KR20170039404A - 재활용 섬유를 이용한 자동차 내장재용 흡음재 및 그 제조방법 - Google Patents

재활용 섬유를 이용한 자동차 내장재용 흡음재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 재활용 섬유를 이용한 자동차 내장재용 흡음재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐 카페트 및 폐 펠트 스크랩으로부터 분리된 재생섬유에 고융점폴리에스터 및 저융점폴리에스터를 혼합한 재생 부직포를 흡음재에 적용함으로써 상용화된 흡음재와 동등 수준의 물성 특성을 만족하는 동시에 제조원가를 대폭 절감시키고, 폐 카페트 및 폐 펠트 스크랩을 재활용함으로써 온실가스 감소 등 친환경적이며, 이를 이용하여 자동차의 휠가드, 트렁크 트림 등의 강성이 요구되는 자동차 내장재 등에 활용 가능한재활용 섬유를 이용한 자동차 내장재용 흡음재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

재활용 섬유를 이용한 자동차 내장재용 흡음재 및 그 제조방법{SOUND ABSORBENT FOR AUTOMOBILE INTERIOR USING RECYCLED FIBER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 재활용 섬유를 이용한 자동차 내장재용 흡음재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐 카페트 및 폐 펠트 스크랩으로부터 분리된 재생섬유에 고융점폴리에스터 및 저융점폴리에스터를 혼합한 재생 부직포를 흡음재에 적용함으로써 상용화된 흡음재와 동등 수준의 물성 특성을 만족하는 동시에 제조원가를 대폭 절감시키고, 폐 카페트 및 폐 펠트 스크랩을 재활용함으로써 온실가스 감소 등 친환경적이며, 이를 이용하여 자동차의 휠가드, 트렁크 트림 등의 강성이 요구되는 자동차 내장재 등에 활용 가능한 재활용 섬유를 이용한 자동차 내장재용 흡음재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차의 차음 및 흡음을 목적으로 다양한 형태의 부직포 제형들이 자동차에 적용되고 있으나, 대부분의 경우 흡음 및 차음, 방수, 방진, 성형 가공성 등의 목적으로 카페트나 헤드라이닝 등에 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 필름이 코팅된 형태의 부품들이 적용되고 있다. 이러한 부품들은 자동차 폐차 후 발생하는 폐 부품이나 제조과정에서 발생하는 불량품, 제품 성형 후 발생되는 스크랩의 경우 대부분 재활용되지 못하고 시멘트 소성이나 열병합 발전소와 같은 곳에서 열원으로 처리되고 있는 실정이다.
특히, 정숙한 자동차 운행을 위하여 주행 중 바퀴로부터 발생하는 소음을 저감하기 위해 휠가드 소재를 기존의 올레핀계 고분자 사출 성형 제품에서 섬유를 활용한 부직포 복합형태의 제품으로 전환되고 있다. 하지만, 올레핀계 고분자 성형제품 대비 부품 원가가 증가되는 문제로 인하여 보편화에 한계성을 가지고 있다. 또한 일반적인 자동차 휠가드용 부직포의 면중량은 평방 미터당 800~1600 g이 보편적인데, 이러한 부직포의 사용은 기존의 사출타입 대비 중량이 높고 제조공정이 복잡하여 부품의 제조비용이 상승하여 고급 차종에 제한적으로 적용되고 있다.
이 밖에도 다양한 방법을 통하여 자동차용 폐 카페트 및 카페트 스크랩을 재활용하는 기술들이 보고되고 있다. 종래 한국공개특허 2013-0005593호에서는 폐 시트를 미세 분쇄하고, 이를 통해 얻은 분쇄물에 폴리에스터 섬유, 저융점폴리에스터 섬유, 폴리프로필렌 섬유 및 마를 혼합하고 카팅하는 공정을 통해 제조되는 흡차음재에 관해 개시되어 있으나, 우레탄폼을 폴리에스터 섬유와 혼합하여 제조 시 형상이 서로 다른 물질을 저융점폴리에스터 바인더로 결합하기 때문에 강성이 부족한 문제가 있다. 또한 공정 중에 니들펀칭 공정이 있으나, 우레탄폼과 섬유의 교락보다 섬유들끼리 교략이 이루어져 재활용 흡음재의 전체적인 강성은 부족하여 자동차용으로 적용 시 강성이 요구되지 않는 흡음 부품에 적용하는 등 용도가 제한적인 문제가 있다.
또한, 한국등록특허 제10-1069903호에는 폴리에스터를 표면 부직포로 사용하고, 재활용칩을 30~50 중량% 포함하는 압출시트를 기재층으로 사용하고, 폴리에스터로 제조된 이면흡음 부직포층으로 구성된 적층제를 니들펀칭하여 이루어지는 제조방법에 관해 개시되어 있으나, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 목분, 카본 블랙 등의 소재를 압출 및 사출한 제품에 대한 소재를 재활용한 것으로, 용도가 경도를 요구하는 보드타입의 제품에 국한되어 있고, 섬유소재 대비 중량이 증가하는 문제가 있다.
