KR20160141214A

KR20160141214A - 자동차 내장 기재용 다층 복합재

Info

Publication number: KR20160141214A
Application number: KR1020150075868A
Authority: KR
Inventors: 오영찬; 김기성
Original assignee: 주식회사 서연이화
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2016-12-08

Abstract

본 발명은 자동차 내장 기재용 다층 복합재에 관한 것으로, 열가소성 바이던 또는 열경화성 바인더와 천연섬유가 일정비율로 혼합하여 형성한 펠트와, 펠트의 양면에 적층된 폴리에스터 장섬유(filament) 부직포를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 열 성형시 발생되는 천연섬유 탄화 냄새로 인한 소비자의 감성적인 거부감을 저감시키고, 제품 외관 표면의 감성 고급화 성능을 향상시킨다.
또한, 융점이 높은 폴리에스터 장섬유 부직포를 적용하여 성형공정에서의 금형과 기재와의 이형성을 향상시킴으로써, 작업이 용이하고, 펠트 제조시 면밀도의 편차에 따른 강도 편차를 줄일 뿐 아니라 기재의 강성을 향상시킴으로써, 기존의 천연섬유 강화보드보다 감성적, 기계적, 작업성의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

자동차 내장 기재용 다층 복합재 {Multi-layered Composites for Car Interior Base Material}

본 발명은 자동차 내장 기재에 사용되는 다층 복합재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 천연섬유와 합성섬유(또는 합성수지)의 복합재로 이루어진 보강기재를 보다 고급화한 자동차 내장 기재층 다층 복합재에 관한 것이다.

자동차 내장 기재는 차량을 충격으로 보호하기 위해 차체나 도어트림의 내부에 사용되며, 종래에 있어서 자동차 내장 기재로 사용된 재료로는, 레진펠트(Resin Felt), 우드화이버(Wood Fiber), GF/PU 폼(Foam), 천연섬유 강화 보드(HS Felt) 등이 있다.

상기 레진펠트와 우드화이버는 경화제로 페놀을 사용하기 때문에 열성형시 발생하는 헥사아민이 분해 반응시 아민과 암모니아류의 분해에 따른 인체 유해물질이 발생한다.

GF/PU Foam과 같이, 글라스 섬유(Glass Fiber) 또는 글라스 촙(Glass Chop)이 함유된 종래의 자동차 내장용 기재의 경우, 제조과정 및 이송하는 과정에서 발생될 수 있는 글라스 분진에 의해 작업자들에게 유해한 영향을 미칠뿐만 아니라, 상기 재료를 접착시키기 위해 휘발성 유기용제가 포함된 접착제를 사용할 경우 작업 환경 및 인체에 유해한 점이 있다. 또한, 폴리우레탄 경질 발포체의 경우 단열성 및 경량성은 우수하지만, 재활용성이 저하되고 내충격성이 약해서 기재를 제조하기 위한 성형공정에서 취성파괴가 일어나기 쉽다.

한편, 환경에 대한 요구가 늘어나면서, 천연섬유를 활용한 펠트에 대한 사용요구가 늘어나고 있다. 일반적으로 바인더 역할을 하는 열가소성(폴리프로필렌 등) 섬유 또는 열경화성(폴리우레탄 등) 액상 수지와 보강재로서 천연섬유(황마, 아마, 저마, 사이잘마 등)를 일정 비율 혼합하여 이루어진 펠트가 사용된다.

이 중, 천연섬유 강화보드(HS Felt)의 경우, 폴리프로필렌과 천연섬유로 이루어진 펠트(20)의 양면에 폴리프로필렌 기포지(30)를 적층시킨 것으로써, 천연섬유를 보강재료로 사용하여 환경적인 측면에서 매우 유리하면서도 경량성 및 강성 등을 가지는 장점이 있다. 그러나, 펠트 양쪽면에 내열성이 낮은 폴리프로필렌 기포지(30)가 부착되어 있어, 성형시 고열로 가열하여 예열할 때, 융용점이 낮은 기포지(30) 또는 필름층이 용융 및 탄화되어 연속 공정시 성형 가열프레스 표면에 증착 및 탄화됨으로써, 기재의 표면 오염 및 밀도 편차를 발생시키고 탄화로 인한 냄새가 유발되는 문제가 있다.

