KR20160062149A - 높은 열 안정성을 지니는 패브릭 시트 - Google Patents

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Abstract

저비용 생산 후에 높은 열 및 광 안정성을 지니고, 재활용가능하고, 높은 기계적 하중-지지 능력을 지니고, 탄성적 유연성이되는 방식으로 패브릭 시트를 설계하고 개발하려는 목적과 관련하여, 하나 이상의 플라이(2, 3)로 구성된 주요 바디를 포함하는 본 발명의 패브릭 시트(1, 1', 1", 1"')는, 하나 이상의 플라이(2, 3)가 제 1 폴리머(10)를 포함하는 제 1 섬유 및 제 2 폴리머(11)를 포함하는 제 2 섬유를 함유하거나, 하나 이상의 플라이(2, 3)가 제 1 및 제 2 폴리머(10, 11)를 함유하는 하나 또는 동일한 섬유를 포함하고, 제 1 폴리머(10)의 냉결정화 온도(8)가 제 2 폴리머(11)의 연화 온도(7)와 같거나 제 2 폴리머(11)의 연화 온도(7) 미만임을 특징으로 한다.

Description

높은 열 안정성을 지니는 패브릭 시트{FABRIC SHEET WITH HIGH THERMAL STABILITY}
본 발명은 시트 제품, 바람직하게는 높은 열 안정성의 시트 제품, 및 또한 운반 수단을 위한 구성 부품의 제작에서의 이의 용도에 관한 것이다.
도입부에서 언급된 유형의 시트 제품은 종래 기술로부터 이미 알려져 있으며, 다수 분야, 예를 들어, 운송 산업에서 사용되고 있다. 이러한 유형의 시트 제품은 전형적으로 매우 광범위하게 다양한 물질들, 예를 들어, 유리 섬유, 폴리우레탄 또는 폴리에스테르를 함유한다.
US 3 966 526호에는 자동차 내부 트림을 위한 구성 부품을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 이들은 폴리스티렌 수지를 포함하는 다중 포움-형 층으로 구성된다. 여기서 단점은 이러한 구성 부품이 재활용가능하지 않고, 이에 따라서 이들의 폐기처분(disposal)이 고비용과 연관된다는 것이다.
자동차 산업을 위한 추가의 구성 부품, 즉, 헤드라이너는 US 4 840 832호에 나타나 있다. 헤드라이드는 저-용융 결합제 성분 및 고-용융 안정화 폴리머를 지니는 폴리에스테르의 이성분 섬유를 포함한다.
US 5 275 865호에는 자동차 내부 트림을 위한 추가의 헤드라이너(headliner)로서, 부분 배향된 폴리에스테르 섬유를 함유하고 결합제가 없는 헤드라이너가 개시되어 있다.
US 4 119 749호에는 자동차 내부 트림을 위한 경량 헤드라이너가 기재되어 있다. 이는 다층 구조를 지닌다. 폴리우레탄 포움의 층은 코어(core) 부재로서 사용되며, 여기서 폴리우레탄 포움 층의 한 면은 추가의 폴리우레탄 포움 층이 제공된다. 다른 면은 엘라스토머 용액으로 함침된다. 개별 층들은 헤드라이너의 배치를 위해 분리될 필요가 있다. 이는 폐기처분의 비용을 증가시킨다. 포움의 재활용은 선택된 물질 때문에 또한 가능하지 않다.
US 4 211 590호에는 열가소성 포움-형 코어를 포함하는 열성형가능한 라미네이트가 나타나 있다. 열성형 후, 라미네이트는 냉각에 의해 굳어진다. 이러한 유형의 라미네이트는 자동차의 내부를 트리밍하기 위해, 특히, 헤드라이너로서 사용된다.
자동차 내부 트림을 위한 추가의 헤드라이너는 US 5 660 908호로부터 공지되어 있다. 이는 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 구성되고, 보강 리브(reinforcing rib)를 지닌다. 여기서 단점은 열 안정성이 부족하다는 것이다. 충분한 열 안정성은 복잡한 구조를 통해 달성가능하다. 이는 비용이 많이 들고 불편한 제조법을 필요로 한다.
도입부에서 언급된 유형의 시트 제품은 전형적으로 승온에서 저수준의 휨 강성도(flexural stiffness)를 지니고, 재활용가능하지 않거나 낮은 탄성/성형성과 커플링된 고수준의 강성도를 지닌다. 이는 그러한 시트 제품의 가공을 방해하고; 특히, 그러한 시트 제품을 자동차용 내부 트림으로 가공하는 것은 상당한 어려움과 관련된다. 시트 제품의 탄성을 유지하면서 충분한 안정성을 달성하는 것은 다층 구조 설계를 필요로 한다. 이는 또한 비용이 많이 들고 불편한 제조법을 필요로 한다.
따라서, 본 발명은 저렴한 제작 후에 승온에서 고수준의 휨 강성도를 지니고, 재활용가능하고, 기계적으로 강성이며, 탄력적으로 탄성이 되도록 도입부에서 언급된 유형의 시트 제품을 리파이닝(refining)하고 개발하는 문제를 해결한다. 이러한 시트 제품은 특히 운송 수단을 위한 구성 부품으로서의 용도를 달성할 것이다.
본 발명은 청구항 1의 특징부에 의해 상기 언급된 문제를 해결한다.
