KR20180035565A

KR20180035565A - 샌드위치 패널 및 샌드위치 패널의 제조방법

Info

Publication number: KR20180035565A
Application number: KR1020160125826A
Authority: KR
Inventors: 노상현; 이명; 임지원; 김원
Original assignee: (주)엘지하우시스
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2018-04-06

Abstract

코어층; 상기 코어층의 양면에 각각 배치된 스킨층; 및 상기 코어층에 내재된 보강층을 포함하고, 상기 보강층은 보강재가 상기 코어층의 테두리부에 배치된 구조를 갖고, 상기 코어층은 단일 성분 섬유인 제1 섬유; 및 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유인 제2 섬유를 포함하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

샌드위치 패널 및 샌드위치 패널의 제조방법 {SANDWITCH PANEL AND THE PREPARING METHOD FOR SANDWITCH PANEL}

본 발명은 다양한 기술 분야에 활용될 수 있는 샌드위치 구조를 갖는 패널과 이를 제조하는 구체적인 방법에 관한 것이다.

금속 패널과 동일 유사한 구조 강성을 가지면서도 경량화에 효과적인 샌드위치 패널은 건축용 자재, 자동차, 전자 장치 등 다양한 기술 분야에 사용되고 있다. 일반적으로, 이러한 샌드위치 패널은 두 표면층 사이에 발포 수지, 발사 우드(balsa wood), 허니컴 등의 재질로 이루어진 중간층이 존재하는 구조이고, 이러한 구조를 통하여 동일 두께의 금속 패널보다 경량화 효과 또는 기계적 강성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 대한민국 공개특허공보 제10-2001-0087989호에는 표면재인 알루미늄 판들 사이에 허니컴 구조물을 심재로 포함하여 흡음 판재로 사용되는 샌드위치 구조체가 개시되어 있다.

그러나, 종래의 샌드위치 패널 구조는 기계적 강도 또는 경량화 효과를 향상시키기에 유리할 수 있으나, 일정 크기 이상의 대면적을 갖는 구조로 제조할 때, 자중 처짐 현상을 방지하거나 평탄성을 유지시키기가 어렵고, 연신율 등의 측면에서 후속적인 가공 처리를 통해 다양한 형상으로 제조하기 위한 성형성을 확보하기 어려워 이러한 물성이 필요한 기술 분야에 활용되기 어려운 문제가 있다.

따라서, 우수한 기계적 강도 및 경량화 효과와 함께 우수한 성형성을 나타내고, 일정 크기 이상에서도 자중 처짐 현상을 방지하며 평탄성을 잘 유지하는 샌드위치 패널의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명의 일 구현예는 경량화 효과 및 기계적 강도를 우수하게 확보하면서도, 층간 박리 없이 딥 드로잉(deep drawing) 성형 등을 통해 다양한 형상으로 가공이 가능하고, 일정 면적 이상으로 제조하였을 때 자중 처짐 현상 없이 평탄성을 잘 유지하는 샌드위치 패널을 제공한다.

본 발명의 다른 구현예는 상기 샌드위치 패널을 제조하기 위한 방법으로서, 이를 통해 제조된 샌드위치 패널이 전면적에 걸쳐 물성을 균일하게 구현하며, 전술한 이점을 확보하게 할 수 있는 효율적인 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에서, 코어층; 상기 코어층의 양면에 각각 배치된 스킨층; 및 상기 코어층에 내재된 보강층을 포함하고, 상기 보강층은 보강재가 상기 코어층의 테두리부에 배치된 구조를 갖고, 상기 코어층은 단일 성분 섬유인 제1 섬유; 및 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유인 제2 섬유를 포함하는 샌드위치 패널 제공한다.

본 발명의 다른 구현예에서, 단일 성분 섬유인 제1 섬유; 및 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유인 제2 섬유를 포함하는 코어층용 시트를 제조하는 단계; 상기 코어층용 시트를 적어도 하나 배치하고 상기 코어층용 시트의 최상부 테두리부에 보강재를 배치하여 보강층을 형성하는 단계; 상기 보강층 상부에 상기 코어층용 시트를 적어도 하나 배치하고 가열 및 가압하여 상기 보강층이 내재된 코어층을 제조하는 단계; 및 상기 코어층 양면에 각각 스킨층을 배치하는 단계를 포함하는 샌드위치 패널의 제조방법을 제공한다.

상기 샌드위치 패널은 경량화 효과 및 기계적 강도를 우수하게 확보하면서도, 층간 박리 없이 딥 드로잉(deep drawing) 성형 등을 통해 다양한 형상으로 가공이 가능하고, 일정 면적 이상으로 제조하였을 때 자중 처짐 현상 없이 평탄성을 잘 유지할 수 있다.

또한, 상기 샌드위치 패널의 제조방법은 이를 통해 제조된 샌드위치 패널이 전면적에 걸쳐 물성을 균일하게 구현하며, 전술한 이점을 확보하게 할 수 있는 가장 효율적인 방법이 될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 샌드위치 패널의 투시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 보강재를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 (a)에 도시된 샌드위치 패널의 단면(Z-Z')을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 코어층의 제1 섬유 및 제2 섬유를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 상기 제2 섬유를 길이 방향에 수직한 방향으로 절단한 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 구현예에 따른 샌드위치 패널의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 실험예 1의 측정을 위해 샌드위치 패널을 설치한 도면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 실험예 8의 측정을 위한 형상을 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

또한, 본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 아울러, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 또는 "하부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

본 발명의 일 구현예에서, 코어층; 상기 코어층의 양면에 각각 배치된 스킨층; 및 상기 코어층에 내재된 보강층을 포함하고, 상기 보강층은 보강재가 상기 코어층의 테두리부에 배치된 구조를 갖고, 상기 코어층은 단일 성분 섬유인 제1 섬유; 및 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유인 제2 섬유를 포함하는 샌드위치 패널을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 샌드위치 패널의 투시도를 개략적으로 도시한 것이다.