한국 공개특허공보 제2011-0052242호

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 천연섬유 강화보드의 탄화시 냄새를 인체 유해 또는 소비자 감성적인 거부감을 저감하면서 높은 내열성을 가지도록 구성하여 성능을 개선하도록 한 자동차 내장 기재용 다층 복합재를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 성형공정에서의 금형과 기재 사이의 이형성을 향상시켜 작업성을 높이고, 펠트 제조시 면밀도의 편차에 따른 강도 편차를 줄여서 기재의 강성을 향상시키도록 한 자동차 내장 기재용 다층 복합재를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 열가소성 바이던 또는 열경화성 바인더와 천연섬유가 일정비율로 혼합하여 형성한 펠트; 및 펠트의 양면에 적층된 폴리에스터 장섬유(filament) 부직포;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폴리에스터 장섬유 부직포는, 용융 온도가 200℃ 이상이고, 부직포의 단위면적당 중량(g/m²)은 30 내지 100g/㎡의 범위인 것이 바람직하다.

또한, 상기 폴리에스터 장섬유 부직포는, 스펀본드 부직포, 스펀레이스 부직포, 멜트브로운 부직포 또는 케미컬 본딩 부직포 중에서 하나가 선택되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 펠트와 상기 폴리에스터 장섬유 부직포는 니들 펀칭에 의해 결합되는 것이 바람직??.

또한, 상기 폴리에스터 장섬유 부직포는, 두께 0.1 내지 2.0mm로 된 폴리에스터 스펀본드 부직포인 것이 바람직하다.

상기 폴리에스터 스펀본드 부직포는, 폴리에스터 필라멘트가 단일 연속공정으로 웹(web) 형태의 시트를 형성하여 스펀본드 형태의 제조방법으로 형성된 것으로, 부직포를 이루는 섬유의 굵기는 1 내지 13 데니아(Denier)의 범위 인 것으로부터 제조된 것이 바람직하다.

또한, 상기 천연섬유는 황마, 양마(KENAF), 사이잘마 또는 아마 중에서 1종 이상 선택되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 천연섬유는, 공급시 굵기가 40 ~ 120 ㎛이고, 길이가 40 ~ 80 ㎛ 이며, 혼합공정에서의 타면에 의한 펠트 내의 천연섬유의 굵기는 20 ~ 60 ㎛, 길이 3 ~ 15 ㎛인 것이 바람직하다.

또한, 상기 열가소성 바인더는, 폴리올레핀계 섬유가 사용되고, 상기 폴리올레핀계 섬유와 상기 천염섬유가 30:70 내지 70:30의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 폴리올레핀계 섬유는, 폴리프로필렌 섬유이고, 굵기가 6 내지 15 데니어이고, 길이가 40 내지 80mm 인 것이 바람직하다.

상기 열경화성 바인더로 폴리우레탄 또는 에폭시 수지가 사용되고, 상기 펠트는 상기 폴리우레탄 또는 에폭시 수지를 액상으로 하여 천연섬유 30:70 내지 70:30 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 종래의 천연섬유 강화보드와 달리 펠트 양쪽면에 폴리에스터 장섬유 부직포를 적용함으로써, 열성형시 발생되는 천연섬유 탄화 냄새로 인한 소비자의 감성적인 거부감을 저감시킬 수 있고, 제품의 외관 표면 감성을 고급화할 수 있다.

또한, 융점이 높은 폴리에스터 장섬유 부직포를 적용하기 때문에, 성형공정에서의 금형과 기재와의 이형성을 향상시켜 작업을 용이하게 할 수 있고, 펠트 제조시 면밀도의 편차에 따른 강도 편차를 줄일 뿐 아니라, 기재의 강성을 향상시켜서 기존의 천연섬유 강화보드(HS Felt)보다 감성적, 기계적 성능, 작업성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 열경화성 강화보드(HS Felt)를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량 내장 기재용 복합재의 구조를 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 복합재에 추가로 표피재가 부착된 예를 도시한 도면.

