KR20170122382A - 진공단열재가 적용된 자동차용 헤드라이너 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 천장 내장을 구성하는 헤드라이너에 진공단열재를 적용함으로써 냉·난방 에너지 손실을 최소화할 수 있도록 한 진공단열재가 적용된 자동차용 헤드라이너 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명에 따른 자동차용 헤드라이너는, 기재층(110); 상기 기재층(110)의 상부에 적층되는 핫멜트층(120); 및 상기 핫멜트층(120)의 상부에 적층되는 진공단열재층(130);을 포함한다.

Description

진공단열재가 적용된 자동차용 헤드라이너 및 이의 제조방법{A headliner for automobile having a vacuum insulation panel and manufacturing method thereof}

본 발명은 자동차용 헤드라이너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기자동차의 천장 내장을 구성하는 헤드라이너에 진공단열재를 적용함으로써 냉·난방 에너지 손실을 최소화할 수 있는 진공단열재가 적용된 자동차용 헤드라이너 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기 자동차는 엔진과 같은 별도의 열원이 없어 냉·난방에 필요한 모든 에너지를 배터리를 통해 공급받는다.

이 경우 냉·난방에 사용된 전기에너지만큼 주행가능거리가 급속히 저하된다. 구체적으로 동절기 난방 주행 시 1회 충전으로 주행 가능한 거리가 30% 이상 감소하며, 외기 온도가 낮을수록 주행가능거리가 감소하게 된다.

이처럼 전기 자동차의 주행거리가 감소하는 것을 최소화하기 위해서는 차량의 천장을 통해 유입되는 열에너지와 차량 내 냉·난방에 소요되는 에너지 손실을 줄여야 한다. 즉 자동차의 천장 내장으로 사용되는 헤드라이너(Headliner)의 단열성능을 향상시킬 필요가 있다.

이와 관련하여 종래 대한민국 등록특허 제10-0882718호(발명의 명칭: 자동차 내장용 천장재 기재)로 선 출원된 바 있다.

그러나 종래의 천장재를 포함한 내장재들은 대부분 주행 연비 개선을 위해서 단열성능보다는 경량화에 초점을 맞추고 있다.

구체적으로, 종래에는 차량 내부의 천장재로 섬유구조의 단열 패드와 알루미늄 증착 필름이 결합된 단열구조의 헤드라이너를 적용하였으나, 그 단열면적이 좁게 형성된 경우가 대부분이다. 다시 말해 차량에 대한 국부적인 단열성능을 확보하는 수준에 머물 수밖에 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 천장 내장을 구성하는 헤드라이너에 진공단열재를 적용함으로써 냉·난방 에너지 손실을 최소화할 수 있도록 한 진공단열재가 적용된 자동차용 헤드라이너 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 자동차용 헤드라이너는, 기재층; 상기 기재층의 상부에 적층되는 핫멜트층; 및 상기 핫멜트층의 상부에 적층되는 진공단열재층;을 포함한다.

본 발명에 따른 자동차용 헤드라이너 제조방법은, 상기 기재층을 핫 프레스 공정을 통해 소정 형상으로 포밍하는 단계; 상기 포밍된 기재층의 테두리를 컷팅하는 단계; 상기 기재층의 상부에 핫멜트층을 매개로 진공단열재층을 라미네이팅하는 단계; 및 상기 진공단열재층이 적층된 기재층을 핫 프레스 공정을 통해 포밍한 후 마무리하는 단계;를 포함한다.

이상과 같은 구성에 따른 본 발명은, 진공단열재의 심재를 구성하는 유리섬유가 수평으로 배열됨에 따라 열전도율의 개선 효과가 커지게 되며, 이러한 진공단열재를 헤드라이너에 적용함으로써 차량의 냉·난방 에너지 손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 진공단열재가 적용된 자동차용 헤드라이너의 적층구조를 보여주는 측단면도,
도 2는 본 발명에 따른 헤드라이너 기재층의 적층구조를 보여주는 측단면도,
도 3은 본 발명에 따른 진공단열재의 적층구조를 보여주는 측단면도,
도 4는 도 3의 'A'부분 상세도,
도 5는 본 발명에 따른 진공단열재가 적용된 자동차용 헤드라이너의 제조과정을 보여주는 공정도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 진공단열재가 적용된 자동차용 헤드라이너의 적층구조를 보여주는 측단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 헤드라이너 기재층의 적층구조를 보여주는 측단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 진공단열재의 적층구조를 보여주는 측단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자동차용 헤드라이너(100)는, 기재층(110)과, 기재층(110)의 상부에 적층되는 핫멜트층(120)과, 핫멜트층(120)의 상부에 적층되는 진공단열재층(130)을 포함한다.