도 1을 참조할 때, 상기 샌드위치 패널(100)은 코어층(10) 및 상기 코어층의 양면에 각각 배치된 스킨층(20)을 포함하는 샌드위치 구조를 갖는다. 또한, 상기 샌드위치 패널(100)은 상기 코어층(10)에 내재된 보강층(30)을 포함한다.

상기 보강층(30)은 보강재(31)가 상기 코어층(10)의 테두리부에 배치된 구조를 갖는 것으로, 상기 '테두리부'란, 도 1을 참조할 때, 상기 코어층(10)의 층면 상의 가장자리에 소정의 폭을 갖는 영역을 의미한다. 상기 보강재(31)는 상기 코어층(10)의 테두리부 전체에 배치될 수도 있고, 일부에 배치될 수도 있다.

예를 들어, 상기 보강재(31)가 사각형 형상의 코어층(10)의 테두리부의 전부에 배치되는 경우, 상기 코어층(10)의 상부에 액자 형상으로 배치될 수 있다.

또한, 상기 보강재(31)가 사각형 형상의 코어층(10)의 테두리부의 일부에 배치되는 경우, 대향하는 한 쌍의 테두리부에만 보강재가 서로 마주보도록 배치될 수 있다.

도 1의 (a)는 상기 코어층(10)의 테두리부의 일부에 상기 보강재(31)가 배치된 일 구현예를 도시한 것이고, 도 1의 (b)는 상기 코어층(10)의 테두리부의 전부에 상기 보강재(31)가 배치된 일 구현예를 도시한 것이다.

상기 보강재(31)는 상기 코어층(10) 층면의 전체 면적 대비 약 10% 내지 약 80%의 면적비를 갖도록 배치될 수 있고, 예를 들어, 약 10% 내지 약 50%의 면적비를 갖도록 배치될 수 있고, 예를 들어, 약 10% 내지 약 40%의 면적비를 갖도록 배치될 수 있다. 상기 보강재(31)의 배치 면적 비율이 상기 범위를 만족함으로써 상기 보강층(30)이 자중 처짐을 방지하는 기능을 우수하게 수행할 수 있고, 제조 비용 대비 우수한 효과를 구현할 수 있다.

상기 보강재(31)는 매트릭스 수지(A) 및 상기 매트릭스 수지에 함침된 섬유 강화재(B)를 포함하는 섬유 강화 복합재로 이루어진다. 이때, 상기 섬유 강화재(B)는 단일 배향 섬유 또는 직조 섬유를 포함할 수 있다. 상기 '단일 배향 섬유'란 상기 매트릭스 수지에 함침된 섬유 강화재를 이루는 복수의 섬유 가닥들이 소정의 일 방향으로 배향된 섬유를 의미하고, 상기 '직조 섬유'는 상기 매트릭스 수지에 함침된 섬유 강화재를 이루는 복수의 섬유 가닥들이 직조된 형태인 섬유를 의미한다.

상기 코어층(10)의 테두리부에 배치된 보강재(31)는 섬유 강화재로서 단일 배향 섬유를 포함하는 보강재와 직조 섬유를 포함하는 보강재를 각각 단독으로 사용할 수도 있고, 혼합하여 사용할 수도 있다.

도 2의 (a) 및 (b)는 상기 보강재(31)를 개략적으로 도시한 것이며, 구체적으로, 도 2의 (a)는 상기 섬유 강화재(B) 단일 배향 섬유를 포함하는 보강재(31)의 일 구현예를 도시한 것이고, 도 2의 (b)는 상기 섬유 강화재(B)가 직조 섬유를 포함하는 보강재(31)의 일 구현예를 도시한 것이다.

상기 섬유 강화재는 예를 들어, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 나일론 섬유, 천연 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 섬유를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 섬유 강화재는 섬유의 단면의 평균 직경이 약 5㎛ 내지 약 30㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 5㎛ 내지 약 20㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 5㎛ 내지 약 10㎛일 수 있다. 상기 섬유 강화재의 굵기가 상기 범위를 만족함으로써 상기 보강재가 적절한 두께로 제조될 수 있고, 그 결과, 상기 샌드위치 패널 내에서 강도 및 강성의 보완 역할을 충분히 수행할 수 있다.

도 2를 참조할 때, 상기 보강재(31)는 단일 배향 섬유 또는 직조 섬유를 포함하는 상기 섬유 강화재(B)가 층상으로 함침된 구조를 가질 수 있다. 이와 같이, 단일 배향 섬유 또는 직조 섬유가 층상으로 함침된 구조를 가짐으로써 상기 보강층(30)이 내재된 코어층(10)이 층면 수직 방향의 부하에 대해 평탄성을 잘 유지할 수 있고, 상기 샌드위치 패널(100)이 대면적으로 적용되어도 자중 처짐에 대한 우수한 저항성을 나타낼 수 있다.

