KR20180082687A - 차량 내외장재용 열 가소성 소재, 그 제조방법 및 이를 이용한 차량용 내외장재 성형품 - Google Patents

차량 내외장재용 열 가소성 소재, 그 제조방법 및 이를 이용한 차량용 내외장재 성형품 Download PDF

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Abstract

동절기에도 강도가 우수할 뿐만 아니라, 흡음성 및 내열성이 우수한 차량 내외장재용 열 가소성 소재, 그 제조방법 및 이를 이용한 차량용 내외장재 성형품이 개시된다. 상기 차량 내외장재용 열 가소성 소재의 제조방법은 50 mm 이상의 길이를 가지고, 유리 섬유, 탄소 섬유, 현무암 섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 섬유를 랜덤배열하여, 섬유 시트 또는 웹을 형성하는 단계; 상기 섬유 시트 또는 웹의 일면 또는 양면에 폴리에틸렌 분말을 도포하는 단계; 상기 분말이 도포된 섬유 시트 또는 웹을 가열 및 압착하여 섬유 강화 매트를 형성하는 단계; 및 폴리프로필렌 기재의 일면 또는 양면에 상기 섬유 강화 매트를 합지시키는 단계를 포함한다.

Description

차량 내외장재용 열 가소성 소재, 그 제조방법 및 이를 이용한 차량용 내외장재 성형품{Thermoplastic meterial for vehicle interior or exterior, method for preparing the same and article for vehicle interior or exterior using the same}
본 발명은 차량 내외장재용 열 가소성 소재, 그 제조방법 및 이를 이용한 차량용 내외장재 성형품에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동절기에도 강도가 우수할 뿐만 아니라, 흡음성 및 내열성이 우수한 차량 내외장재용 열 가소성 소재, 그 제조방법 및 이를 이용한 차량용 내외장재 성형품에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 내외장재 베이스 소재로는 열 가소성 수지를 성형하여 사용되고 있고, 그 중 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 수지는 가격 대비 물성이 우수할 뿐만 아니라, 150 내지 160 ℃의 용융 온도(melting temperature)를 가져, 다른 소재들과의 결합, 히팅 및 성형 공정을 수행하기에 적합하여 주로 사용되고 있다.
하지만, 상기 폴리프로필렌 수지는 내열성이 좋지 않아, 열에 의해 수축될 수 있고, 동절기 등과 같은 온도가 낮은 날에 강도가 약해져, 깨지거나, 파열되는 등의 단점이 있다.
이와 같은, 단점을 보완하기 위해서, 종래에는 폴리프로필렌 수지에 목분, 탄산칼슘 등의 첨가제를 혼합하여 사용하거나, 폴리프로필렌 수지와 유리 섬유를 혼합한 유리섬유 강화 복합소재(glass fiber reinforced thermoplastics, GMT)를 다양한 용도로 적용시켜 왔다.
그러나, 첨가제를 혼합하는 경우, 상기와 같은 단점을 근본적으로 해결할 수 없었고, 도 1 및 2는 통상적인 열 가소성 소재의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 유리섬유 강화 복합소재의 경우, 압출기(3)에 폴리프로필렌 수지(1)와 유리 섬유(2b)를 함께 공급하므로, 유리 섬유(2)의 길이가 10 mm 내외로 사용되어야 하기 때문에, 먼저, 로빙사(2)에서 유리 섬유(2a)를 섬유 이동관(3)을 통해 섬유 커팅기(4)로 공급하여, 커팅하는 공정을 수행하여, 10 mm 내외로 컷팅한다. 다음으로, 압출기(extruder, 5)에 폴리프로필렌 수지(1)와 컷팅된 유리 섬유(2b)를 동시에 공급하여 용융시키고, 압출한 다음, 압착 롤러(calender, 6)로 압착하고, 컨베이어 벨트(7) 등을 이용하여, 운반(haul-off)한 다음, 절단 장치(cutter, 8)로 절단해서, 적재기(stacker, 9)에 적재하여 제조되기 때문에, 설비를 구비하는데 많은 비용이 소요되고, 그에 따라 소재를 제조할 수 있는 회사가 적어, 단가가 많이 높다. 또한, 압출기(5) 내에서 열 및 압력에 의해 컷팅된 유리 섬유(2b)가 깨지거나, 끊어질 수 있어, 섬유 길이(섬유장)는 더욱 짧아지게 되고, 그로 인하여, 물성의 개선이 효율적이지 못한 문제점이 있다. 여기서, 로빙사는 일정하게 권취되어 있는 섬유를 의미한다.