또한, 한국등록특허 제10-1181201호에서는 저융점폴리에스터 섬유 및 일반 폴리에스터 섬유를 포함하는 폴리에스터 섬유를 카딩하고 니들 펀칭하여 펠트층을 형성하는 제1 펠트층 및 제2 펠트층 형성단계와 상기 제1 펠트층 및 제2 펠트층을 적층하고 니들펀칭하는 합지단계를 포함하는 차량용 휠가드의 제조방법에 관해 개시되어 있으나, 폐 펠트 또는 폐 스크랩 등으로부터 분리된 재생섬유를 활용하는 친환경적인 효과에 대해서는 전혀 고려하고 있지 않다.
따라서 폐 부품이나 제조과정에서 발생하는 불량품 또는 스크랩 등에서 버려지는 재생섬유를 재활용하여 소음 저감을 위한 흡음재로서 활용하기 위한 연구가 요구된다.
한국공개특허 2013-0005593호 한국등록특허 제10-1069903호 한국등록특허 제10-1181201호
상기와 같은 문제 해결을 위하여, 본 발명은 폐차에서 발생되는 폐 카페트 및 폐 펠트 스크랩으로부터 분리된 재생섬유에 고융점폴리에스터 및 저융점폴리에스터를 혼합한 재생 부직포를 흡음재에 적용함으로써 상용화된 흡음재와 동등 수준의 물성 특성을 만족하는 동시에 제조원가를 대폭 절감시키고, 시멘트 회사나 열병합 발전소 등의 열원으로 처리되던 폐 카페트 및 폐 펠트 스크랩을 재활용함으로써 온실가스 감소 등의 친환경적인 이점이 있다는 사실을 알게 되어 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 상용화된 흡음재와 동등 수준의 물성 특성을 만족하는 동시에 환경친화적인 자동차 내장재용 흡음재를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 재생섬유를 이용하여 원가 경쟁력이 우수한자동차 내장재용 흡음재의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 자동차 내장재용 흡음재를 이용한 자동차 내장재를 제공하는데 있다.
본 발명은 재생섬유 20~60 중량%, 고융점폴리에스터 10~40 중량% 및 저융점폴리에스터 30~50 중량%를 포함하는 재생 부직포층; 및 상기 재생 부직포층의 제1 면에 형성되며, 고융점폴리에스터 40~80 중량% 및 저융점폴리에스터 20~60 중량%를 포함하는 제1 부직포층 또는 열가소성 고분자 필름층;을 포함하는 재활용 섬유를 이용한 자동차 내장재용 흡음재를 제공한다.
또한 본 발명은 재생섬유 20~60 중량%, 고융점폴리에스터 10~40 중량% 및 저융점폴리에스터 30~50 중량%를 투입하여 혼합 및 개섬하는 공정; 상기 혼합 및 개섬된 혼합섬유를 섬유상의 얇은 막 상태인 웹으로 형성시키는 카딩 웹 형성하는 공정; 상기 웹 형성된 혼합섬유를 성형하여 재생 부직포를 제조하는 공정; 고융점폴리에스터 40~80 중량% 및 저융점폴리에스터 20~60 중량%를 혼합하여 제1 부직포를 제조하는 공정; 상기 제조된 재생 부직포의 제1 면 상에 상기 제1 부직포 또는 열가소성 고분자 필름을 적층시킨 후 니들펀칭하여 흡음재를 제조하는 공정; 및 상기 니들펀칭된 흡음재를 열성형 후 압착하는 라미네이팅 및 카렌딩 공정;을 포함하는 재활용 섬유를 이용한 자동차용 흡음재의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 자동차 내장재용 흡음재를 이용한 자동차 내장재를 제공한다.
본 발명에 따른자동차 내장재용 흡음재는 폐 카페트 및 폐 펠트 스크랩으로부터 분리된 재생섬유에 고융점폴리에스터 및 저융점폴리에스터를 혼합한 재생 부직포를 흡음재에 적용함으로써 상용화된 흡음재와 동등 수준의 물성 특성을 만족하는 동시에 제조원가를 대폭 절감시키고, 시멘트 회사나 열병합 발전소 등의 열원으로 처리되던 폐 카페트 및 폐 펠트 스크랩을 재활용함으로써 온실가스 감소 등 친환경적인 이점이 있다.
또한 이를 이용하여 자동차의 휠가드, 트렁크 트림 등의 강성이 요구되는 자동차 내장재 등에 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 2층 구조로 이루어진 흡음재의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 3층 구조로 이루어진 흡음재의 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 2에서 제조된 흡음재의 흡음성능을 비교한 그래프이다.
도 3b는 본 발명의 실시예 3 및 비교예 1에서 제조된 흡음재의 흡음성능을 비교한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 흡음재를 이용한 자동차 휠가드를 보여주는 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 자동차 내장재용 흡음재의 제조방법을 개략적으로 보여주는 순서도이다.