상기 매트릭스 수지는 상기 섬유 강화재를 바인딩(binding)하고, 상기 보강재의 기본 구조를 이루는 것으로서, 예를 들어, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리염화비닐 수지, 아크릴 수지, 폴리아미드 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에스테르 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있고, 상기 열경화성 수지는 폴리우레탄 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 멜라민 수지, 우레아 수지, 규소 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.

도 3은 도 1의 (a)에 도시된 상기 샌드위치 패널(100)의 단면(Z-Z')을 개략적으로 도시한 것이다. 도 3을 참조할 때, 상기 샌드위치 패널(100)은 상기 코어층(10)에 내재된 보강층(30)을 포함하며, 상기 보강층(30)은 상기 코어층(10)의 두께 방향의 1/3 내지 2/3 사이 지점에 내재될 수 있다. 상기 보강층(30)이 상기 코어층(10)의 전체 두께에 있어서 상기 위치에 내재됨으로써 상기 샌드위치 패널(100)의 자중 처짐 방지 성능을 극대화할 수 있으며, 특히, 대면적으로 제조하였을 경우의 자중 처짐 방지 성능이 우수하게 구현될 수 있다.

상기 샌드위치 패널(100)에 있어서, 상기 코어층(10)은 단일 성분 섬유인 제1 섬유; 및 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유인 제2 섬유를 포함한다. 이와 같이, 상기 코어층(10)은 두 종류의 섬유를 혼합하여 포함함으로써 상기 샌드위치 패널에 굴곡 가공 또는 딥 드로잉(deep drawing) 가공이 수행될 때, 층간 박리 등의 문제없이 우수한 유연성 및 성형성을 나타낼 수 있고, 상기 보강층(30)과 함께 향상된 강도 및 강성을 나타낼 수 있다.

상기 코어층(10) 중의 상기 제1 섬유 대 상기 제2 섬유의 중량비는 약 30:70 내지 약 70:30일 수 있고, 예를 들어, 예를 들어, 약 30:70 내지 약 50:50일 수 있고, 예를 들어, 예를 들어, 약 30:70 내지 약 40:60일 수 있다. 이로써, 상기 스킨층(20)과 상기 코어층(10)의 계면 부착 상태를 유지하면서 굴곡 가공이 우수할 수 있고, 상기 코어층(10)이 기존의 다른 재질의 샌드위치 패널용 심재에 비하여 높은 강도 및 강성을 나타낼 수 있다.

또한, 상기 제1 섬유는 융점이 약 200℃ 내지 약 280℃일 수 있고, 예를 들어, 약 250℃ 내지 약 270℃일 수 있다. 상기 제1 섬유가 상기 범위의 융점을 가짐으로써 상기 샌드위치 패널을 제조하는 과정에서 상기 코어층이 적절한 기공률을 갖는 불규칙한 망목 구로조 제조될 수 있고, 상기 샌드위치 패널이 우수한 성형성 및 강성을 동시에 확보할 수 있다.

상기 제1 섬유는 단일 성분으로 이루어진 섬유로서, 상기 범위의 융점을 갖는 것이면 그 종류가 특별히 제한되지 아니하며, 예를 들어, 폴리에틸렌렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 비닐에스테르, 노볼락 타입 비닐에스테르, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.

상기 제2 섬유는 이성분(bicomponent) 섬유로서 코어부(core part) 및 상기 코어부를 둘러싸는 시스부(sheath part)를 포함한다. 구체적으로, 상기 코어부는 융점이 상대적으로 높은 고융점 수지를 포함하고, 상기 시스부는 융점이 상대적으로 낮은 저융점 수지를 포함한다.

보다 구체적으로, 상기 고융점 수지는 융점이 약 200℃ 내지 약 280℃일 수 있고, 예를 들어, 약 250℃ 내지 약 270℃일 수 있다. 또한, 상기 저융점 수지는 융점이 약 100℃ 이상, 약 200℃ 미만일 수 있고, 예를 들어, 약 160℃ 내지 약 180℃일 수 있다. 이와 같이, 고융점 수지를 포함하는 코어부 및 저융점 수지를 포함하는 시스부로 이루어진 제2 섬유를 사용함으로써 상기 샌드위치 패널의 제조 과정에서 상기 코어층이 적절한 기공률을 갖는 불규칙한 망목 구조로 용이하게 형성될 수 있고, 상기 샌드위치 패널이 우수한 성형성 및 강성을 동시에 나타낼 수 있다.

상기 고융점 수지 및 상기 저융점 수지는 예를 들어, 폴리에틸렌렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 비닐에스테르, 노볼락 타입 비닐에스테르, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.

본 명세서에서, 섬유 성분의 융점은 섬유의 제조 과정, 또는 제조 이후의 후처리 공정 등으로 결정화도를 조절하는 방법에 의해 제어될 수 있고, 동일한 종류 성분이라도 다른 융점을 갖도록 제어될 수 있다.

상기 코어층(10)은 상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유 이외에 별도의 매트릭스 수지(matrix resin), 별도의 바인더(binder) 또는 별도의 접착제를 더 포함하지 않을 수 있다.

일반적으로, 섬유를 이용하여 시트 또는 층을 제조하는 경우, 복수의 섬유 가닥들을 평행 또는 부정 방향으로 배열한 후, 매트릭스 수지, 바인더 또는 접착제를 이용하여 상기 섬유 가닥들을 결착시킴으로써 제조한다. 이 경우, 상기 매트릭스 수지, 바인더 또는 접착제를 상기 섬유에 함침시키거나 분무하여 제조하므로, 상기 섬유 가닥들 사이 사이에 이들이 채워져 기공을 갖는 구조를 형성하기 어렵다.