이에 따라서 도입부에서 언급된 시트 제품은 하나 이상의 플라이(ply)의 주요 바디를 포함하는데, 여기서 하나 이상의 플라이는 제 1 폴리머를 포함하는 제 1 섬유 및 제 2 폴리머를 포함하는 제 2 섬유를 함유하거나, 하나 이상의 플라이는 제 1 및 제 2 폴리머를 함유하는 통합 섬유를 포함하고, 제 1 폴리머의 냉결정화 온도는 제 2 폴리머의 연화 온도와 같거나 제 2 폴리머의 연화 온도보다 낮다.
냉결정화는 연화 및/또는 유리 전이 온도 초과의 가열 후에 발생하는 결정화를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
냉결정화 온도는 자유 엔탈피의 첫 번째 발열 최대치가 발생하는 온도를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 발열성은 에너지의 방출을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
유리 전이 온도로도 알려진 연화 온도는 비정질 폴리머의 전부 또는 일부가 높은 점성 또는 고무질 탄성, 가요성 상태로부터 유리-형 또는 경질 탄성 상태로 전이되는 온도를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명에서 연화 온도는 DIN 53765로 측정된다.
통합 섬유는 섬유가 동일한 폴리머 및 동일한 섬유 유형을 지니는 것으로 의미된다.
본 발명자들은 제 1 폴리머의 냉결정화에 의해 제 2 폴리머의 안정화가 제 2 폴리머의 연화 온도 또는 제 2 폴리머의 연화 온도 미만에서 발생된다는 것을 인식하였다. 이는 고온에서 충분히 높은 기계적 강도를 지니는 시트 제품을 야기한다. 시트 제품은 추가로 뛰어난 음향 특성 및 낮은 중량으로 주지된다.
이에 따라서 도입부에서 언급된 문제는 해결된다.
바람직하게는, 제 1 폴리머의 냉결정화는 70 내지 150℃의 범위, 바람직하게는 80 내지 140℃의 범위, 더욱 바람직하게는 90 내지 130℃의 범위의 제 2 폴리머의 연화 온도에서 발생된다. 이러한 조건은 고온에서 높은 가요성 및 탄성적 유연성(elastic yieldingness)을 지니는 시트 제품을 야기한다.
이러한 온도에서, 제 1 폴리머의 결정화로 인해 제 2 폴리머의 안정화가 이루어진다.
바람직하게는, 제 1 폴리머의 냉결정화 온도와 제 2 폴리머의 연화 온도 사이에는 차이가 없다. 그러나, 제 1 폴리머의 냉결정화 온도와 제 2 폴리머의 연화 온도 사이의 차이는 또한 1 내지 100℃의 범위, 바람직하게는 2 내지 80℃의 범위, 더욱 바람직하게는 3 내지 60℃의 범위일 수 있다. 이러한 조건은 제 1 폴리머의 냉결정화로 인한 제 2 폴리머의 특히 우수한 안정화를 야기한다.
한 가지 바람직한 구체예에서, 제 2 폴리머의 연화 온도 및/또는 용융 온도는 제 1 폴리머의 연화 온도 및/또는 용융 온도 초과이다. 연화 온도 및 또한 용융 온도에 관한 폴리머의 특정 선택은 제 2 폴리머의 연화 온도 이하에서 제 2 폴리머로 인한 제 1 폴리머의 특히 우수한 안정화를 보장한다. 제 1 폴리머의 냉결정화로 인한 폴리머의 특정 선택 및 이의 배열은 추가로 시트 제품에 어느 하나의 폴리머의 연화 온도 및 용융 온도를 확실히 초과하는 수준의 열 안정성을 부여한다.
제 1 및 제 2 폴리머에 대한 DIN 53765로 측정하는 경우의 연화 온도의 차이는 넓은 제한치 내에서 달라질 수 있다. 유리하게는, 제 1 및 제 2 폴리머의 연화 온도의 차이는 적어도 15℃, 바람직하게는 적어도 20℃, 더욱 바람직하게는 적어도 25℃이다. 15 내지 450℃, 더욱 바람직하게는 20 내지 150℃, 더욱 더 바람직하게는 25 내지 100℃의 온도 차이를 지니는 폴리머를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 값은 특히 높은 수준의 열 안정성을 시트 제품에 제공하는 것으로 실제 시험에서 입증되었다.
한 가지 바람직한 구체예에서, 제 1 및 제 2 폴리머의 용융 온도의 차이는 적어도 5℃, 바람직하게는 적어도 10℃, 더욱 바람직하게는 적어도 15℃이다. 5 내지 200℃, 더욱 바람직하게는 10 내지 150℃, 더욱 더 바람직하게는 15 내지 120℃의 온도 차이를 지니는 폴리머를 사용하는 것이 바람직하다. 두 폴리머들의 이러한 용융 온도 차이는 시트 제품에 대하여 우수한 열 안정성 및 우수한 하중-변형(load-deflection) 특징을 야기한다.
매우 광범위하게 다양한 물질들이 폴리머로서 사용가능하다. 바람직하게는, 폴리머는 용융 방사가능하다. 바람직하게는, 폴리머들 중 하나 이상은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트, 폴리(데카메틸렌) 테레프탈레이트, 폴리-1,4-사이클로-헥실렌 디메틸 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리글리콜산, 폴리락티드, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌 아디페이트, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리-3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시발레레이트, 폴리-트리메틸렌 테레프탈레이트, 벡트란(vectran), 폴리에틸렌 나프탈레이트, 이들의 코폴리머 및/또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리에스테르이다. 상기 언급된 폴리머를 포함하는 시트 제품은 용이하게 재활용가능하다.