이하에서는 본 발명을 하나의 실시예로 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 재활용 섬유를 이용한 자동차 내장재용 흡음재는 재생섬유 20~60 중량%, 고융점폴리에스터 10~40 중량% 및 저융점폴리에스터 30~50 중량%를 포함하는 재생 부직포층; 및 상기 재생 부직포층의 제1 면에 형성되며, 고융점폴리에스터 40~80 중량% 및 저융점폴리에스터 20~60 중량%를 포함하는 제1 부직포층 또는 열가소성 고분자 필름층;을 포함한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 재생 부직포층의 제2 면에 형성되며, 고융점폴리에스터 30~80 중량% 및 저융점폴리에스터 20~70 중량%를 포함하는 제2 부직포층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 자동차 내장재용 흡음재는 재생 부직포층(하부층)의 일면에 제1 부직포층 또는 열가소성 고분자 필름층(상부층)이 형성된 2층 구조로 이루어진 것일 수 있다. 도 1은 본 발명에 따른 2층 구조로 이루어진 흡음재의 단면도이다. 상기 도 1의 (a) 및 (b)는 재생 부직포층(1)의 상부에 제1 부직포층(2) 또는 열가소성 고분자 필름층(3)이 형성된 것을 보여준다.
제2 부직포층(하부층)의 제2 면에 재생 부직포층(중간층)이 적층되고, 상기 재생 부직포층의 제1 면에 제1 부직포층 또는 열가소성 고분자 필름층(상부층)이 차례로 적층 형성된 3층 구조로 이루어질 수 있다. 도 1은 본 발명에 따른 2층 구조로 이루어진 흡음재의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 3층 구조로 이루어진 흡음재의 단면도이다. 상기 도 2의 (a) 및 (b)는 재생 부직포층(1)의 상부에 제1 부직포층(2) 또는 열가소성 고분자 필름층(3)이 형성되고, 상기 재생 부직포층의 하부에 제2 부직포층(4)이 형성된 것을 보여준다.
이러한 상기 자동차 내장재용 흡음재의 상부층은 특별히 물리적 충격이 가해지지 않은 곳으로 자동차의 휠가드에 적용 시 자동차 차체쪽 방향을 의미하고, 하부층은 자동차 바퀴쪽 방향을 의미한다. 특히 바퀴쪽 방향을 가지는 하부층은 휠가드가 가져야 할 물리화학적인 안정성이 요구되므로 섬유의 박리, 내열성, 내후성이 우수한 소재를 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 재생섬유는 폐 카페트, 폐 펠트 스크랩 또는 이들의 혼합물로부터 분리된 것일 수 있다. 상기 재생섬유는 버려지거나 열원으로 처리되는 카페트나 자동차 폐차 후 발생하는 폐 흡음 부품, 고정 불량품 등의 펠트 스크랩을 원료로 하여 재활용 공정을 통해 분리된 섬유인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 재생섬유는 평균 섬유길이가 10~30 mm인 단섬유인 것을 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 평균 섬유길이가 10 mm 보다 짧으면 섬유들간의 결속력이 떨어져 고압세차 및 강성이 저하될 수 있고, 30 mm 보다 길면 결속력은 우수하나 흡음율이 저하될 수 있다. 또한 상기 재생섬유는 상기 제1 및 제2 부직포 보다 섬유길이가 짧기 때문에 이를 보완하기 위해 고융점폴리에스터 및 저융점폴리에스터를 혼합할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 고융점폴리에스터는 융점이 220~280 ℃이고, 상기 저융점폴리에스터는 융점이 80~140 ℃인 것을 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 고융점폴리에스터는 융점이 220 ℃ 보다 낮으면 부품 성형 시 섬유들이 용융되어 펠트의 성질을 잃을 수 있고, 280 ℃ 보다 높으면 부품 성형이 완벽하게 되지 않아 강도가 떨어질 수 있다. 또한 상기 저융점폴리에스터는 융점이 80 ℃ 보다 낮으면 열처리 시 용융성분이 흘러내려 펠트 상하부의 구배 및 수축이 크게 발생할 수 있고, 140 ℃ 보다 높으면 표면 열처리 시 열전달이 어렵고 부품 성형 후 강도가 떨어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 재생 부직포층은 재생섬유 20~60 중량%, 고융점폴리에스터 10~40 중량% 및 저융점폴리에스터 30~50 중량%를 포함할 수 있다. 구체적으로 재활용 공정을 통해 얻어진 상기 재생섬유의 함량이 20 중량% 보다 적으면 제품의 원가 절감효과가 적어 경쟁력이 떨어질 수 있고, 60 중량% 보다 많으면 섬유 길이가 짧은 재생원료가 많아 부직포 형성이 어려울 수 있다. 또한 상기 재생섬유는 물리적 피로도가 높아 이를 보완하기 위해 고융점폴리에스터 및 저융점폴리에스터를 포함할 수 있는데, 이때 상기 고융점폴리에스터의 함량이 10 중량% 보다 적으면 부직포 형성이 어려울 수 있고, 40 중량% 보다 많으면 제품의 원가 절감 효과가 떨어질 수 있다. 