반면, 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 코어층(10)은 상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유 이외에, 이들을 결착시키기 위한 별도의 매트릭스 수지, 바인더 또는 접착제를 포함하지 않으므로 적절한 기공률을 갖는 불규칙한 망목 구조를 가질 수 있고, 그 결과, 상기 샌드위치 패널이 우수한 성형성 및 가공성을 나타낼 수 있고, 향상된 경량화 효과를 구현할 수 있다.

도 4는 상기 코어층의 제1 섬유 및 제2 섬유를 개략적으로 도시한 것이다. 도 4를 참조할 때, 상기 코어층은 단일 성분 섬유인 제1 섬유(11)와 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유인 제2 섬유(12)를 포함한다.

상기 코어층에 있어서, 상기 제2 섬유(12)의 시스부(14)를 이루는 저융점 수지는 상기 샌드위치 패널을 제조하는 과정에서 일정 온도 조건 하에 유동적으로 변형된다. 이로써, 상기 저융점 수지의 적어도 일부가 용융되어 상기 제1 섬유(11)와 상기 제2 섬유의 코어부(13) 각각의 표면의 일부 또는 전부에 코팅부를 형성하고, 이들을 서로 결착시키는 역할을 한다.

즉, 상기 시스부(14)의 저융점 수지가 유동적으로 변형되는 온도에서 상기 제1 섬유(11)와 상기 제2 섬유의 코어부(13)는 모두 섬유 형상을 유지하고 있으며, 유동성을 갖게 된 상기 시스부(14)의 저융점 수지가 이들을 결착시키는 매개체로 작용하여 상기 샌드위치 패널의 코어층이 적절한 기공률을 갖는 불규칙한 망목 구조로 형성될 수 있다.

도 5는 상기 제2 섬유(12)를 길이 방향에 수직한 방향으로 절단한 단면을 개략적으로 도시한 것이다.

도 5를 참조할 때, 상기 제2 섬유는 시스부의 두께(X) : 코어부의 직경(Y)의 비가 약 1 : 2 내지 약 1 : 5일 수 있다. 즉, 상기 제2 섬유는 코어부(13)의 표면에 상기 코어부의 직경의 약 1/2 내지 1/5의 두께로 시스부(14)가 코팅된 구조를 가질 수 있다. 이러한 구조를 통하여, 상기 제2 섬유가 상기 제1 섬유와 혼합되어 적절한 기공률 범위를 구현할 수 있고, 상기 코어층이 상기 샌드위치 패널의 성형성 향상에 크게 기여할 수 있다.

상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유는 각각 단면의 평균 직경이 약 10㎛ 내지 약 60㎛이고, 평균 길이가 약 3mm 내지 약 60mm일 수 있다. 상기 범위의 평균 직경 및 평균 길이를 유지함으로써 상기 섬유들이 얽혀서 형성된 코어층이 굴곡 가공 및 딥 드로잉 가공을 향상시킬 수 있는 기공률을 확보할 수 있다. 상기 섬유의 단면의 평균 직경은 상기 섬유를 길이 방향에 수직한 방향으로 절단하였을 때, 그 단면의 수평균 직경을 나타낸다.

보다 구체적으로, 상기 제1 섬유의 단면의 평균 직경은, 예를 들어, 약 5㎛ 내지 약 51㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 12㎛ 내지 약 24㎛일 수 있다. 또한, 상기 제1 섬유의 평균 길이는 약 6mm 내지 약 51mm일 수 있고, 예를 들어, 약 40mm 내지 약 60mm일 수 있다.

또한, 상기 제2 섬유의 단면 평균 직경은, 예를 들어, 약 5㎛ 내지 약 20㎛일 수 있다. 상기 제2 섬유의 단면 평균 직경은 이의 코어부 및 시스부를 모두 포괄하는 단면의 평균 직경을 나타낸다. 또한, 상기 제2 폴리에스테르 섬유의 평균 길이는 약 6mm 내지 약 60mm일 수 있고, 예를 들어, 약 40mm 내지 약 60mm일 수 있다.

상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유가 각각 상기 범위의 굵기 및 길이를 가짐으로써 상기 코어층이 적절한 기공률을 구현할 수 있고, 이로써 상기 샌드위치 패널이 우수한 성형성 및 경량성을 나타냄과 동시에 자중 처짐에 대한 저항성을 크게 향상시킬 수 있다.

상기 코어층의 기공률은 약 40부피% 내지 약 80부피%일 수 있고, 예를 들어, 약 50부피% 내지 약 60부피%일 수 있다. 상기 코어층의 기공률을 상기 제1 섬유 및 제2 섬유의 함량, 굵기 및 길이와 제조 공정 조건 등을 적절하게 제어하여 구현할 수 있고, 상기 코어층의 기공률을 상기 범위로 확보함으로써 상기 샌드위치 패널이 성형성 향상에 크게 기여함과 동시에 경량화 효과를 우수하게 구현할 수 있다.

또한, 상기 코어층은 약 0.1㎜ 내지 약 5㎜의 두께에서 평량이 약 100g/㎡ 내지 3000g/㎡일 수 있다. 상기 '평량'은 상기 코어층의 1㎡ 단위 면적 당 중량(g)을 나타낸 것으로, 상기 코어층이 상기 범위의 평량을 가짐으로써 경량성 및 강도를 모두 우수하게 구현할 수 있다.