제 1 폴리머는 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트, 폴리(데카메틸렌) 테레프탈레이트, 폴리-1,4-사이클로헥실렌 디메틸 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 더욱 바람직하게는 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 이들의 코폴리머 및/또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 매우 바람직하다.
추가로, 제 2 폴리머는 폴리(데카메틸렌)테레프탈레이트, 폴리-1,4-사이클로-헥실렌 디메틸 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 더욱 바람직하게는 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 이들의 코폴리머 및/또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 매우 바람직하다. 사용되는 폴리머의 적합한 선택은 시트 제품의 열 안정성 및 또한 기계적 특성, 특히, 탄성, 성형성 및 강도에 영향을 주는데 사용될 수 있다. 이에 의해서, 다양한 적용, 바람직하게는 시트 제품의 적용을 위한 운반 수단의 내부 트리밍을 위한 기재로서 및 외면을 위한 클래딩 물질로서 시트 제품의 사용자-맞춤(custom-tailoring)이 가능하다.
제 1 폴리머는 폴리글리콜산, 폴리락티드, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌 아디페이트, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리-3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시발레레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리-부틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 벡트란, 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트, 폴리(데카메틸렌) 테레프탈레이트, 폴리-1,4-사이클로헥실렌 디메틸 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 이들의 코폴리머 및/또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리에스테르이고, 제 2 폴리머는 폴리에틸렌 나프탈레이트를 함유하는 것이 매우 특히 바람직하다.
바람직한 구체예에서, 제 1 폴리머는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및/또는 코-폴리에틸렌 테레프탈레이트를 함유하고, 제 2 폴리머는 폴리에틸렌 나프탈레이트를 함유한다.
바람직하게는, 제 1 폴리머는 70 내지 150℃의 범위, 더욱 바람직하게는 80 내지 140℃의 범위, 가장 바람직하게는 90 내지 130℃의 범위의 냉결정화 온도를 지닌다. 이러한 폴리머는 고수준의 열 안정성을 지니고, 시트 제품에 대하여 우수한 하중-변형 특징을 야기한다.
추가의 바람직한 구체예에서, 제 2 폴리머는 70 내지 150℃의 범위, 더욱 바람직하게는 80 내지 140℃의 범위, 가장 바람직하게는 90 내지 130℃의 범위의 연화 온도를 지닌다. 이는 제 1 폴리머의 냉결정화를 통한 제 2 폴리머의 특히 우수한 안정화를 야기한다.
실제 시험에 의해서, 특히 높은 강성도는 제 1 폴리머가 제 2 폴리머보다 낮은 탄성 계수를 지니는 경우에 달성되는 것으로 입증되었다. 탄성 계수는 공학 재료 과학으로부터의 물리적 파라미터이고, 선형 탄성 영역에서 고체 바디가 변형을 거침에 따른 응력과 변형율 사이의 관계를 기술하는 것이다. 제 1 폴리머는 400 내지 1300 MPa의 범위, 바람직하게는 500 내지 1200 MPa의 범위, 더욱 바람직하게는 700 내지 1000 MPa의 범위의 탄성 계수를 지닐 수 있다.
제 2 폴리머는 높은 탄성 계수를 지닐 수 있다. 제 2 폴리머는 바람직하게는 1400 내지 3000 MPa의 범위, 더욱 바람직하게는 1600 내지 2500 MPa의 범위, 더욱 더 바람직하게는 2000 내지 2200 MPa의 범위의 탄성 계수를 지닌다. 이는 승온에서 상당한 정도의 휨 강성도를 제공한다.
바람직하게는, 하나 이상의 섬유는 둘 이상의 폴리머를 함유하는데, 여기서 제 1 폴리머는, 제 2 폴리머에 엠베딩되고/거나 제 2 폴리머와 적어도 부분적으로 접하는 적어도 하나의 세그먼트의 형태이다. 이는 제 1 폴리머가 냉결정화를 겪을 때까지 제 2 폴리머가 고온하에 제 1 폴리머를 안정화시키게 한다.
유리하게는, 제 1 폴리머의 세그먼트는 원형, 타원형 또는 n-각형, 삼각 또는 다각 단면의 시트 형태로 존재하고, 제 2 폴리머에 엠베딩되고/거나 제 2 폴리머와 적어도 부분적으로 접하게 된다. 개별 세그먼트들의 대안적인 배열은, 제 1 폴리머의 최적의 균일한 배열이, 제 2 폴리머에 엠베딩되고/거나 제 2 폴리머와 적어도 부분적으로 접하는 세그먼트 형태가 되게 하는 것이다. 원형 세그먼트가 바람직하고, 이의 동축 배열이 특히 바람직하다. 힘 흡수는 이러한 등방성 배열의 결과로 우수하다.
섬유는 시스(sheath)-코어 기하학적 구조를 지닐 수 있다. 시스-코어 기하학적 구조에서, 필라멘트 가닥의 코어에서 제 1 폴리머는 제 2 폴리머에 의해 둘러싸인다. 바람직하게는, 코어는 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트, 폴리(데카메틸렌) 테레프탈레이트, 폴리-1,4-사이클로-헥실렌 디메틸 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 더욱 바람직하게는 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리테트라-메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 이들의 코폴리머 및/또는 이들의 혼합물을 함유하고, 시스는 바람직하게는 폴리(데카메틸렌) 테레프탈레이트, 폴리-1,4-사이클로헥실렌 디메틸 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 더욱 바람직하게는 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 이들의 코폴리머 및/또는 이들의 혼합물을 함유한다. 이러한 기하학적 구조에서, 제 1 폴리머는 유리하게는 제 2 폴리머에 특히 균일한 방식으로 엠베딩되고, 이러한 기하학적 구조는 특히 조밀한 구조를 야기한다.