본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량 내장 기재용 복합재의 구조를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 복합재에 추가로 표피재가 부착된 예를 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 차량 내장 기재용 복합재는, 열가소성 바인더 또는 열경화성 바인더와 천연섬유를 일정 비율로 혼합하여 제조한 펠트(20), 펠트(20)의 양면에 적층되는 폴리에스터 장섬유(filament) 부직포(40)를 포함한다.

펠트(20)은 열가소성 바인더 또는 열경화성 바인더와 천연섬유를 일정 비율로 혼합하여 제조한다.

먼저, 열가소성 바인더를 적용하여 펠트(20)을 형성하는 경우에, 폴리올리핀계 섬유로서, 예로서 폴리프로필렌 섬유와 천연섬유의 혼합 비율을 30:70 내지 70:30 중량부 비율로 혼합하여 형성한다. 여기서, 바인더의 역할을 하는 폴리프로필렌 섬유가 30중량부 이하인 경우 펠트(20)의 형태안정성을 떨어뜨리고, 기재 성형에 어려움이 있으며, 70중량부 이상인 경우 기재성형 예열시간이 길어짐에 따라 양산성이 저하되며, 강도 또한 보강재의 적정량에 따라 발휘할 수 있으므로 기재의 신율은 좋아지나 기재가 가져야 할 강도 및 탄성율이 저하된다.

상기 펠트(20)은 폴리프로필렌 섬유와 천연섬유의 적정 혼합 비율은 40:60 내지 60:40 중량부 비율로 혼합되어 형성되는 것이 바람직하다.

열경화성 바인더를 적용하여 펠트(20)을 형성하는 경우에, 열경화성 수지와 천연섬유의 혼합비율을 30:70 내지 70:30 중량부 비율로 혼합하여 형성하되, 열경화성 수지를 천연섬유에 대하여 스프레이 형태로 도포하여 함침시켜 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 바인더의 역할을 하는 열경화성 수지가 30중량부 이하인 경우 펠트(20)의 굴곡탄성율 저하 및 기재 성형에 어려움이 있으며, 70중량부 이상인 경우 기재 중량 및 원가 상승에 따른 경쟁력이 저하되기 때문이다. 열경화성 수지와 천언섬유의 혼합비율은 40:50 내지 50:40 중량부 비율로 혼합하여 형성하는 것이 바람직하다.

상기 펠트(20)에 사용되는 천연섬유는 식물성 섬유로 구성하는 것이 바람직하고, 황마, 양마(KENAF), 사이잘마 및 아마 중에서 1종 이상을 선택하는 것이 바람직하다. 또한 상기 천연섬유의 공급시 굵기는 40 내지 120㎛, 길이는 40 내지 80mm인 것이 바람직하며, 혼합공정에서의 타면에 의한 펠트(20)내의 천연섬유의 굵기는 20 내지 60㎛, 길이는 3 내지 15mm가 되게 타면하여 혼합되는 것이 바람직하며, 또한 폴리올레핀계 섬유인 폴리프로필렌 섬유는 굵기가 6 내지 15 데니어인 것이 바람직하며, 길이는 40 내지 80mm인 것이 바람직하다.

상기 폴리에스터 장섬유(filament) 부직포(40)는, 펠트(20)을 보완하기 위한 것으로, 용융온도가 200℃이상이며, 이는, 자동차 내장 기재로 사용될 경우, 단면적이 넓은 기재인 경우 성형시 발생할 수 있는 금형과의 이형성 및 강도를 향상시키기 위함이다.

또한, 폴리에스터 장섬유 부직포(40)는 내열성이 높기 때문에 탄화 방지 효과가 있으므로, 제조 공정시 가열온도를 높일 수 있어 가열시간 단축에 따른 공정시간(cycle time)을 단축시킬 수 있다.

여기서, 폴리에스터 장섬유 부직포(40)와 펠트(20)은 상호 니들 펀칭에 의해 물리적으로 적층되는 것이며, 이는 내부 섬유끼리 물리적으로 결합되는 것이다.

즉, 니들 펀칭에 의한 결합 방법에 의하여, 일측섬유가 타측내부로 함침되면서 상호 물리적으로 결합하여 결속력을 가지게 하면서 원하는 밀도와 두께로 제조할 수 있는 것이다.