이러한 본 발명의 구성에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 기재층(110)은 헤드라이너의 주된 몸체를 구성하는 것으로, 복수의 층이 적층되어 구성될 수 있다.

도 2를 참조하면, 기재층(110)은 제1부직포층(111)과, 제1부직포층(111)의 상부에 적층되는 제1보강층(113)과, 제1보강층(113)의 상부에 적층되는 폴리우레탄층(115)과, 폴리우레탄층(115)의 상부에 적층되는 제2보강층(117)과. 제2보강층(117)의 상부에 적층되는 제2부직포층(119)을 포함할 수 있다.

이 경우 상기 제1보강층(113)과 제2보강층(117)은 다양한 합성수지 재질로 이루어질 수 있다. 그리고 폴리우레탄층(115)은 두 겹 이상으로 적층될 수 있다.

이러한 적층구조의 기재층(110)은 핫 프레스를 이용한 포밍공정을 통해 소정 형상으로 압착 성형될 수 있다.

진공단열재층(130)은 기재층(110)의 상부에 핫멜트층(120)을 매개로 적층되는 것으로, 라미네이팅 공정을 통해 일체로 성형될 수 있다.

도 3을 참조하면, 진공단열재층(130)은 유리섬유가 수평 배열된 박막의 유리섬유보드(131a)를 한 층 또는 다층으로 적층시켜 이루어지는 심재(131)와, 심재(131)를 진공 포장해주는 외피재(133)를 포함할 수 있다.

이 경우 상기 심재(131)는 유리섬유를 소정의 길이로 형성하되, 상기 유리섬유를 수평으로 배열한 후 유리섬유보드(131a) 형태로 성형하게 된다.

이 경우 상기 유리섬유는 평균 직경이 1 ~ 6㎛으로 형성될 수 있다. 즉 유리섬유의 직경이 1㎛ 미만으로 형성될 경우 습식제조법으로 형성되는 심재(131)의 기공율이 너무 작아져 단열성능이 저하된다. 이에 반해 유리섬유의 평균 직경이 6㎛를 초과할 경우에는 기공 크기가 커지기 때문에 장기 내구성이 저하될 수 있는 우려가 있다.

아울러 상기 유리섬유의 길이는 적어도 500㎛ 이상, 바람직하게는 1000 ~ 1500㎛의 장섬유로 형성될 수 있다. 즉 유리섬유를 1000 ~ 1500㎛ 이내의 길이로 형성하는 경우 유리섬유의 수평 배열이 최적화됨에 따라 열전도율의 개선 효과가 커지게 되며, 이에 따라 진공단열재의 단열성능을 향상시킬 수 있게 된다.

다시 말해, 유리섬유를 1000㎛ 이하의 길이로 형성하는 경우에는 심재를 구성하는 유리섬유가 난배열됨에 따라 초기단열성능이 저하되는 문제가 발생하게 된다. 반대로 유리섬유를 1500㎛ 이상의 길이로 형성하는 경우에는 유리섬유의 강도저하로 성형 공정을 진행하는데 어려움이 따르게 된다.

또한 유리섬유는 장기 내구성을 증진시킬 수 있도록 화염법 유리섬유, 원심법 유리섬유, 연속필라멘트 장섬유, 흄드 실리카 파우더, 실리카 파우더, 펄라이트 파우더, 에어로젤 파우더 중 하나 이상을 선택적으로 포함하여 이루어질 수 있다.