또한, 주행 중인 자동차에는 다양한 경로를 통해, 차량 실내로 외부 소음, 예를 들어, 타이어와 지면 간의 마찰음, 배기 계통의 고온, 고압의 연소가스 유동으로 발생하는 소음, 엔진에서 발생하여, 차체 또는 공기를 통해 전달되는 엔진 투과 소음(엔진룸에서 발생하는 소음) 등이 유입되어, 차량의 정숙감을 저해하는 요소가 된다.
따라서, 동절기에도 강도가 우수하고, 흡읍성 및 내열성이 우수한 소재의 개발이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 동절기에도 파열되지 않는 차량 내외장재용 열 가소성 소재, 그 제조방법 및 이를 이용한 차량용 내외장재 성형품을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 내열성이 우수할 뿐만 아니라, 종래에 비해 경량화 되고, 흡음 특성을 가지는 차량 내외장재용 열 가소성 소재, 그 제조방법 및 이를 이용한 차량용 내외장재 성형품을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 50 mm 이상의 길이를 가지고, 유리 섬유, 탄소 섬유, 현무암 섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 섬유를 랜덤배열하여, 섬유 시트 또는 웹을 형성하는 단계; 상기 섬유 시트 또는 웹의 일면 또는 양면에 폴리에틸렌 분말을 도포하는 단계; 상기 분말이 도포된 섬유 시트 또는 웹을 가열 및 압착하여 섬유 강화 매트를 형성하는 단계; 및 폴리프로필렌 기재의 일면 또는 양면에 상기 섬유 강화 매트를 합지시키는 단계를 포함하는 차량 내외장재용 열 가소성 소재의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 폴리프로필렌 기재; 및 상기 폴리프로필렌 기재의 일면 또는 양면에 형성되고, 유리 섬유, 탄소 섬유, 현무암 섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 섬유 및 폴리에틸렌을 포함하는 섬유 강화 매트를 포함하는 차량 내외장재용 열 가소성 소재를 제공한다.
본 발명에 따른 차량 내외장재용 열 가소성 소재는 동절기에도 파열되지 않아 강도가 우수할 뿐만 아니라, 내열성 및 흡음성이 우수하고, 제조 원가가 낮은 장점이 있다.
도 1 및 2는 통상적인 열 가소성 소재의 제조방법을 설명하기 위한 공정도.
도 3은 본 발명에 따른 열 가소성 소재의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 4 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 매트 및 열 가소성 소재의 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 매트를 합지시키는 것을 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열 가소성 소재의 사진.
도 8은 본 발명에 따른 열 가소성 소재가 이용될 수 있는 예를 보여주는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 열 가소성 소재의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 매트 및 열 가소성 소재의 단면도이다. 도 3 내지 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량 내외장재용 열 가소성 소재의 제조방법은 섬유 시트 또는 웹(14a)을 형성하는 단계(S10), 폴리에틸렌 분말(powder)을 도포하는 단계(S20), 섬유 강화 매트(fiber reinforced mat, 14)를 형성하는 단계(S30) 및 기재(12)와 섬유 강화 매트(14)를 합지시키는 단계(S40)를 포함한다.