또한, 상기 샌드위치 패널에 있어서, 상기 코어층의 두께는 약 0.1mm 내지 약 5mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.2mm 내지 약 2.2mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.2mm 내지 약 1.0mm일 수 있다. 상기 코어층의 두께가 상기 범위를 만족함으로써 기존의 샌드위치 패널에 비해 얇은 두께를 구현하면서 우수한 강도 및 경량성을 동시에 확보할 수 있고, 상기 보강층을 그 내부에 내재시키기 용이할 수 있다.

또한, 상기 샌드위치 패널에 있어서, 상기 코어층의 밀도는 약 0.5g/cm³ 내지 약 1.2g/cm³일 수 있고, 예를 들어, 약 0.5g/cm³ 내지 약 1.0g/cm³일 수 있고, 예를 들어, 약 0.6g/cm³ 내지 약 0.7g/cm³일 수 있다. 상기 범위의 밀도를 갖는 코어층은 상기 샌드위치 패널의 경량화 효과 향상에 크게 기여할 수 있으며, 이와 동시에 전술한 범위의 평량 및 기공률을 확보하여 향상된 내구성 및 성형성을 구현할 수 있다.

상기 코어층의 기공률, 평량 및 밀도는 상기 보강층을 제외한 코어층만의 물성 값을 나타내며, 상기 코어층의 두께는 상기 보강층이 내재된 코어층 전체의 두께를 나타내는 것이다.

도 1을 참조할 때, 상기 샌드위치 패널(100)은 상기 코어층(10)의 양면에 각각 배치된 스킨층(20)을 포함하며, 이때, 도 1은 상기 스킨층(20)이 상기 코어층(10)의 양면에 각각 바로 맞닿아 있는 경우를 일 예시로서 도시한 것이다.

도 6은 본 발명의 다른 구현예에 따른 샌드위치 패널(200)의 단면을 개략적으로 도시한 것이다. 도 6을 참조할 때, 상기 샌드위치 패널(200)은 상기 코어층(10) 및 상기 코어층(10)의 양면에 각각 배치된 스킨층(20)을 포함하며, 상기 코어층(10) 및 상기 스킨층(20)의 사이에 접착층(40)을 더 포함할 수 있다.

상기 접착층(40)은 접착제를 포함하며, 상기 접착제는 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제, 에폭시계 접착제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.

일 구현예에서, 상기 접착층(40)은 에폭시계 접착제를 포함할 수 있고, 보다 구체적으로, 탄성형 에폭시(elastic epoxy) 접착제를 포함할 수 있다. 이 경우, 다른 계열의 접착제에 비하여 상기 코어층과 스킨층 사이에 높은 접착 강도를 구현함과 동시에, 상기 접착제의 탄성에 기인하여 상기 샌드위치 패널의 성형성을 우수하게 구현한다는 점에서 유리할 수 있다.

상기 샌드위치 패널(200)이 상기 코어층(10) 및 상기 스킨층(20) 사이에 접착층(40)을 더 포함하는 경우, 상기 접착층(40)은 약 10㎛ 내지 약 50㎛의 두께로 형성될 수 있다.

상기 코어층(10)은 전술한 바와 같이, 소정의 기공률을 갖는 불규칙한 망목 구조를 가지므로 그 내부로 상기 접착층(40)의 접착제 성분이 흘러 들어갈 수 있다. 이 경우, 상기 접착제 성분은 상기 코어층(10)의 성분과 화학적 또는 물리적으로 결합하여 상기 코어층(10)과 상기 스킨층(20) 사이의 부착력을 향상시킬 수 있다. 다만, 상기 접착제 성분이 과량으로 흘러 들어갈 경우, 섬유들 사이 사이에 상기 접착제 성분이 채워져 오히려 상기 코어층의 불규칙한 망목 구조를 손상시킬 우려가 있다.

따라서, 상기 접착층(40)을 약 10㎛ 내지 약 50㎛의 두께로 형성함으로써 상기 코어층(10)이 전술한 범위의 기공률을 유지하면서, 상기 코어층(10) 및 상기 스킨층(20) 사이의 부착성을 높이는 이점을 동시에 확보할 수 있다.

또한, 상기 코어층(10)의 제1 섬유(11) 및 제2 섬유(12)가 전술한 중량비 범위를 만족하면서 상기 접착층(40)이 전술한 두께로 형성되는 경우, 상기 코어층의 불규칙한 망목 구조를 유지하기에 보다 유리할 수 있다.

상기 샌드위치 패널(100, 200)에 있어서, 상기 스킨층(20)은 철, 스테인레스강(SUS), 아연도금강판(EGI), 알루미늄, 마그네슘, 구리 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 상기 스킨층은 상기 샌드위치 패널의 최외각 층에 해당하는 것으로서, 상기 샌드위치 패널을 가공 및 성형할 때, 직접적으로 성형 및 가공이 수행되는 대상 면이 되며, 상기 샌드위치 패널을 구체적인 용도로 적용하였을 때, 외부에 접하는 층이다.

상기 스킨층(20)이 전술한 재질로 이루어짐으로써 상기 코어층(10)과 층간 박리 없이 높은 변형도로 굴곡 가공 또는 딥 드로잉 가공이 가능할 수 있고, 상기 샌드위치 패널이 구체적인 용도로 적용된 후에 우수한 내구성을 구현할 수 있다.