섬유는 유리하게는 단섬유로 포함된다. 이와 연관하여 제 2 폴리머는 제 1 폴리머에 접착되고, 제 1 폴리머는 결합제 섬유로서 작용하고 제 1 및 제 2 폴리머의 섬유들 사이의 접착성 결합을 생성시키는 것이 유리하다. 이는 시트 제품의 기계적 강도를 향상시키는 작용을 한다.
추가의 바람직한 구체예에서, 섬유는, 섬유가 단지 하나의 폴리머를 함유하는 시스-코어 기하학적 구조를 지닌다. 바람직하게는, 코어에는 폴리머가 존재하지 않는다. 이러한 경우에 중공형 섬유가 연관된다. 이는 낮은 중량 및 높은 기계적 강도의 시트 제품을 제공하는데 유리하다.
추가로, 중공형 섬유의 폴리머는 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트, 폴리(데카메틸렌) 테레프탈레이트, 폴리-1,4-사이클로헥실렌 디메틸 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 이들의 코폴리머 및/또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리에스테르인 것이 바람직하다. 중공형 섬유의 폴리머는 폴리에틸렌 나프탈레이트를 함유하는 것이 매우 바람직하다.
중공형 섬유의 폴리머는 70 내지 150℃의 범위, 더욱 바람직하게는 80 내지 140℃의 범위, 매우 바람직하게는 90 내지 130℃의 범위의 연화 온도를 지니는 것이 매우 바람직하다. 이는 낮은 중량의 특히 안정한 시트 제품을 제공한다.
바람직한 구체예에서, 제 1 폴리머 대 제 2 폴리머의 중량비는 50:50 내지 95:5의 범위, 바람직하게는 60:40 내지 95:5의 범위, 더욱 바람직하게는 65:35 내지 90:10의 범위이다. 유리하게는, 심지어 더 높은 연화 및/또는 용융 온도를 지니는 작은 분율의 폴리머가 더 낮은 연화 및/또는 용융 온도를 지니는 폴리머의 최적 안정화를 얻기에 충분하다. 추가로, 제 2 폴리머는 전형적으로 더 고가의 성분이기 때문에 낮은 비율의 제 2 폴리머를 지님으로써 제작 비용을 감소시키는 것이 가능하다.
섬유 직경은 바람직하게는 0.1 내지 20 dtex의 범위, 더욱 바람직하게는 1 내지 15 dtex의 범위, 더욱 더 바람직하게는 3 내지 12 dtex의 범위이다. 제 2 폴리머를 소수 성분으로서 사용하는 것이 특히 바람직하다. 이의 이점은 전형적으로 고가의 제 2 폴리머 성분이 시트 제품의 안정성을 향상시키기 위해 재료-절약 방식으로 사용될 수 있다는 것이다.
시트 제품의 안정성은 추가로 섬유들 사이의 보이드(void)를 일부 또는 전부 채우기 위해 제 1 폴리머를 사용함으로써 더 향상될 수 있다.
바람직한 구체예에서, 주요 바디는 어떠한 추가의 섬유를 함유하지 않는다. 가능하게는, 주요 바디는 추가의 섬유를 포함할 수 있다. 이러한 섬유는 바람직하게는 단섬유로서 포함된다. 주요 바디의 총 중량에 대한 추가의 섬유의 비율은 바람직하게는 1 내지 80 wt%, 바람직하게는 10 내지 70 wt%, 더욱 바람직하게는 20 내지 60 wt%의 범위이다.
바람직한 구체예에서, 추가의 섬유는 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리아미드, 나일론 66 (Nylon®), 나일론 6 (Perlon®), 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 이들의 코폴리머 및/또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리머를 함유한다.
섬유는 결합제 섬유로서 포함될 수 있다. 결합제 섬유는 시트 제품의 강도를 향상시키는 역할을 하는 접착성 결합을 생성시킨다.
주요 바디의 플라이, 바람직하게는 하나 이상의 플라이 및/또는 추가의 플라이는 비-권축 패브릭으로서, 직물로서, 편직물로서, 필름으로서, 호일로서, 배트(batt)로서, 또는 부직포로서 포함될 수 있다. 그 결과, 기계적 강도를 지니는 시트 제품이 얻어진다.
주요 바디는, 하나 이상의 플라이를 함유하는 복합 물질을 포함할 수 있다. 그 결과, 시트 제품의 기계적 강도가 향상된다.
시트 제품은 보강용 플라이를 포함하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 시트 제품은 어떠한 보강용 플라이를 포함하지 않는다. 이는 높은 기계적 강도 및 낮은 중량의 시트 제품을 제공한다.
이러한 배경과는 반대로, 시트 제품은 화학적 유형의 피니시 또는 처리, 예를 들어, 필요 또는 요망 시, 친수성화, 정전기 방지 처리, 내화성 또는 광 안정성을 개선시키고/거나 촉각 특성 또는 광택을 개질시키는 처리, 및/또는 염색 또는 인쇄와 같이 외관을 개질시키는 처리에 주어지는 것이 또한 가능하다.
평량은 광범위한 제한치 사이에서 달라질 수 있다. 시트 제품은 바람직하게는, DIN EN 29073-1로 측정하는 경우, 50 내지 4000 g/m2의 범위, 바람직하게는 80 내지 3000 g/m2의 범위, 더욱 바람직하게는 100 내지 2500 g/m2의 범위의 평량을 지닌다. 상기 언급된 평량을 지니는 시트 제품은 뛰어난 안정성을 지닌다.