상기 섬유 시트 또는 웹(14a)을 형성하는 단계(S10)는 통상적으로 이용되는 섬유(예를 들면, 로빙사)를 50 mm 이상, 바람직하게는 50 내지 200 mm, 더욱 바람직하게는 50 내지 120 mm의 길이를 가지도록 세절(chopping)하고, 세절된 섬유에 공기를 분사(air blow)하는 등의 방법으로 분산시켜, 랜덤 배열하여, 섬유 시트(sheet) 또는 웹(web)을 형성하는 단계이다.
상기 섬유 시트 또는 웹(14a)을 형성하기 위한 섬유로는 통상적으로 사용되는 슈퍼 섬유, 예를 들면, 탄소 섬유(carbon fiber), 유리 섬유(glass fiber), 현무암 섬유(basalt fiber), 아라미드 섬유(aramid fiber) 및 이들의 혼합물 등, 바람직하게는 유리 섬유를 사용할 수 있고, 50 mm 이상의 길이를 가지는 섬유를 사용함으로써, 상기 폴리프로필렌 기재의 강도, 내열성, 흡음성 등의 물성을 개선할 수 있다.
상기 폴리에틸렌 분말을 도포하는 단계(S20)는 상술한 바와 같이 제조된, 섬유 시트 또는 웹(14a)의 일면 또는 양면, 바람직하게는 양면에 폴리에틸렌 분말을 도포하는 공정이다. 상기 폴리에틸렌 분말을 도포함으로서, 본 발명에 따른 열 가소성 소재가 동절기에 동파 되는 것을 방지할 수 있고, 경량화할 수 있으며, 절연성 및 방습성을 부여할 수 있다. 상기 폴리에틸렌으로는 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene, LLDPE) 및 이들의 혼합물 등의 통상적으로 사용하는 분말 형태의 폴리에틸렌을 사용할 수 있다.
상기 섬유 강화 매트(14)를 형성하는 단계(S30)는 폴리에틸렌 분말이 도포된 섬유 시트 또는 웹(14a)의 표면을 가열하여, 상기 폴리에틸렌 분말을 용융시킨 다음, 압착하여, 상기 섬유 시트 또는 웹의 일면 또는 양면에 폴리에틸렌이 용융되어 형성된 열 처리층(14b)을 포함하는 섬유 강화 매트(14)를 형성하는 단계이다. 상기 섬유 시트 또는 웹(14a)의 가열은 표면에 도포되어 있는 폴리에틸렌 분말만 용융시키도록 수행될 수 있으나, 바람직하게는, 섬유 시트 또는 웹(14a)의 표면에 도포된 폴리에틸렌 분말 뿐만 아니라, 섬유 시트 또는 웹(14a) 또한 가열하여, 용융된 폴리에틸렌과의 부착력을 더욱 향상시킬 수 있다. 상기 열 처리층(14b)은 상기 폴리에틸렌 분말이 용융 및 압착되어 형성된 것으로, 상기 가열은 섬유 시트 또는 웹(14a)의 상면 및/또는 하면에 대향되도록 위치한 가열장치에 의하여 수행된다. 상기 가열장치로는 적외선 히터(infrared ray heater), 세라믹 히터(ceramic heater) 등의 히터를 사용하여 간접적으로 가열 시키거나, 가열된 열판을 이용하여, 압착하는 등의 방법을 사용하여 직접적으로 가열시킬 수 있다. 상기 가열장치에 의한 섬유 시트 또는 웹(14a)의 가열은 180 내지 220 ℃, 바람직하게는 190 내지 210 ℃의 온도에서, 20 내지 70 초, 바람직하게는 30 내지 60 초 동안 수행된다. 여기서, 상기 가열 온도 및 시간이 상기 범위를 벗어나면, 폴리에틸렌 분말이 충분히 용융되지 못해 강도, 흡음성 및 내열성이 저하되거나, 비 경제적일 수 있다.