또한 상기 저융점폴리에스터는 30 중량% 보다 적으면 부품 성형 후 강도가 떨어질 수 있고, 50 중량% 보다 많으면 부품 성형 후 부직포의 조직 경도가 높아져 흡음성능이 떨어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 재생 부직포층은 두께가 3~40 mm이고, 단위 면적당 중량은 600~800 g/m2인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 재생 부직포층은 단위 면적당 중량이 600 g/m2 보다 적으면 부품에 재활용 함량을 높이는데 한계가 있어 부품 원가 경쟁력을 저하시킬 수 있고, 800 g/m2 보다 많으면 외부 충격을 견뎌야 되는 휠가드 부품에 적용할 경우 문제가 될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 제1 및 제2 부직포층은 두께가 0.5~15 mm이고, 단위 면적당 중량은 100~300 g/m2인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 제1 및 제2 부직포층은 단위 면적당 중량이 100 g/m2 보다 적으면 외부의 충격을 견뎌야 되는 휠가드 부품의 하단부에는 적용하기 어려울 수 있고, 300 g/m2 보다 많으면 부품에 재활용 함량을 높이는데 한계가 있어 부품 원가 경쟁력을 저하시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 제1 부직포층은 고융점폴리에스터 40~80 중량% 및 저융점폴리에스터 20~60 중량%를 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 고융점폴리에스터의 함량이 40 중량% 보다 적으면 성형 후 부품의 표면 경도가 높아져 흡음 성능이 저하될 수 있고, 80 중량% 보다 많으면 부품 성형 후 강도가 떨어지거나 표면에 보풀이 많이 발생할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 열가소성 고분자 필름층은 폴리에틸렌, 에틸렌 비닐 아세테이트 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 열가소성 고분자 필름층은 두께가 0.05~1.0 mm이고, 단위 면적당 중량은 60~100 g/m2인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 열가소성 고분자 필름층은 단위 면적당 중량이 60 g/m2 보다 적으면 펠트에 부착을 어렵게 하거나 부품 성형 시 굴곡이 심한 부분에서 찢어질 수 있고, 100 g/m2 보다 많으면 부품원가를 상승시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 재활용 섬유를 이용한 자동차용 흡음재의 제조방법은 재생섬유 20~60 중량%, 고융점폴리에스터 10~40 중량% 및 저융점폴리에스터 30~50 중량%를 투입하여 혼합 및 개섬하는 공정; 상기 혼합 및 개섬된 혼합섬유를 섬유상의 얇은 막 상태인 웹으로 형성시키는 카딩 웹 형성하는 공정; 상기 웹 형성된 혼합섬유를 성형하여 재생 부직포를 제조하는 공정; 고융점폴리에스터 40~80 중량% 및 저융점폴리에스터 20~60 중량%를 혼합하여 제1 부직포를 제조하는 공정; 상기 제조된 재생 부직포의 제1 면 상에 상기 제1 부직포 또는 열가소성 고분자 필름을 적층시킨 후 니들펀칭하여 흡음재를 제조하는 공정; 및 상기 니들펀칭된 흡음재를 열성형 후 압착하는 라미네이팅 및 카렌딩 공정;을 포함한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 혼합 및 개섬하는 공정에서는 재활용 공정을 통해 얻어진 재생섬유와 제품 특성에 알맞은 고융점폴리에스터 및 저융점폴리에스터를 혼합하여 개섬할 수 있다. 특히 이 공정에서는 상기 재생섬유의 섬유길이가 대체적으로 10~30 mm의 단섬유이므로 장섬유인 고융점폴리에스터 및 저융점폴리에스터와 혼합이 잘 되도록 개섬을 통하여 뭉쳐져 있는 섬유들을 풀리게 하여 서로 쉽게 혼합될 수 있다. 또한 개섬 공정이 많을수록 섬유들간의 균일한 혼합이 이루어질 수 있다. 재활용 섬유의 함량이 40중량% 이상에서는 개섬 공정을 1차 내지 3차로 추가 진행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 2개의 개섬 공정과 혼합공정을 통하여 개섬 혼섬된 섬유를 상기 카딩 웹 형성하는 공정에서는 평량조건에 맞춘 얇은 막 상태로 형성된 웹을 적층하여 펠트를 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 니들펀칭하는 공정에서는 상기 재생 부직포의 제1 면 상에 상기 제1 부직포층의 적층하여 니들펀칭공정에 의해 상하부를 물리적으로 교락시켜 강성을 향상시킬 수 있다. 이러한 물리적인 교락 없이 열융착 만으로 펠트를 제조할 경우 층간에 박리되는 문제가 발생할 수 있어 니들펀칭을 통한 다층의 물리적 교락은 꼭 필요하다. 