바람직한 구체예에서, 시트 제품은 헤드라이너 기재로서 사용된다. 이러한 용도에서, 시트 제품은 바람직하게는 500 내지 2500 g/m2의 범위, 더욱 바람직하게는 100 내지 1000 g/m2의 범위, 매우 바람직하게는 200 내지 800 g/m2의 범위의 평량을 지닌다.
바람직한 구체예에서, 시트 제품은 0.5 내지 300 mm, 더욱 바람직하게는 1 내지 200 mm, 더욱 더 바람직하게는 1 내지 150 mm의 DIN EN 9073-2 두께를 지닌다. 이러한 유형의 시트 제품은 이의 낮은 두께 및 우수한 성형성 덕분에 특히 우수한 가공 특성을 지닌다.
본 발명은 추가로 제 1 및 제 2 폴리머를 함유하는 이성분 섬유를 제공하는데, 여기서 제 1 폴리머의 냉결정화 온도는 제 2 폴리머의 연화 온도와 같거나 제 2 폴리머의 연화 온도보다 낮다.
바람직한 구체예에서, 시트 제품은 열성형된 시트 제품을 얻기 위해 열성형 작업에 주어진다. 열성형은 열가소성 물질에 대하여 실시되는 성형 작업이다. 열성형된 시트 제품은
a) 시트 제품을 가열하는 단계,
b) 시트 제품을 몰드(mold)로 도입하는 단계,
c) 몰드에서 압축 성형하는 단계, 및
d) 몰드로부터 시트 제품을 제거하는 단계
를 포함하는 공정에 의해 수득가능할 수 있다.
몰드는 20 내지 300℃의 범위, 바람직하게는 20 내지 250℃의 범위의 온도로 가열될 수 있다. 몰드는 유리하게는 두 개의 반쪽을 지닌다. 몰드의 두 개의 반쪽은 압축-성형 단계 동안 압축-성형 표면의 다양한 위치에서 동일하거나 상이하게 공간상 떨어져 있을 수 있다. 이러한 조건하에 열성형가능한 시트 제품에는 승온에서 향상된 수준의 휨 강성도가 부여되는 것으로 실제 시험에 의해 입증되었다.
시트 제품의 휨 강성도는 광범위한 제한치 사이에서 달라질 수 있다. 시트 제품은 바람직하게는 운송 수단을 위한 구성 부품의 제작에서 특히 헤드라이너의 기재로서 사용된다. 이러한 유형의 시트 제품은, 최대 휨 응력에서 DIN EN ISO 14125로 측정하는 경우, 바람직하게는 1 내지 40 N/mm2의 범위, 더욱 바람직하게는 1 내지 25 N/mm2의 범위, 더욱 더 바람직하게는 2 내지 20 N/mm2의 범위, 매우 바람직하게는 4 내지 15 N/mm2의 범위의 휨 강성도를 지닌다. 상기 언급된 휨 강성도를 지니는 시트 제품에는 충분한 안정성과 뛰어난 성형성이 조합된다.
열성형된 시트 제품의 휨 강성도는 또한 DIN/EN 310에 따라 측정될 수 있다. 시험 속도를 20 mm/min로, 샘플 크기를 90 mm × 75 mm로, 지지점 분리를 80 mm로, 그리고 초기 힘을 3 N로 설정하면, 1 내지 40 N의 범위, 바람직하게는 5 내지 35 N, 특히 10 내지 30 N의 범위의 휨 강성도를 얻는 것이 가능하다. 헤드라이너를 위한 기재로서 포함되는 열성형된 시트 제품은 추가로, 최대 휨 응력에서 EN ISO 14125로 측정하는 경우, 20 내지 350 MPa의 범위, 바람직하게는 30 내지 280 MPa의 범위, 더욱 바람직하게는 40 내지 250 MPa의 범위의 탄성 계수(E-계수)를 지닐 수 있다. 탄성 계수는 공학 재료 과학으로부터의 물리적 파라미터이고, 선형 탄성 영역에서 고체 바디가 변형을 거침에 따른 응력과 변형율 사이의 관계를 기술하는 것이다.
열성형된 시트 제품의 탄성 계수는 또한 DIN EN ISO 178에 따라 측정될 수 있다. 시험 속도를 20 mm/min로, 샘플 크기를 90 mm × 75 mm로, 지지점 분리를 80 mm로, 그리고 초기 힘을 3 N로 설정하면, 20 내지 600 MPa, 바람직하게는 30 내지 500 MPa, 특히 40 내지 450 MPa의 범위의 탄성 계수를 얻는 것이 가능하다.
추가의 바람직한 구체예에서, 헤드라이너를 위한 기재로서 포함되는 시트 제품은, 최대 휨 응력 및 120℃의 온도에서 EN ISO 14125 또는 DIN EN ISO 178로 측정하는 경우, 10 내지 350 MPa의 범위, 바람직하게는 15 내지 250 MPa의 범위, 더욱 바람직하게는 20 내지 200 MPa의 범위의 탄성 계수(E-계수)를 지닌다. 여기서, 시트 제품은 고온에서 향상된 수준의 기계적 강도를 지니는 것이 유리하다. 에이징 공정은 기본적으로 매우 서서히 진행되기 때문에 시트 제품은 구성 부품이 자동차 산업에서 충족시킬 것으로 예상되는 높은 필요 요건에도 견딘다. 예를 들어, 표면은 120℃에서 몇 달의 광노화 후에 어떠한 색 변화 또는 자국을 나타내지 않아야 한다.