여기서, 부직포(40)은 단위면적당 중량(g/㎡)을 10 내지 100g/㎡로 하는 것이 바람직하다. 부직포(40)의 단위면적당 중량이 10g/㎡인 미만인 경우 펠트(20)의 강도, 형태안정성, 작업성 향상에 영향을 미치지 못하게 되고, 100g/㎡인 초과하는 경우 강도의 향상이 있으나 단위면적당 중량 증가로 인하여 기재의 경량화가 어려운 점이 있는 것으로, 더욱 바람직하게는 20 내지 60g/㎡로 구성한다.

폴리에스터 장섬유 부직포(40)는 스펀본드 부직포, 스펀레이스 부직포, 멜트브로운 부직포, 케미칼본딩 부직포 등이 가능하고, 그 중에서 인장강도 및 내열성이 가장 우수한 스펀본드(spunbond)형 부직포가 가장 바람직하다.

이 스펀본드형 부직포는 폴리에스터 단섬유 부직포와 달리 폴리에스터 필라멘트가 연속적으로 적층이 되어진 구조를 가지므로 수평 및 수직방향으로 요구되는 치수변화율이 우수하며, 단일 연속 공정으로 시트를 형성하고 있어 인장강도, 인열강도가 우수하고, 내마모성이 뛰어나 섬유간 지지력이 탁월하여 가혹한 내열환경 조건에도 물성의 변형이 발생하지 않는 우수한 특징을 갖는다.

스펀본드(SPUNBOND) 부직포는 섬유를 용융 방사하고 연신하여 멜트스펀 방식에 의해 단층 이상의 장섬유 웹을 형성한 후 열에 의한 가열 압착 본딩 프로세스를 통하여 형태안정성을 부여하여 구성한다. 본 발명에서 폴리에스터 장섬유 부직포의 두께는 0.1 내지 2.0mm 범위이며, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1.0mm의 범위로 구성한다. 또한, 폴리에스터 장섬유 부직포(40)를 이루는 섬유의 굵기는 1 내지 13 데니아(Denier)의 범위이며, 더욱 바람직하게는 2 내지 6 데니아(Denier)의 범위로 구성한다. 이 폴리에스터 장섬유 부직포는 단일 연속공정으로써 섬유길이가 단선이 없는 제조방법이 적용된 것을 사용하는 것이 바람직하나, 여기에 반드시 한정되는 것은 아니다.

한편, 일반적으로 표피재(50)로 사용되는 재료는 일반적으로 폴리에스터 부직포 계열을 사용하게 됨으로, 제조시 불량이 발생하거나 차량의 폐차시 표피재(50)에서 기개층(10)을 분리하지 않고 그대로 분쇄하여 재활용할 수 있어 자원을 절약할 수 있고, 친환경적이라는 장점이 있다.

본 발명의 기재와 종래의 천연섬유 강화보드에 대한 성능 비교를 하였으며, 다음과 같은 조건을 기준으로 평가를 실시하였다.

시편의 제조

1) 구조: 실시예1(본 발명)은 펠트(20) 양쪽면에 폴리에스터 장섬유 스펀본드 부직포(40) 중량 40g/㎡가 적층된 것을 사용하고, 비교예 1 (종래기술)은 펠트(20) 양쪽면에 폴리프로필렌 기포지(30) 중량 80 g/㎡가 적용된 것을 사용하였다.

2) 성형조건: 각 동일 면밀도 1,400g/㎡인 것을 성형 두께 2mm, 성형온도 200~210℃, 예열 시간 45sec, 냉각성형시간 40sec로 하여 실시하였다.