상기 스킨층(20)의 두께는 약 0.05mm 내지 약 0.5mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.3mm 내지 약 0.5mm일 수 있다. 상기 두께 범위를 통하여, 상기 스킨층은 적절한 강도로 원하는 형상의 가공이 용이하며, 상기 샌드위치 패널이 전체적으로 얇은 두께를 가지면서도 우수한 강도를 나타내는 이점을 구현할 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에서, 샌드위치 패널의 제조방법을 제공한다. 구체적으로, 상기 샌드위치 패널의 제조방법은 단일 성분 섬유인 제1 섬유; 및 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유인 제2 섬유를 포함하는 코어층용 시트를 제조하는 단계; 상기 코어층용 시트를 적어도 하나 배치하고 상기 코어층용 시트의 최상부 테두리부에 보강재를 배치하여 보강층을 형성하는 단계; 상기 보강층 상부에 상기 코어층용 시트를 적어도 하나 배치하고 가열 및 가압하여 상기 보강층이 내재된 코어층을 제조하는 단계; 및 상기 코어층 양면에 각각 스킨층을 배치하는 단계를 포함한다.

상기 샌드위치 패널의 제조방법을 통하여 전술한 바에 따른 샌드위치 패널을 제조할 수 있다.

상기 제조방법에 있어서, 상기 코어층용 시트를 제조하는 단계는 구체적으로, 상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유를 물리적으로 혼합하는 단계; 및 혼합된 상기 제1 섬유 및 상기 제1 섬유를 습식 또는 건식 제조 공정으로 가공하여 코어층용 시트를 제조하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유에 관한 사항은 전술한 바와 같다.

상기 코어층용 시트를 제조함에 있어서, 상기 제1 섬유 및 상기 제1 섬유가 전술한 범위의 평균 직경 및 평균 길이를 만족함으로써 상호 고르게 혼합되는 이점이 있다.

상기 샌드위치 패널의 제조방법은 상기 코어층용 시트를 적어도 하나 배치하고, 상기 코어층용 시트의 최상부 테두리부에 보강재를 배치하여 보강층을 형성할 수 있다.

이때, 상기 보강재는 전술한 바와 같이, 매트릭스(matrix resin)수지 및 상기 매트릭스 수지에 함침된 섬유 강화재를 포함하고, 상기 섬유 강화재는 단일 배향 섬유 또는 직조 섬유를 포함할 수 있다.

또한, 상기 보강재는 상기 코어층용 시트의 최상부의 테두리부 전부 또는 일부에 배치될 수 있다.

상기 샌드위치 패널의 제조방법은 상기 보강재를 배치하여 형성된 보강층의 상부에 상기 코어층용 시트를 적어도 하나 배치하고 가열 및 가압하여 상기 보강층이 내재된 코어층을 제조하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 보강층을 기준으로 양 측에 배치되는 적어도 하나의 코어층용 시트는, 최종 제조된 코어층의 내부에 상기 보강층이 내재될 때 상기 코어층의 전체 두께 방향의 1/3 내지 2/3 사이 지점에 내재되도록 그 수가 조절될 수 있다.

또한, 상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유를 포함하는 코어층용 시트에 있어서, 상기 제2 섬유는 코어부(core part) 및 상기 코어부를 둘러싸는 시스부(sheath part)를 포함하고, 상기 코어부는 융점이 약 200℃ 내지 약 280℃인 고융점 수지를 포함하며, 상기 시스부는 융점이 약 100℃ 이상, 약 200℃ 미만인 저융점 수지를 포함한다.

이때, 상기 가열 및 가압하는 단계에서, 상기 시스부의 저융점 수지가 용융되어, 상기 제1 섬유와 상기 고융점 수지를 포함하는 코어부 각각의 표면의 일부 또는 전부에 코팅부를 형성하여 이들을 서로 결착시킴으로써 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성할 수 있다.

상기 가열 및 가압하는 단계에서, 가열 온도는 상기 시스부의 융점보다 높은 온도이면서, 상기 코어부 및 상기 제1 섬유의 융점보다 낮은 온도이다. 또한, 가압 압력은 약 0.4Mpa 내지 약 1.0MPa일 수 있다. 이로써, 상기 코어층이 적절한 두께를 가지면서 동시에 불규칙한 망목 구조를 갖도록 제조될 수 있다.

이와 같이 제조된 코어층의 기공률, 밀도, 평량는 전술한 바와 같다.

상기 샌드위치 패널의 제조방법은 상기 코어층의 양면에 각각 스킨층을 배치하는 단계를 포함한다. 상기 스킨층이 배치되는 순서는 제한되지 아니하며, 예를 들어, 상기 스킨층을 하나 배치하고, 그 상부에 상기 코어층용 시트를 적어도 하나 배치한 후 전술한 방법으로 상기 보강층이 내재된 코어층을 제조한 이후에, 상기 코어층의 상부에 다른 하나의 스킨층을 배치할 수 있다. 또 다른 구현예에서는, 상기 보강층이 내재된 코어층을 제조한 이후에 그 양 측에 상기 스킨층을 각각 배치할 수도 있다.

상기 스킨층의 재질 및 두께 등에 관한 사항은 전술한 바와 같다.