바람직한 구체예에서, 시트 제품은 다중-플라이 구조를 지닌다. 바람직하게는, 시트 제품은 주요 바디에 더하여 추가의 플라이를 함유한다. 추가의 플라이는 방사 결합 플라이로서 또는 스테이플 섬유 플라이로서 포함될 수 있다. 추가의 플라이는 이들의 기능, 제조 방법, 섬유 유형, 함유 폴리머 및/또는 이들의 색이 서로 상이하다. 스테이플 섬유 플라이와 방사결합 플라이의 조합은 동일한 평량에 대하여 방대한 시트 제품을 야기한다. 시트 제품은 추가로 방사결합 또는 스테이플 섬유 플라이로서 포함되는 추가의 플라이를 지닐 수 있다. 이는 음향 특성을 개선시킨다.
추가의 바람직한 구체예에서, 열성형된 시트 제품은 외부 플라이가 본 발명의 시트 제품을 함유하는 샌드위치 구조를 포함한다. 중앙 플라이는 스테이플 섬유 플라이 또는 추가의 방사결합 플라이를 포함할 수 있다. 유리하게는, 샌드위치-형 구조는 휨 강성도를 향상시키고, 시트 제품에 탁월한 강도를 부여한다. 다음 추가의 시퀀스가 고려될 수 있다. 이하에서 SF는 스테이플 섬유 플라이를 나타내고, SL은 방사결합 플라이를 나타낸다: SF/SL/SF; SF/SL; SL/SF.
이러한 시퀀스는 또한 상술된 바와 같은 플라이들과 조합될 수 있다.
본 발명의 시트 제품은 승온에서의 높은 휨 강성도, 낮은 중량 및 흡음을 지니고, 그에 따라서, 운송 수단을 위한 구성 부품의 제작에 유용하다. 시트 제품은 운반 수단의 내부 장비를 위한 기재로서, 더욱 바람직하게는 헤드라이너를 위한 기재, 내부 문 트림 패널을 위한 기재로서, 구획 선반을 위한 기재로서 및/또는 운반 수단의 외부 영역에서의 기재로서, 더욱 바람직하게는 언더바디(underbody)를 위한 기재로서 및 휠 박스(wheel box)를 위한 기재로서 매우 유용하다. 운반 수단은 자동차, 트럭, 버스(coach), 기동차, 비행기, 배, 레저용 차량, 농업 기계 및/또는 캠퍼(camper)를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.
한 가지 바람직한 구체예에서, 시트 제품은 버스, 캠퍼, 레저용 차량, 배, 비행기 또는 기동차의 내부 트림 패널링을 위한 기재로서 사용된다. 기재 제품은 이의 기계적 강도 및 이의 낮은 중량 덕분에 상기 언급된 용도로 적합하다.
또한, 시트 제품을 이의 낮은 중량 때문에 배의 객실 및/또는 비행기 객실의 내부 부품을 위한 기재로서 사용하는 것이 가능하다.
시트 제품은 추가로 건설을 위한 구성 부품의 제작에서, 바람직하게는 건설에서 이동식 분리 벽 또는 파티션을 위한 기재로서 사용될 수 있다. 이러한 용도는 시트 제품의 낮은 중량 및 이의 뛰어난 음향 특성을 기초로 한 것이다.
본 발명은 이제 본 발명을 제한하지 않는 다수의 실시예를 참조로 하여 더 구체적으로 기재될 것이다.
실시예 1: 본 발명의 시트 제품의 제조
PEN 펠릿(SASA로부터의 Advanite 71001) 및 코폴리에스테르 펠릿(FENC로부터의 CS 123 N) 물질을 건조시키고, 이어서 단섬유와 이성분 섬유의 혼합물로 용융 방사하였다.
가공 온도는 Advanite의 경우에 300℃이고, CS 123 N의 경우에 270℃였다.
사용된 방적돌기 다이는 60%의 이성분 섬유 분율을 지니는 195 홀 다이였다. PEN은 오로지 이성분 섬유의 시스로만 들어가고, 코폴리에스테르는 이성분 섬유 뿐만 아니라 단섬유의 코어로도 들어갔다.
3개의 상이한 비율의 PEN/코폴리에스테르를 이성분 섬유에서 생성시켰다.
1. 30% PEN (시스) 70% 코폴리에스테르 (코어)
2. 25% PEN (시스) 85% 코폴리에스테르 (코어)
3. 20% PEN (시스) 80% 코폴리에스테르 (코어)
상기 이성분 섬유 1-3를 관통하는 단면의 광학 현미경 사진은 도 7a-c에 나타나 있다.
실시예 2: 관련 섬유 파라미터의 측정
방사된 이성분 섬유에 대하여 일부 관련된 섬유 특성을 하기와 같이 측정하였다.
섬도: 8.5 dtex
점착력: 21.54 cN/tex
신장률: 10.19%
비등 수축률: 3.25%
또한, 강압적 온도하의 열 안정성을 하기와 같이 시험하엿다:
8 cm 길이의 이성분 섬유를 두 개의 금속 블록 사이에서 4 cm로 떨어뜨려 신장시키고, 중앙에서 1g의 추로 하중시켰다. 섬유는 팽팽해졌다.