이러한 상기 니들펀칭하는 공정은 니들 32호 내지 40호, RPM 600 내지 1400의 조건에서 수행하는 것이 좋다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 니들펀칭하는 공정 이후에 제2 부직포를 추가 투입하여 상기 재생 부직포의 제2 면 상에 적층시키는 공정;을 더 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 제2 부직포는 고융점폴리에스터 30~80 중량% 및 저융점폴리에스터 20~70 중량%를 혼합하여 일반 카딩 및 니들펀칭 공정을 거쳐 제조될 수 있다. 또한 상기 열가소성 고분자 필름은 폴리에틸렌, 에틸렌 비닐 아세테이트 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 사용할 수 있다. 이러한 상기 제1 부직포 또는 열가소성 고분자 필름은 상부층에 형성되어 차음 효과를 부여할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 라미네이팅 및 카렌딩 공정은 상기 재생 부직포 또는 제1 및 제2 부직포에서 섬유 보풀들이 표면에 나와 있는 것을 제거하기 위해 수행되는 것으로 라미네이팅 기기 및 카렌딩 기기를 이용하여 열처리를 통해 보풀들을 제거할 수 있다. 이때 열처리 온도는 150~250 ℃인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 열처리 온도가 150 ℃ 보다 낮으면 고융점폴리에스터 표면이 용융되지 않아 보풀의 제거가 어려울 수 있고, 250 ℃ 보다 높으면 펠트가 용융되어 경도가 높아지거나 섬유들이 녹아 라미네이팅 및 카렌딩 드럼에 들러 붙어 작업을 어렵게 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 라미네이팅 및 카렌딩 공정 이후에 상기 카렌딩된 흡음재를 재단하는 공정;을 더 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 자동차 내장재용 흡음재의 제조방법을 개략적으로 보여주는 순서도이다.
한편, 본 발명은 자동차 내장재용 흡음재를 이용한 자동차 내장재를 제공한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 자동차 내장재는 휠가드인 것일 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 자동차 내장재용 흡읍재는폐 카페트 및 폐 펠트 스크랩으로부터 분리된 재생섬유에 고융점폴리에스터 및 저융점폴리에스터를혼합한 재생 부직포를 흡음재에 적용함으로써 상용화된 흡음재와 동등 수준의 물성 특성을 만족하는 동시에 제조원가를 대폭 절감시키고, 시멘트 회사나 열병합 발전소 등의 열원으로 처리되던 폐 카페트 및 폐 펠트 스크랩을 재활용함으로써 온실가스 감소 등 친환경적인 이점이 있다. 또한 이를 이용하여 자동차의 휠가드, 트렁크 트림 등의 강성이 요구되는 자동차 내장재 등에 활용될 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
재생섬유(폐 카페트 및 폐펠트 스크랩의 혼합물로부터 분리된 평균 섬유길이가 10~30 mm인단섬유), 고융점폴리에스터섬유(융점이 240 ℃인 RM 6De 51㎜(웅진케미칼사 PET 섬유)) 및 저융점폴리에스터섬유(융점이 120 ℃인 LM 4De 51㎜(웅진케미칼사 PET 섬유))를 배합한 후 배합된 혼합섬유를 2개의 개섬 공정과 혼합공정을 통하여 개섬 혼섬된 섬유를 평량조건 맞춰 카딩하여 웹을 형성한 후 성형하여 재생 부직포를 제조하였다. 그 다음 고융점폴리에스터섬유(RM 6De 51㎜) 60 중량% 및 저융점폴리에스터섬유(LM 4De 51㎜) 40 중량%를 배합한 후 카딩하였다. 그 다음 니들(needle) 35호 RPM 800으로 니들 펀칭하여 제1 부직포를 제조하였다. 상기와 동일한 성분 및 방법으로 제2 부직포를 제조하였다.
그런 다음 상기 제조된 재생 부직포의 일면 상에 상기 제1 부직포(하부층)를 적층시킨 후 니들(needle) 24호 RPM 600으로 니들 펀칭하여 상하의 제1 부직포 및 재생 부직포(중간층)를 합지시켜 흡음재를 제조하였다. 그 다음 상기 흡음재의 재생 부직포의 일면 상에 상기 제2 부직포(상부층)를 적층시킨 후 200 ℃의 온도에서 히팅롤러를 이용하여 라미네이팅 및 카렌딩으로 표면 처리하였으며, 원하는 크기로 재단하여 자동차 내장재용 3층 구조의 흡음재를 제조하였다. 상기 재생 부직포와 상기 제1 및 제2 부직포의 구성성분과 그 사용함량은 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 2~5
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 제조하되, 구성성분과 그 사용함량은 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 혼합하여 자동차 내장재용 흡음재를 제조하였다.