이와 같은 상기 유리섬유는, 습식 제조 공법(Mesh Belt), 열압착법, 무기 바인더 접착법, 니들링(Needling) 가공법 중 어느 하나에 의해 심재(131)로 제조될 수 있다.

이 경우 상기 유리섬유보드(131a)는 적어도 한 장 이상이 적층되어 심재(131)를 구성할 수 있다. 바람직하게는 상기 복수의 유리섬유보드(131a)는 니들링 또는 열압착으로 적층될 수 있다.

한편, 상기 외피재(133)는 심재(131)를 진공 포장해주는 역할을 한다. 바람직하게는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 외피재(133)는 내측에서 외측으로 접착층(133a), 금속배리어층(133b), 표면보호층(133c)의 적층구조를 가질 수 있다.

구체적으로, 접착층(133a)은 히트 실링에 의해 열융착되는 측으로, 진공 상태를 유지시켜준다. 이러한 접착층(133a)은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 미연신 폴리프로필렌(CPP), 연신 폴리프로필렌(OPP), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리염화비닐(PVC), 에틸렌-아세트산비닐공중합체(EVA) 및 에틸렌-비닐알코올 공중합체(EVOH) 중 선택된 하나 이상을 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 접착층(133a)은 충분한 실링 특성을 제공할 수 있도록 1 ~ 100㎛의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

아울러 접착층(133a)의 상부에는 가스 차단 및 심재(131)를 보호하기 위한 금속배리어층(133b)이 적층된다. 여기서, 바람직하게는 이와 같은 금속배리어층(133b)은 6 ~ 20㎛ 두께의 알루미늄 호일, 증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 재질로 이루어질 수 있다.

또한 금속배리어층(133b)의 상부에는 표면보호층(133c)이 적층된다. 표면보호층(133c)은 금속 재질로 이루어진 금속배리어층(133b)의 접힘 시 크랙 발생을 방지해줄 수 있다. 여기서, 바람직하게는 상기 표면보호층(133c)은 10 ~ 30㎛ 두께의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와, 10 ~ 40㎛ 두께의 나일론(Nylon)이 적층되는 구조로 이루어질 수 있다.

상기와 같은 구조의 진공단열재층(130)은 그 두께가 3㎜ 이하의 초박막으로 형성될 수 있다. 이 경우 상기 진공단열재층(130)이 초박막 구조임에도 심재(131)를 구성하는 유리섬유가 수평으로 배열됨에 따라 열전도율의 개선 효과가 커지게 되며, 이에 따라 진공단열재층(130)의 단열성능을 향상시킬 수 있다.

이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 진공단열재가 적용된 자동차용 헤드라이너(100)의 제조과정에 대하여 설명해보기로 한다.

먼저, 복수의 적층구조로 이루어진 기재층(110)을 핫 프레스 공정을 통해 소정 형상으로 포밍한다(S1).

포밍된 기재층(110)의 테두리에 돌출된 불필요한 부위를 컷팅한다(S3).

그리고 기재층(110)의 상부에 핫멜트층(120)을 매개로 진공단열재층(130)을 라미네이팅한다(S5).

그런 다음, 상기 진공단열재층(130)이 적층된 기재층(110)을 핫 프레스 공정을 통해 포밍한 후 기타 마무리 공정 수행한다(S7).

이상의 과정을 거치게 되면, 본 발명에 따른 진공단열재가 적용된 자동차용 헤드라이너(100)의 제조가 완료된다.

<단열성능 실험 및 평가>

아래의 표에 나타난 바와 같은 조건으로 진공단열재의 단열 성능을 실험해보기로 한다.

먼저, 진공단열재의 심재를 구성하는 유리섬유의 평균 직경, 그리고 유리섬유의 배열방식이 서로 다른 [표 1] 과 같은 두 가지 경우의 유리섬유보드를 각각 제조한 후, 이를 전체 두께가 서로 다르게 적층 형성한다.

그런 다음, 상기 각각의 진공단열재 동일한 온도의 환경에서 소정시간 동안 열을 가해주면서 이때의 열전도율을 확인한 결과 아래와 같은 결과를 얻을 수 있었다.