그 후에, 온도를 100℃로 증가시켰는데, 이는 사용된 코폴리에스테르의 Tg보다 높고, PEN의 Tg보다 낮았다. 이성분 섬유에서 새깅(sagging)은 관찰되지 않았다. 그 다음, 온도를 125℃를 증가시켰는데, 이 온도는 PEN의 연화 온도 내에 있었다. 다시, 새깅은 관찰되지 않았다. 마지막으로, 온도를 140℃로 증가시켰다. 이 온도는 폴리에스테르의 연화 온도보다 높았다. 이 온도에서 단지 최소의 새깅이 관찰되었다.
코폴리에스테르는 55 내지 65℃ 범위에서 이미 연화되기 때문에, 표준 폴리에스테르 단섬유(PET)를 참조로서 사용하였다. 수행된 시험에 의해서, 딱 100℃에 이르는 때에 PET 단섬유의 분명한 새깅이 관찰된 것으로 입증되었다.
실시예 3: 다중-플라이 혼성 물질의 생산
실시예 1에서 제조된 방사결합을 이성분 섬유(Huvis로부터의 LMF50, PET/CoPET, 4.4 dtex, 64 mm)로 이루어진 보강용 플라이로서 스테이플 섬유 플라이와 조합하여 2-플라이뿐만 아니라 3-플라이 혼성 물질을 생산하였다.
이러한 목적을 위하여, 하나 또는 두 개의 방사결합을 니들 룸(needle loom)에 의해 하나의 스테이플 섬유 플라이와 조합하였다. 3-플라이 혼성 물질에서, 각각의 경우에 스테이플 섬유 배트를 중앙에 놓았다.
니들 룸에 대한 하기 설정을 이용하여 6개의 상이한 혼성 물질을 제조하였다:
Figure pct00001
수득된 혼성 물질
Figure pct00002
니들링 후, 혼성 물질을 벨트 드라이어를 이용하여 굳어지게 하였다.
벨트 드라이어 설정:
Figure pct00003
Figure pct00004
수득된 굳어진 혼성 물질:
Figure pct00005
수득된 혼성 물질로부터 90 mm × 75 mm 크기의 시험 시편을 다이-컷팅시키고, 2.1- 2.5 mm의 두께로 180℃ 미만의 온도에서 압축 성형하고, 이어서 3 N의 초기 힘 및 20 mm의 시험 속도에서 DIN/EN 310로 굽힘력(bending force)을 측정하고, 동일한 초기 힘 및 시험 속도에서 DIN EN ISO 178로 E-계수를 측정하였다.
Figure pct00006
도 1은 두 개의 폴리머로부터의 섬유를 함유하는 하나의 플라이의 주요 바디를 포함하는 시트 제품을 보여주는 것이다.
도 2는 열성형가능한 시트 제품의 개략적 배열을 보여주는 것이다.
도 3은 열성형가능한 시트 제품의 추가의 개략적 배열을 보여주는 것이다.
도 4는 2-플라이의 열성형가능한 시트 제품의 개략적 배열을 보여주는 것이다.
도 5는 제 1 폴리머와 제 2 폴리머의 가열 곡선을 비교하는 다이아그램을 보여주는 것이다.
도 6a는 삼각 섬유의 단면을 보여주는 것이다.
도 6b는 추가 삼각 섬유의 단면을 보여주는 것이다.
도 7a-c는 3개의 이성분 섬유를 관통하는 단면의 광학 현미경 사진을 보여주는 것이다.
도 1은 2개의 폴리머로부터의 섬유를 함유하는 하나의 플라이(2)의 주요 바디를 포함하는 시트 제품(1)을 보여주는 것이다.
플라이(2)는 단일-플라이 구조를 지닌다.
도 2는 열성형가능한 시트 제품(1')의 개략적 배열을 보여주는 것이다. 시트 제품(1')은 플라이(2) 외에 추가의 층을 함유하는 다중-플라이 구조를 지닌다. 플라이(2)는 방사결합 플라이로서 포함된다. 시트 바디(1')는 최하층으로서 스테이플 섬유의 플라이(3)를 포함한다. 플라이(2)는 이러한 플라이(3)의 맨 위에 배열된다. 스테이플 섬유의 추가의 플라이(3)은 플라이(2)의 맨 위에 배치된다.
도 3은 열성형가능한 시트 제품(1")의 추가의 개략적 배열을 보여주는 것이다. 시트 제품(1")은 플라이(2) 외에 추가의 플라이를 함유하는 아중-플라이 구조를 지닌다. 시트 제품(1")은 최하층으로서 플라이(2)를 포함한다. 스테이플 섬유의 플라이(3)는 이러한 플라이(2)의 맨 위에 배열된다. 추가의 플라이(2)는 스테이플 섬유 플라이(3)의 맨 위에 배치된다.
도 4는 또한 열성형가능한 2-플라이 시트 제품(1"')의 또 다른 추가의 개략적 배열을 보여주는 것이다. 시트 제품(1"')은 최하층으로서 플라이(2)를 포함한다. 스테이플 섬유 플라이(3)는 이러한 플라이(2)의 맨 위에 배열된다.
도 5는 온도에 따른 제 1 폴리머와 제 2 폴리머의 가열 곡선을 비교하는 다이아그램을 보여주는 것이다.
상부 곡선(4)은 제 1 폴리머의 가열 거동을 보여주는 것이고, 하부 곡선(5)은 제 2 폴리머의 가열 거동을 기재한 것이다. 제 1 폴리머의 연화 온도(6)는 제 2 폴리머의 연화 온도(7)보다 낮다.
제 1 폴리머의 냉결정화 온도(8)는 제 2 폴리머의 연화 온도(7)보다 낮다. 제 2 폴리머의 냉결정화 온도(9)는 제 1 폴리머의 냉결정화 온도(8)보다 높다.