상기 샌드위치 패널의 제조방법은 상기 코어층의 양면에 스킨층를 배치하기 전에, 상기 코어층의 양면에 접착제를 도포하여 접착층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 접착제는 예를 들어, 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제, 에폭시계 접착제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 접착제는 에폭시계 접착제를 포함하며, 보다 구체적으로 탄성형 에폭시계 접착제를 포함할 수 있다. 이 경우, 다른 계열의 접착제에 비하여 상기 심재와 표면재 사이에 높은 접착 강도를 구현함과 동시에, 상기 샌드위치 패널의 성형성을 우수하게 구현한다는 점에서 유리할 수 있다.

또한, 상기 접착제는 약 10㎛ 내지 약 50㎛의 두께로 도포될 수 있다. 이와 같은 두께로 도포됨으로써, 상기 접착제 성분이 상기 심재의 소정의 기공률을 갖는 불규칙한 망목 구조 내부로 적정량 흘러 들어가 상기 심재의 구성 성분과 화학적 또는 물리적으로 결합하여 상기 스킨층과 코어층 사이의 기계적 결합을 향상시킬 수 있고, 이와 동시에, 상기 코어층이 적정 기공률의 불규칙한 망목 구조를 유지할 수 있어, 결과적으로 우수한 성형성 및 경량성을 동시에 확보할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.

< 실시예 및 비교예 >

실시예 1

제1 섬유로서 단면 평균 직경이 12㎛이며, 평균 길이가 51mm이고, 융점이 250℃ 내지 270℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단일 성분 섬유를 마련하였다. 또한, 제2 섬유로서 단면 평균 직경이 20㎛이며, 평균 길이가 51mm이고, 융점이 250℃ 내지 270℃인 고융점의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하는 코어부와 융점이 160℃ 내지 180℃인 저융점의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하는 포함하는 시스-코어형 이성분 섬유를 마련하였다. . 이때, 상기 코어부의 직경은 12㎛이고, 상기 시스부의 두께는 4㎛이다. 상기 제1 폴리에스테르 섬유 대 상기 제2 폴리에스테르 섬유를 40 : 60의 중량비로 혼합하였다.

상기 혼합된 제1 섬유 및 제2 섬유를 pH가 2로 조절된 수용액 내에서 1시간 동안 교반하였고, 이후 교반 과정을 거친 수용액 슬러리를 헤드 박스 내에서 진공 흡입 장치를 통해 웹으로 제조하는 습식 초지 공정을 수행하였다. 이어서, 오븐 드라이어로 수분을 완전히 건조시켜 두께가 0.8mm이고, 기공률이 50%이고, 평량이 130g/㎡이며, 밀도가 0.6g/㎤인 코어층용 시트를 제조하였다.

상기 두께를 갖는 코어층용 시트를 2장 배치하고, 상기 코어층용 시트의 최상부의 4개의 테두리부 중에서 길이가 상대적으로 더 긴 한 쌍의 대향하는 테두리부에 보강재를 배치하였다. 상기 보강재는 폴리프로필렌(PP) 매트릭스 수지에 직조 유리 섬유가 함침된 섬유 강화 복합재를 50mm의 폭을 갖는 띠 형상으로 커팅(cutting)하여 제조하였고, 상기 코어층용 시트 층면의 전면적 대비 20%의 면적비를 갖도록 배치되었다.

이어서, 상기 보강재의 상부에 상기 두께를 갖는 코어층용 시트를 2장 더 배치하고 100℃의 온도에서 0.7MPa의 압력으로 가열 및 가압하여 보강층이 내재된 코어층을 제조하였다.

상기 보강층이 내재된 코어층의 양면에 탄성형 에폭시계 접착제를 30㎛ 두께로 도포하고, 아연 도금 강판 스킨층을 배치하여 부착시킴으로써 샌드위치 패널을 제조하였다.

실시예 2

상기 실시예 1에 있어서, 상기 코어층용 시트의 최상부의 4개의 테두리부 모두에 상기 보강재가 배치되어, 상기 상기 코어층용 시트 층면의 전면적 대비 50%의 면적비를 갖도록 배치된 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 샌드위치 패널을 제조하였다.

비교예 1

상기 실시예 1에 있어서, 상기 보강층이 내재된 코어층 대신에, 폴리에틸렌 매트릭스(matrix) 수지에 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)을 충전재로 포함하며, 기공률이 0부피%이고, 밀도가 약 1.55g/㎤인 복합재를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 샌드위치 패널을 제조하였다.

비교예 2

상기 실시예 1에 있어서, 상기 보강층이 내재된 코어층 대신에 보강층이 없는 코어층을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 샌드위치 패널을 제조하였다.

비교예 3

상기 실시예 1에 있어서, 상기 보강층이 내재된 코어층 대신에, 폴리프로필렌(PP) 매트릭스 수지에 직조 유리 섬유가 함침된 섬유 강화 복합재이고, 기공률이 0부피%이고, 밀도가 1.7g/㎤인 복합재를 코어층으로 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 샌드위치 패널을 제조하였다.

<평가>

실험예 1: 자중 처짐 방지 성능의 평가

상기 실시예 1-2및 비교예 1-3에서 제조된 샌드위치 패널 각각을 1000mm×1000mm(가로×세로)의 크기로 재단하여 저울을 이용해 평량을 측정하였다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 1000mm×1000mm(가로×세로) 크기의 상기 샌드위치 패널 각각을 직경이 34㎜인 지그(jig)를 양쪽에 설치하여 자중 처짐량(d)을 측정하였다.