	기존의 진공단열재	본 발명의 진공단열재
전체 두께(㎜)	5 ~ 25	3
유리섬유 평균직경(㎛)	3 ~ 6	1 ~ 6
유리섬유 평균길이(㎛)	700 ~ 900	1000 ~ 2000
유리섬유 배열방식	수직, 수평 난배열	수평배열
열전도율(W/mK)	0.0041	0.0030

실험 결과, 기존 방식으로 제조한 진공단열재의 경우 열전도율이 0.0041W/mK 인데 반해, 본 발명에 따른 방식으로 제조한 진공단열재의 경우 열전도율이 0.0030W/mK으로 측정되었다.

즉 본 발명에 따른 진공단열재를 기존의 진공단열재와 비교하였을 때 단열 성능이 적어도 27% 이상 개선된 것을 확인할 수 있었다.

아울러, 상기와 같은 본 발명에 따른 진공단열재가 구비된 헤드라이너를 적용한 차량의 경우와 진공단열재가 미적용된 차량의 난방 시 실내온도의 변화를 실험한 결과, 헤드라이너에 진공단열재를 적용한 경우가 그렇지 않은 경우에 비해 실내온도가 빠른 속도로 상승(5 ~ 7분에 적어도 0.7℃ 이상의 차이)하였다.

100 : 자동차용 헤드라이너 110 : 기재층
111 : 제1부직포층 113 : 제1보강층
115 : 폴리우레탄층 117 : 제2보강층
119 : 제2부직포층 120 : 핫멜트층
130 : 진공단열재층 131 : 심재
131a : 유리섬유보드 133 : 외피재
133a : 접착층 133b : 금속배리어층
133c : 표면보호층

Claims (8)

1. 기재층(110);
   상기 기재층(110)의 상부에 적층되는 핫멜트층(120); 및
   상기 핫멜트층(120)의 상부에 적층되는 진공단열재층(130);을 포함하는 자동차용 헤드라이너.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 기재층(110)은,
   제1부직포층(111);
   상기 제1부직포층(111)의 상부에 적층되는 제1보강층(113);
   상기 제1보강층(113)의 상부에 적층되는 폴리우레탄층(115);
   상기 폴리우레탄층(115)의 상부에 적층되는 제2보강층(117); 및
   상기 제2보강층(117)의 상부에 적층되는 제2부직포층(119);을 포함하는 자동차용 헤드라이너.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 진공단열재층(130)은,
   유리섬유가 수평 배열된 박막의 유리섬유보드(131a)를 복수로 적층시켜 이루어지는 심재(131); 및
   상기 심재(131)를 진공 포장해주는 외피재(133);를 포함하는 자동차용 헤드라이너.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 유리섬유는,
   길이가 1000 ~ 1500㎛의 장섬유인 것을 특징으로 하는 자동차용 헤드라이너.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 유리섬유는,
   직경이 1 ~ 6㎛인 것을 특징으로 하는 자동차용 헤드라이너.
   
6. 제3항에 있어서,
   상기 유리섬유는,
   화염법 유리섬유, 원심법 유리섬유, 연속필라멘트 장섬유, 흄드 실리카 파우더, 실리카 파우더, 펄라이트 파우더, 에어로젤 파우더 중 하나 이상을 포함하는 자동차용 헤드라이너.
   
7. 제3항에 있어서,
   상기 유리섬유는,
   습식 제조 공법(Mesh belt), 열 압착법, 무기 바인더 접착법, 니들링(Needling) 가공법 중 어느 하나에 의해 성형되는 것을 특징으로 하는 자동차용 헤드라이너.
   
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나에 따른 자동차용 헤드라이너의 제조방법에 있어서,
   상기 기재층(110)을 핫 프레스 공정을 통해 소정 형상으로 포밍하는 단계;
   상기 포밍된 기재층(110)의 테두리를 컷팅하는 단계;
   상기 기재층(110)의 상부에 핫멜트층(120)을 매개로 진공단열재층(130)을 라미네이팅하는 단계; 및
   상기 진공단열재층(130)이 적층된 기재층(110)을 핫 프레스 공정을 통해 포밍한 후 마무리하는 단계;를 포함하는 자동차용 헤드라이너 제조방법.

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