도 6a는, 제 1 폴리머(10)가 제 2 폴리머(11)에 엠베딩된 하나 이상의 세그먼트의 형태인, 두 개의 폴리머를 함유하는 삼각 섬유를 관통하는 단면을 보여주는 것이다.
도 6b는, 제 1 폴리머가 제 2 폴리머(11)와 부분적으로 또는 전체적으로 접하는 하나 이상의 세그먼트의 형태인, 두 개의 폴리머를 함유하는 삼각 섬유를 관통하는 단면을 보여주는 것이다.

Claims (17)

  1. 하나 이상의 플라이(ply)(2, 3)의 주요 바디를 포함하는 시트 제품(1, 1', 1", 1"')으로서, 하나 이상의 플라이(2, 3)가 제 1 폴리머(10)를 포함하는 제 1 섬유 및 제 2 폴리머(11)를 포함하는 제 2 섬유를 함유하거나, 하나 이상의 플라이(2, 3)가 제 1 및 제 2 폴리머(10, 11)를 함유하는 통합 섬유를 포함하고, 제 1 폴리머(10)의 냉결정화 온도(8)가 제 2 폴리머(11)의 연화 온도(7)와 같거나 제 2 폴리머(11)의 연화 온도(7) 미만임을 특징으로 하는, 시트 제품.
  2. 제 1항에 있어서, 제 2 폴리머(11)의 연화 온도(7) 및/또는 용융 온도가 제 1 폴리머(10)의 연화 온도(6) 및/또는 용융 온도 초과임을 특징으로 하는, 시트 제품.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 제 1 및 제 2 폴리머(10, 11)의 연화 온도(6, 7) 사이의 차이가, DIN 53765로 측정하는 경우, 15℃ 이상, 바람직하게는 20℃ 이상, 더욱 바람직하게는 25℃ 이상임을 특징으로 하는, 시트 제품.
  4. 제 2항에 있어서, 제 1 및 제 2 폴리머(10, 11)의 용융 온도 사이의 차이가 5℃ 이상, 바람직하게는 10℃ 이상, 더욱 바람직하게는 15℃ 이상임을 특징으로 하는, 시트 제품.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리머들(10, 11) 중 하나 이상이 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트, 폴리(데카메틸렌) 테레프탈레이트, 폴리-1,4-사이클로헥실렌 디메틸 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리글리콜산, 폴리락티드, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌 아디페이트, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리-3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시발레레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 벡트란(vectran), 폴리에틸렌 나프탈레이트, 이들의 코폴리머 및/또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리에스테르임을 특징으로 하는, 시트 제품.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 폴리머(10)가 70 내지 150℃의 범위, 더욱 바람직하게는 80 내지 140℃의 범위, 가장 바람직하게는 90 내지 130℃의 냉결정화 온도(8)를 지님을 특징으로 하는, 시트 제품.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 폴리머(11)가 70 내지 150℃의 범위, 더욱 바람직하게는 80 내지 140℃의 범위, 가장 바람직하게는 90 내지 130℃의 범위의 연화 온도(7)를 지님을 특징으로 하는, 시트 제품.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 섬유가 둘 이상의 폴리머를 함유하고, 제 1 폴리머(10)가, 제 2 폴리머(11)에 엠베딩되고/거나 제 2 폴리머(11)와 부분적으로 또는 전체적으로 접하는 하나 이상의 세그먼트 형태임을 특징으로 하는, 시트 제품.
  9. 제 8항에 있어서, 제 1 폴리머(10)의 세그먼트가 원형, 타원형 또는 n-각형, 삼각 또는 다각 단면의 시트 제품에 존재하고, 제 2 폴리머(11)에 엠베딩되고/거나 제 2 폴리머(11)와 부분적으로 또는 전체적으로 접함을 특징으로 하는, 시트 제품.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 섬유가 시스(sheath)-코어(core) 기하학적 구조를 지님을 특징으로 하는, 시트 제품.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 폴리머 대 제 2 폴리머(10, 11)의 중량비가 50:50 내지 95:5의 범위, 바람직하게는 60:40 내지 95:5의 범위, 더욱 바람직하게는 65:35 내지 90:10의 범위임을 특징으로 하는, 시트 제품.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 플라이(2, 3)가 비-권축 패브릭으로서, 직물로서, 편직물로서, 필름으로서, 호일로서, 배트(batt)로서, 또는 부직포로서 포함됨을 특징으로 하는, 시트 제품.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 주요 바디가 하나 이상의 플라이(2, 3)를 함유하는 복합 물질을 포함함을 특징으로 하는, 시트 제품.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 평량이, DIN EN 29073-1로 측정하는 경우, 50 내지 4000 g/m2의 범위, 바람직하게는 80 내지 3000 g/m2의 범위, 더욱 바람직하게는 100 내지 2500 g/m2의 범위임을 특징으로 하는, 시트 제품.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 시트 제품이 열성형된 시트 제품임을 특징으로 하는, 시트 제품.
  16. 제 1 및 제 2 폴리머(10, 11)를 함유하는 이성분 섬유로서, 제 1 폴리머(10)의 냉결정화 온도(8)가 제 2 폴리머(11)의 연화 온도(7)와 같거나 제 2 폴리머(11)의 연화 온도(7)보다 낮음을 특징으로 하는, 이성분 섬유.
  17. 운반 수단을 위한 구성 부품의 제작에서 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 청구된 시트 제품을 사용하는 방법.
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