상기 압착은 상기 가열된 섬유 시트 또는 웹(14a)을 압착시킬 수 있으면 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 냉각 롤러를 이용하여 압착시킨다. 상기 섬유 시트 또는 웹(14a)이 압착 공정을 수행하면, 용융된 섬유 시트 또는 웹(14a) 및 폴리에틸렌 분말이 압착 및 냉각되어, 섬유 시트 또는 웹(14a)의 표면에 열 처리층(14b)을 형성하여, 내열성, 강도, 흡음성 및 방습성을 부여할 수 있다.
상기 열 처리층(14b)은 용융된 폴리에틸렌이 압착되어 돌기 형태로 상기 섬유 시트 또는 웹(14a)의 표면에 분산되어 있는 구조를 가지거나, 섬유 시트 또는 웹(14a)의 표면을 덮고 있는 구조, 바람직하게는 섬유 시트 또는 웹(14a)의 표면에 분산되어 있는 구조로 섬유 시트 또는 웹(14a)의 일면 또는 양면에 형성될 수 있다. 상기 섬유 강화 매트(14)에 있어서, 상기 섬유 시트 또는 웹(14a)의 두께는 2 내지 8 mm, 바람직하게는 3 내지 5 mm일 수 있고, 상기 열 처리층(14b)의 두께는 0 초과 내지 2 mm, 바람직하게는 0.1 내지 1 mm이다. 상기 섬유 시트 또는 웹(14a) 및 열 처리층(14b)의 두께가 상기 범위를 벗어나면, 목적하는 물성을 가지지 못할 수 있다.
상기 섬유 강화 매트(10)의 중량은 60 내지 180 gsm(gram per square meter), 바람직하게는 80 내지 150 gsm이다. 상기 섬유 강화 매트(10)의 중량이 너무 적으면, 목적하는 물성을 달성할 수 없을 수 있고, 너무 크면, 필요 이상으로 무거워져 비 경제적일 수 있다.
상기 폴리프로필렌 기재(12) 및 섬유 강화 매트(14)를 합지시키는 단계(S40)는, 상술한 바와 같이 제조된 섬유 강화 매트(14)를 압출기에서 폴리프로필렌 기재가 용융 및 압출되는 방향으로, 폴리프로필렌 기재(12)의 일면 또는 양면에 연속적으로 공급하여, 압출되는 폴리프로필렌 기재(12)와 그 일면 또는 양면에 연속적으로 위치되는 섬유 강화 매트(14)를 롤러를 이용하여 압착시켜 본 발명에 따른 열 가소성 소재(10)로 합지시킬 수 있다. 또한, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 매트를 합지시키는 것을 보여주는 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 폴리프로필렌 기재(12)의 일면 또는 양면에 상기 섬유 강화 매트(14)를 위치시키고, 열판(20)을 이용하여, 압착시켜 본 발명에 따른 열 가소성 소재(10)로 합지시킬 수 있다.
상기 압출되는 폴리프로필렌 기재(12)와 섬유 강화 매트(14)를 함께 롤러(예를 들면, 냉각 롤러)를 이용하여 압착시키는 경우, 폴리프로필렌 기재(12)와 섬유 강화 매트(14)는 연속적으로 이동되므로, 소정의 크기(목적하는 크기)로 컷팅한 다음, 적재되거나, 상술한 바와 같은 가열장치를 이용하여 가열한 다음 목적하는 내외장재의 형태로 성형되어 본 발명에 따른 차량용 내외장재 성형품으로 사용할 수 있고, 열판(20)을 이용하여, 폴리프로필렌 기재(12) 및 섬유 강화 매트(14)를 합지시키는 경우, 상기 폴리프로필렌 기재(12)의 상면 및/또는 하면에 섬유 강화 매트(14)를 위치시키고, 상기 섬유 강화 매트(14)의 상면 및/또는 하면에 열판(20)을 위치시켜, 상기 열판(20)으로 압착시켜, 합지시킨 다음, 목적하는 내외장재의 형태로 성형하여 본 발명에 따른 차량용 내외장재 성형품으로 사용할 수 있다. 상기 열판(20)을 이용하여 합지시키는 경우, 공정이 비교적 간단하여, 경제적일 수 있고, 폴리프로필렌 기재(12)의 일면에만 섬유 강화 매트(14)를 위치시키면, 말림 현상이 발생될 수 있어, 폴리프로필렌 기재(12)의 양면에 섬유 강화 매트(14)를 위치시키는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열 가소성 소재의 사진이고, 도 8은 본 발명에 따른 열 가소성 소재가 이용될 수 있는 예를 보여주는 도면이다. 