시험방법

시험항목		시험 조건 및 방법
굴곡강도 (kgf/5cm)	가로	MS SPEC 361-15(ASTM D 790) , 시편:50×150, 50mm/min, 23℃, 50%rRH×24h
	세로
치수변화율 (%)		시편:200×200 mm, 내열성 : 100 ℃ ×24 시간 후 측정 치수변화율(%) = (L1-L0)/L × 100

평가결과

시험항목		비교예 1(도 1)	실시예 1(도 2)	시험방법
굴곡강도 (kgf/5cm)	세로	2.18	3.45	MS361-15 1.5
	가로	1.55	3.28
치수변화율 (%)		2.4	1.5

표 2에서 보인 바와 같이, 실시예 1의 굴곡강도가 비교예 1(종래기술) 대비 58% 이상 높은 것으로 나타났으며, 이는 종래기술에 적용된 폴리프로필렌 기포지(30) 보다 중량이 낮은 폴리에스터 부직포(40)가 펠트(20)의 강도를 향상시킨 것으로 생각된다. 또한 치수변화율은 종래기술 대비 0.9% 낮게 나타났으며, 이는 부직포(40)의 방향성이 낮은 특성에 따라 열에 의한 형상 변형 및 치수변화를 개선할 수 있는 것으로 보여진다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 기재 20 : 펠트
30 : 폴리프로필렌 기포지 40 : 폴리에스터 장섬유 부직포
50 : 표피재

Claims

열가소성 바이던 또는 열경화성 바인더와 천연섬유가 일정비율로 혼합하여 형성한 펠트(20); 및
펠트(20)의 양면에 적층된 폴리에스터 장섬유(filament) 부직포(40);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장 기재용 다층 복합재.
청구항 1에 있어서,
상기 폴리에스터 장섬유 부직포는,
용융 온도가 200℃ 이상이고, 부직포의 단위면적당 중량(g/m²)은 30 내지 100g/㎡의 범위인 것을 특징으로 하는 자동차 내장 기재용 다층 복합재.
청구항 1에 있어서,
상기 폴리에스터 장섬유 부직포는,
스펀본드 부직포, 스펀레이스 부직포, 멜트브로운 부직포 또는 케미컬 본딩 부직포 중에서 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 자동차 내장 기재용 다층 복합재.
청구항 1에 있어서,
상기 펠트(20)와 상기 폴리에스터 장섬유 부직포는 니들 펀칭에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차 내장 기재용 다층 복합재.
청구항 1에 있어서,
상기 폴리에스터 장섬유 부직포는,
두께 0.1 내지 2.0mm로 된 폴리에스터 스펀본드 부직포인 것을 특징으로 하는 자동차 내장 기재용 다층 복합재.
청구항 5에 있어서,
상기 폴리에스터 스펀본드 부직포는,
폴리에스터 필라멘트가 단일 연속공정으로 웹(web) 형태의 시트를 형성하여 스펀본드 형태의 제조방법으로 형성된 것으로, 부직포를 이루는 섬유의 굵기는 1 내지 13 데니아(Denier)의 범위 인 것으로부터 제조된 것을 특징으로 하는 자동차 내장 기재용 다층 복합재.
청구항 1에 있어서,
상기 천연섬유는,
황마, 양마(KENAF), 사이잘마 또는 아마 중에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 자동차 내장 기재용 다층 복합재.
청구항 1에 있어서,
상기 천연섬유는,
공급시 굵기가 40 ~ 120 ㎛이고, 길이가 40 ~ 80 ㎛ 이며,
혼합공정에서의 타면에 의한 펠트 내의 천연섬유의 굵기는 20 ~ 60 ㎛, 길이 3 ~ 15 ㎛인 것을 특징으로 하는 자동차 내장 기재용 다층 복합재.
청구항 1에 있어서,
상기 열가소성 바인더는,
폴리올레핀계 섬유가 사용되고,
상기 폴리올레핀계 섬유와 상기 천염섬유가 30:70 내지 70:30의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 자동차 내장 기재용 다층 복합재.
청구항 9에 있어서,
상기 폴리올레핀계 섬유는,
폴리프로필렌 섬유이고, 굵기가 6 내지 15 데니어이고, 길이가 40 내지 80mm 인 것을 특징으로 하는 자동차 내장 기재용 다층 복합재.
청구항 1에 있어서,
상기 열경화성 바인더로 폴리우레탄 또는 에폭시 수지가 사용되고, 상기 펠트는 상기 폴리우레탄 또는 에폭시 수지를 액상으로 하여 천연섬유 30:70 내지 70:30 중량부로 혼합되는 것을 특징으로 하는 자동차 내장 기재용 다층 복합재.