실시예 6
상기 실시예 1에서 상부층으로 제2 부직포 대신 폴리에틸렌 필름을 적층시킨 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 제조하되, 구성성분과 그 사용함량은 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 혼합하여 자동차 내장재용 흡음재를 제조하였다.
비교예 1
고융점폴리에스터섬유(융점이 240 ℃인 RM 6De 51㎜(웅진케미칼사 PET 섬유)) 및 저융점폴리에스터 섬유(융점이 120 ℃인 LM 4De 51㎜(웅진케미칼사 PET 섬유))를 배합한 후 통상의 부직포 제조공정에 의해 카딩 공정, 성형 공정, 니들펀칭 공정, 라미네이팅 및 카렌딩 공정 및 재단 공정을 거쳐 흡음재를 제조하였다. 그 구성성분과 사용함량은 하기 표 2에 나타내었다.
비교예 2
상기 비교예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 면적당 중량을 다르게 하여 흡음재를 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 1의 재생섬유 및 저융점폴리에스터 섬유를 혼합하여 면적당 중량을 1,200 g/m2로 한 것을 제외하고, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 실시하여 흡음재를 제조하였다.
비교예 4, 5
상기 실시예 1의 재생섬유 및 저융점폴리에스터 섬유를 혼합하여 중간층인 재생 부직포를 제조하고, 상기 재생 부직포의 상하부에 제1 및 제2 부직포를 적층하여 흡음재를 제조하되, 면적당 중량을 각각 다르게 한 것을 제외하고, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 실시하여 흡음재를 제조하였다.
실험예 1
상기 실시예 1~6 및 비교예 1~5에서 제조된 흡음재에 대하여 하기와 같은 평가 방법으로 물성 특성을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 1, 2에 나타내었다.
[평가 방법]
(1) 흡음율: 시험샘플(크기: 850*850 ㎜, 두께: 7 ㎜)을 간이 잔향실법(Alpha Cabin)에 의해 실시함(2000 Hz, 0.48% 이상)
(2) 고압세차성: 압력(6,900kPa), 분사거리(100mm), 분사각(90˚), 분사시간(30초)의 조건으로 시험후 박리, 부품음, 보블 발생 등 결함이 없는지 육안 확인
(3) 성형후 제품 강성: 성형 부품의 부위별 토크 게이지를 눌러 강성 확인 (양산 부품과 비교 평가함)
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6
중간층(재생 부직포층) 재생섬유 30% 50% 30% 30% 30% 30%
고융점폴리에스터 섬유 30% 10% 30% 30% 30% 30%
저융점폴리에스터 섬유 40% 40% 40% 40% 40% 40%
중량 600g/㎡ 600g/㎡ 800g/㎡ 700g/㎡ 800g/㎡ 800g/㎡
상부층(제1부직포층) 제1부직포층 200g/㎡ 200g/㎡ 100g/㎡ 100g/㎡ 100g/㎡ -
폴리에틸렌 필름 - - - - - 70g/㎡
하부층(제2부직포층) 200g/㎡ 200g/㎡ 100g/㎡ 200g/㎡ 300g/㎡ 200g/㎡
고압세차성 양호 양호 양호 양호 양호 양호
성형후
제품강성 		양호 양호 양호 양호 양호 양호
흡음율 0.54 0.48 0.51 0.52 0.54 0.49
제품 외관
(5:양호 ↔ 1:불량) 		5 5 5 5 5 5
구분 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
중간층(재생 부직포층) 재생섬유 - - 60% 60% 70%
고융점폴리에스터섬유 60% 60% - - -
저융점폴리에스터섬유 40% 40% 40% 40% 30%
중량 1,000g/㎡ 1,200g/㎡ 1,200g/㎡ 800g/㎡ 800g/㎡
상부층(제1부직포층) 제1부직포층 - - - 200g/㎡ 100g/㎡
폴리에틸렌 필름 - - - - -
하부층(제2부직포층) - - - 200g/㎡ 300g/㎡
고압세차성 양호 양호 불량 양호 양호
성형후
제품강성 		양호 양호 미흡 미흡 불리
흡음율 0.40 0.40 0.25 0.3 0.3
제품 외관
(5:양호 ↔ 1:불량) 		5 5 3 4 4
상기 표 1, 2의 결과에 의하면, 상기 실시예 1~6에서는 재생섬유, 고융점폴리에스터, 저융점폴리에스터를 적정 함량 포함하는 재생 부직포층(중간층)과 제1 및 제2 부직포층으로 상하부에 적층된 3층 구조의 흡음재를 형성하였을 때, 고압세차성, 제품강성, 흡음율 및 제품 외관에서 현재 상용화 중인 사양과 동등 수준이거나 더욱 향상된 물성 특성을 확보할 수 있었다. 이를 통해 버려지거나 열원으로 사용되는 폐 카페트 또는 폐 펠트 스크랩 등에서 분리된 재생섬유를 사용함으로써 친환경적이며, 제조원가를 낮출 수 있음을 알 수 잇었다.
