 발포제와 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지 중 적어도 하나의 수지는 발포제와 수지가 혼합된 마스터 배치 형태로 투입하는 것을 특징으로 하는 복합수지 발포시트의 제조방법.
- 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 고밀도폴리에틸렌 수지 또는 중밀도폴리에틸렌 수지 중 적어도 하나의 수지의 함량은 상기 호모폴리프로필렌 수지 100 중량부를 기준으로 10 내지 40 중량부인 것을 특징으로 하는 복합수지 발포시트의 제조방법.
- (a) 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 복합수지 발포시트; 및
(b) 상기 발포시트의 양면에 각각 열접착되어 있으며, 유리섬유들이 폴리프로필렌계 수지에 분산된 압출시트를 구비하는 자동차용 복합기재. - (a) 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 복합수지 발포시트; 및
(b) 상기 발포시트의 양면에 각각 열접착되어 있으며, 유리섬유들과 폴리프로필렌계 섬유들이 혼합된 부직포를 구비하는 자동차용 복합기재. - 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 발포시트의 두께는 3 내지 8 mm이고, 상기 압출시트 또는 부직포의 두께는 0.1 내지 0.4 mm인 것을 특징으로 하는 자동차용 복합기재.
- 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 유리섬유들의 함량은 압출시트 또는 부직포 총 중량을 기준으로 20 내지 60 중량%인 것을 특징으로 하는 자동차용 복합기재.
- 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 유리섬유들의 평균 길이는 5 내지 30mm인 것을 특징으로 하는 자동차용 복합기재.
- 제10항에 있어서, 상기 폴리프로필렌계 섬유들의 평균 길이는 3 내지 110mm인 것을 특징으로 하는 자동차용 복합기재.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020120087653A KR20140020612A (ko) | 2012-08-10 | 2012-08-10 | 복합수지 발포시트, 그 제조방법 및 이를 구비한 자동차용 복합기재 |
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| KR1020120087653A KR20140020612A (ko) | 2012-08-10 | 2012-08-10 | 복합수지 발포시트, 그 제조방법 및 이를 구비한 자동차용 복합기재 |
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| KR20140020612A true KR20140020612A (ko) | 2014-02-19 |
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| KR (1) | KR20140020612A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190031932A (ko) * | 2017-09-19 | 2019-03-27 | 주식회사 휴비스 | 친환경 자동차 시트용 기포지 |
| KR20200050077A (ko) * | 2018-10-31 | 2020-05-11 | 주식회사 서연이화 | 자동차 내장재용 복합소재와 그 제조방법 |
-
2012
- 2012-08-10 KR KR1020120087653A patent/KR20140020612A/ko not_active Application Discontinuation
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