도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열 가소성 소재는 폴리프로필렌 기재의 표면에 폴리에틸렌 및 섬유를 포함하는 섬유 강화 매트가 형성되어 있어, 동절기에 파열되는 것을 방지할 수 있고, 내열성 및 흡음성이 우수한 차량용 내외장재를 유리 섬유 강화 복합소재(GMT)를 사용하지 않아 저렴한 비용으로 제조할 수 있으며, 다양한 차량용 내외장재, 바람직하게는 하중을 많이 받는 내외장재, 예를 들면, 철판 구조물(bumper beam), 범퍼 코어(bumper core), PKG 트레이(tray), RR Floor, SUV용 카고 트레이 등의 허니컴 보드 등에 사용할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 차량 내외장재용 열 가소성 소재, 그 제조방법 및 이를 이용한 차량 내외장재 성형품을 설명하였으나, 본 발명은 상술한 구체적인 실시예에 한정되지 않고, 하기 청구범위에 기재된 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.

Claims (8)

  1. 50 mm 이상의 길이를 가지고, 유리 섬유, 탄소 섬유, 현무암 섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 섬유를 랜덤배열하여, 섬유 시트 또는 웹을 형성하는 단계;
    상기 섬유 시트 또는 웹의 일면 또는 양면에 폴리에틸렌 분말을 도포하는 단계;
    상기 분말이 도포된 섬유 시트 또는 웹을 가열 및 압착하여 섬유 강화 매트를 형성하는 단계; 및
    폴리프로필렌 기재의 일면 또는 양면에 상기 섬유 강화 매트를 합지시키는 단계를 포함하는 차량 내외장재용 열 가소성 소재의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 섬유 강화 매트를 합지시키는 단계는 폴리프로필렌 기재를 용융 및 압출하고, 압출되는 폴리프로필렌 기재와 동일한 방향으로, 폴리프로필렌 기재의 일면 또는 양면에 연속적으로 섬유 강화 매트를 위치시켜, 폴리프로필렌 기재와 함께 롤러를 이용하여, 압착시켜 합지시키고, 소정의 크기로 절단하여 적재하는 것인, 차량 내외장재용 열 가소성 소재의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 섬유 강화 매트를 합지시키는 단계를 수행한 다음, 가열시키고, 목적하는 형태로 성형하는 단계를 수행하는 것인, 차량 내외장재용 열 가소성 소재의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 섬유 강화 매트를 합지시키는 단계는 폴리프로필렌 기재의 일면 또는 양면에 섬유 강화 매트를 위치시키고, 열판으로 압착시켜 합지시키는 것인, 차량 내외장재용 열 가소성 소재의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 섬유 강화 매트를 합지시키는 단계를 수행한 다음, 연속적으로 목적하는 형태로 성형하는 단계를 수행하는 것인, 차량 내외장재용 열 가소성 소재의 제조방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 열 가소성 소재를 포함하는 차량용 내외장재 성형품.
  7. 폴리프로필렌 기재; 및
    상기 폴리프로필렌 기재의 일면 또는 양면에 형성되고, 유리 섬유, 탄소 섬유, 현무암 섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 섬유 및 폴리에틸렌을 포함하는 섬유 강화 매트를 포함하는 차량 내외장재용 열 가소성 소재.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 섬유 강화 매트의 표면에는 폴리에틸렌을 포함하는 돌기가 형성되어 있는 것인, 차량 내외장재용 열 가소성 소재.
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