이에 반하여, 상기 비교예 1, 2에서는 일반적으로 사용되는 자동차 휠가드용 부직포인 것으로 고압세차성, 제품강성, 흡음율 및 제품 외관에서 모두 요구되는 물성 특성을 만족하는 것을 알 수 있었다. 그러나 재생 부직포를 포함하고 있지 않아 친환경적이지 않고, 제조 원가가 높은 단점이 있다.
또한, 재생섬유 및 저융점폴리에스터 섬유를 포함하는 상기 비교예 3에서는 재생섬유의 함량이 높아 강성이나 흡음성에서 불리한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 재생섬유의 고유 색상에 의해 최종 제품의 표면에 얼룩처럼 보이는 색상 불량이 발생하여 외관 상 좋지 않은 것을 확인하였다.
또한, 제2부직포층(하부층), 재생 부직포층(중간층) 및 제1부직포층 (상부층)을 포함하는 3층 구조의 상기 비교예 4, 5에서는 재생섬유의 함량이 증가할수록 재생 부직포의 구성물간 바인딩 역할을 하는 고융점폴리에스터 섬유를 포함하고 있지 않아 강성이 급격히 저하되는 경향을 나타내었다. 또한, 재생섬유의 함량이 많아지면서 짧은 섬유길이로 인해 물리적 교락(니들펀칭으로 형성됨)이 미미하여 성형 시 연신율이 떨어져 굴곡이 있는 부품 성형 시 굴곡부가 터지는 문제가 있었다.
도 3a는 상기 실시예1 및 비교예 2에서 제조된 흡음재의 흡음성능을 비교한 그래프이고, 도 3b는 상기 실시예 3 및 비교예 1에서 제조된 흡음재의 흡음성능을 비교한 그래프이다. 상기 도 3a 및 도 3b에서 확인할 수 있듯이, 재생섬유를 함유한 실시예 1, 3과 상용화 중인 비교예 1, 2와 대비하여 흡음 성능면에서 동등 수준을 보이는 것을 알 수 있었다.
실험예 2
상기 실시예 1의 구성으로 흡음재를 제조하되, 니들을 하기 표 3과 같은 작업조건에서 니들펀칭을 수행하여 물성 특성을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
구분 비교시험예 1 비교시험예 2 비교시험예 3
Needle 18호 24호 32호
작업 RPM 600 600 600
표면 불리 양호 양호
물리적 교략 양호 양호 불리
상기 표 3의 결과에 의하면, 니들펀칭 공정의 작업조건이 니들 24호에서 RPM 600일 때 표면이 양호한 동시에 물리적 교략이 양호하여 각 층별 결합력이 우수함을 확인하였다. 이에 반해 니들이 18호 또는 32호인 경우 제품 성형 시 층별 박리 현상이 발생되거나 트리밍 시 버(Burr)가 발생하는 문제가 있음을 확인하였다.
실험예 3
상기 실시예1~6에서 제조된 자동차 내장재용 흡음재를 이용하여 통상의 방법으로 자동차 휠가드를 각각 제조하였다. 제조된 자동차 휠가드는 하기 표 4와 같은 자동차 휠가드 부품성능 평가 시험법을 이용하여 물성을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 5에 나타내었다.
구체적으로 히팅, 포밍, 트리밍 단계를 거쳐 제조하였으며, 히팅단계에서는 열오븐에서 280~290 ℃의 고온에서 65초 동안 히팅시켰다. 그 다음 성형단계에서는 냉간 프레스를 이용하여 10 ℃에서 40 초 동안 휠가드 금형을 이용하여 자동차 휠가드 형상을 제조하였다. 그런 다음 트리밍 단계에서는 30초 동안 트리밍 프레스한 후 제품을 제단 및 피어싱하여 자동차 휠가드를 제조하였다.
항목 시험 조건
내열성 90 ± 2℃ × 50hr
내한성 -40 ± 2℃ × 24hr
내습성 50 ± 2℃ × 95%(습도) ×336hr
내수성 40 ± 2℃(물), 168hr 침지, 표준조건 60분 방치
내유성 엔진오일/경유 등 24hr 침지, 표준조건 60분 방치
내약품성 부동액 등 24hr 침지, 표준조건 60분 방치
내충격성 건식 / 습식 / 열충격
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6
내열성 5 5 5 5 5 5
내한성 5 5 5 5 5 5
내습성 5 5 5 5 5 5
내수성 5 5 5 5 5 5
내유성 5 5 5 5 5 5
내약품성 5 5 5 5 5 5
내충격성 5 5 5 5 5 5
평가 기준: (5:양호 ↔ 1:불량)
상기 표 5의 결과에 의하면, 상기 실시예 1~6에서 내열성, 내한성, 내습성, 등의 물성특성에서 박리, 부풀음, 변형, 균형, 변색 등이 결함이 없음을 확인하였다.
도 4는 상기 실시예 1에서 제조된 흡음재를 이용한 자동차 휠가드를 보여주는 사진이다.