실험예 2: 성형성의 평가

상기 실시예 1-2 및 비교예 1-3에서 제조된 샌드위치 패널 각각에 대하여, 측면의 단면이 도 8에 도시된 형상으로 가공되도록 딥드로잉 가공을 수행하였다. 그 결과는 하기 표 1에 기재된 바와 같다.

구분	성형성	자중 처짐 성능 평가				굴곡 강도 [MPa]	굴곡 강성 [GPa]
구분	성형성	샌드위치 패널 총 두께 [mm]	스킨층 두께 [mm]	평량 [kg/m²]	자중 처짐량 [mm]	굴곡 강도 [MPa]	굴곡 강성 [GPa]
실시예 1	가능	1.0	0.4	6.0	42.3	520	230.5
실시예 2	가능	1.0	0.4	6.0	42.4	600	231.2
비교예 1	불가능	1.0	0.4	6.2	45.3	420	223
비교예 2	가능	1.0	0.4	6.0	42.6	461.4	228
비교예 3	불가능	1.0	0.4	6.2	43.8	747.8	231.8

상기 표 1의 결과를 참조할 때, 상기 실시예 1-2의 샌드위치 패널의 경우 상기 비교예 1-3의 샌드위치 패널에 비하여 자중 처짐량이 적으며, 굴곡 강도 및 굴곡 강성이 일정 이상의 수준을 구현하면서도 우수한 성형성을 나타냄을 확인할 수 있다.

100, 200: 샌드위치 패널
10: 코어층
11: 제1 섬유
12: 제2 섬유
13: 코어부
14: 시스부
20: 스킨층
30: 보강층
31: 보강재
40: 접착층
A: 매트릭스 수지
B: 섬유 강화재
X: 시스부의 두께
Y: 코어부의 직경
d: 자중 처짐량

Claims

코어층;
상기 코어층의 양면에 각각 배치된 스킨층; 및
상기 코어층에 내재된 보강층을 포함하고,
상기 보강층은 보강재가 상기 코어층의 테두리부에 배치된 구조를 갖고,
상기 코어층은 단일 성분 섬유인 제1 섬유; 및 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유인 제2 섬유를 포함하는 샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 보강재는 상기 코어층 층면의 전체 면적 대비 10% 내지 80%의 면적비를 갖도록 배치된
샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 보강재는 매트릭스 수지(matrix resin) 및 상기 매트릭스 수지에 함침된 섬유 강화재를 포함하고, 상기 섬유 강화재는 단일 배향 섬유 또는 직조 섬유를 포함하는
샌드위치 패널.
제3항에 있어서,
상기 섬유 강화재는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 나일론 섬유, 천연 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 섬유를 포함하는
샌드위치 패널.
제3항에 있어서,
상기 매트릭스 수지는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 포함하는
샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 보강층은 상기 코어층의 두께 방향의 1/3 내지 2/3 사이 지점에 내재된
샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 코어층은 별도의 매트릭스 수지, 별도의 바인더(binder) 또는 별도의 접착제를 더 포함하지 않는
샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 코어층은 상기 제1 섬유 : 상기 제2 섬유를 30 : 70 내지 70 : 30의 중량비로 포함하는
샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 제2 섬유는 코어부(core part) 및 상기 코어부를 둘러싸는 시스부(sheath part)를 포함하고,
상기 코어부는 융점이 200℃ 내지 280℃인 고융점 수지를 포함하고,
상기 시스부는 융점이 100℃ 이상, 200℃ 미만인 저융점 수지를 포함하는
샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 제1 섬유는 융점이 200℃ 내지 280℃인
샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 코어층은 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조인
샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 코어층은 기공률이 40부피% 내지 80부피%인
샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 스킨층은 철, 스테인레스강(SUS), 아연도금강판(EGI), 알루미늄, 마그네슘, 구리 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
샌드위치 패널.
단일 성분 섬유인 제1 섬유; 및 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유인 제2 섬유를 포함하는 코어층용 시트를 제조하는 단계;
상기 코어층용 시트를 적어도 하나 배치하고 상기 코어층용 시트의 최상부 테두리부에 보강재를 배치하여 보강층을 형성하는 단계;
상기 보강층 상부에 상기 코어층용 시트를 적어도 하나 배치하고 가열 및 가압하여 상기 보강층이 내재된 코어층을 제조하는 단계; 및
상기 코어층 양면에 각각 스킨층을 배치하는 단계를 포함하는
샌드위치 패널의 제조방법.
제14항에 있어서,
상기 보강재는 매트릭스(matrix resin)수지 및 상기 매트릭스 수지에 함침된 섬유 강화재를 포함하고, 상기 섬유 강화재는 단일 배향 섬유 또는 직조 섬유를 포함하는
샌드위치 패널의 제조방법.
제14항에 있어서,
상기 제2 섬유는 코어부(core part) 및 상기 코어부를 둘러싸는 시스부(sheath part)를 포함하고,
상기 코어부는 융점이 200℃ 내지 280℃인 고융점 수지를 포함하며,
상기 시스부는 융점이 100℃ 이상, 200℃미만인 저융점 수지를 포함하고,
상기 가열 및 가압하는 단계에서, 상기 시스부의 저융점 수지가 용융되어, 상기 제1 섬유와 상기 고융점 수지를 포함하는 코어부 각각의 표면의 일부 또는 전부에 코팅부를 형성하여 이들을 서로 결착시킴으로써 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성하는
샌드위치 패널의 제조방법.