따라서, 상기 실시예 1~6에서 제조된 흡음재는 폐 카페트 및 폐 펠트 스크랩으로부터 분리된 재생섬유에 고융점폴리에스터 및 저융점폴리에스터를 혼합한 재생 부직포를 흡음재에 적용함으로써 상용화된 흡음재와 동등 수준의 물성 특성을 만족하는 것을 확인하였다.
1: 재생 부직포층
2: 제1 부직포층
3: 열가소성 고분자 필름층
4: 제2 부직포층

Claims (17)

  1. 재생섬유 20~60 중량%, 고융점폴리에스터 10~40 중량% 및 저융점폴리에스터 30~50 중량%를 포함하는 재생 부직포층; 및
    상기 재생 부직포층의 제1 면에 형성되며, 고융점폴리에스터 40~80 중량% 및 저융점폴리에스터 20~60 중량%를 포함하는 제1 부직포층 또는 열가소성 고분자 필름층;
    을 포함하는 재활용 섬유를 이용한 자동차 내장재용 흡음재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 재생 부직포층의 제2 면에 형성되며, 고융점폴리에스터 30~80 중량% 및 저융점폴리에스터 20~70 중량%를 포함하는 제2부직포층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 섬유를 이용한 자동차 내장재용 흡음재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 재생섬유는 폐 카페트, 폐 펠트 스크랩 또는 이들의 혼합물로부터 분리된 것을 특징으로 하는 재활용 섬유를 이용한 자동차 내장재용 흡음재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 재생섬유는 평균 섬유길이가 10~30 mm인 단섬유인 것을 특징으로 하는 재활용 섬유를 이용한 자동차 내장재용 흡음재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고융점폴리에스터는 융점이 220~280 ℃이고, 상기 저융점폴리에스터는 융점이 80~140 ℃인 것을 특징으로 하는 재활용 섬유를 이용한 자동차 내장재용 흡음재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1부직포층은 두께가 1~15 mm이고, 단위 면적당 중량은 100~300 g/m2인 것을 특징으로 하는 재활용 섬유를 이용한 자동차 내장재용 흡음재.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제2 부직포층은 두께가 1~15 mm이고, 단위 면적당 중량은 100~300 g/m2인 것을 특징으로 하는 재활용 섬유를 이용한 자동차 내장재용 흡음재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 재생 부직포층은 두께가 3~40 mm이고, 단위 면적당 중량은 600~800 g/m2인 것을 특징으로 하는 재활용 섬유를 이용한 자동차 내장재용 흡음재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 고분자 필름층은 폴리에틸렌, 에틸렌 비닐 아세테이트 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 재활용 섬유를 이용한 자동차 내장재용 흡음재.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 고분자 필름층은 두께가 0.05~1 mm이고, 단위 면적당 중량은 60~100 g/m2인 것을 특징으로 하는 재활용 섬유를 이용한 자동차 내장재용 흡음재.
  11. 재생섬유 20~60 중량%, 고융점폴리에스터 10~40 중량% 및 저융점폴리에스터 30~50 중량%를 투입하여 혼합 및 개섬하는 공정;
    상기 혼합 및 개섬된 혼합섬유를 섬유상의 얇은 막 상태인 웹으로 형성시키는 카딩 웹 형성하는공정;
    상기 웹 형성된 혼합섬유를 성형하여 재생 부직포를 제조하는 공정;
    고융점폴리에스터 40~80 중량% 및 저융점폴리에스터 20~60 중량%를 혼합하여 제1 부직포를 제조하는 공정;
    상기 제조된 재생 부직포의 제1 면 상에 상기 제1 부직포 또는 열가소성 고분자 필름을 적층시킨 후 니들펀칭하여 흡음재를 제조하는공정; 및
    상기 니들 펀칭된 흡음재를 열성형 후 압착하는 라미네이팅 및 카렌딩공정;
    을 포함하는 재활용 섬유를 이용한 자동차용 흡음재의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 니들 펀칭하는 공정 이후에 제2 부직포를 추가 투입하여 상기 재생 부직포의 제2 면 상에 적층시키는 공정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 섬유를 이용한 자동차용 흡음재의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 부직포는 고융점폴리에스터 30~80 중량% 및 저융점폴리에스터 20~70 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 섬유를 이용한 자동차용 흡음재의 제조방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 라미네이팅 및 카렌딩 공정에서 열처리 온도는 150~250 ℃인 것을 특징으로 하는 재활용 섬유를 이용한 자동차용 흡음재의 제조방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 라미네이팅 및 카렌딩 공정 이후에 상기 카렌딩된 흡음재를 재단하는 공정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 섬유를 이용한 자동차용 흡음재의 제조방법.
  16. 제1항 내지 제10항 중에서 선택된 어느 한 항의 자동차 내장재용 흡음재를 이용한 자동차 내장재.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 자동차 내장재는 휠가드인 것을 특징으로 하는 자동차 내장재.
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