KR20190007930A

KR20190007930A - 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디

Info

Publication number: KR20190007930A
Application number: KR1020170089601A
Authority: KR
Inventors: 강기혁; 이윤정; 김지윤; 강병호
Original assignee: 주식회사 휴비스
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2019-01-23
Also published as: KR101959029B1

Abstract

본 발명은 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디에 있어서, 형태유지 기능의 열가소성섬유; 및 저융점 바인더가 중량비 4:6 내지 9:1로 구성되되, 상기 저융점 바인더는 저융점 시스코어중공섬유 및 저융점 폴리에스테르단독섬유의 중량비가 3:7 내지 7:3인 섬유집합체로 구성된 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디에 관한 것이다.

Description

고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디{Automotive Underbody With High Rigidity And Sound Absorption}

본 발명은 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디에 관한 것으로 보다 상세하게는 저융점 폴리에스테르단독섬유, 저융점시스코어중공섬유 및 글리콜변성 폴리에틸렌테레프탈레이트(PETG)섬유를 바인더로 사용하여 제조한 섬유집합체를 이용한 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디에 관한 것이다.

자동차 하단면에 장착되는 언더바디는 최외각에 노출되는 부분인 만큼 주행 중 차체와 공기의 충돌에 의해 발생되는 공기저항을 감쇄시키고 지면으로부터 발생하는 이물질이 차량 내부로 유입되는 것을 차단하며, 엔진 및 변속기 등 중요 부품이 노면과의 마찰로 손상되는 것을 방지하는 역할을 한다.

통상적으로 언더바디 소재로 스틸 소재가 사용되었으나 차체가 무겁고 이물질과의 마찰 소음이 커서 최근에는 GMT (Glass fiber Mat Thermoplastics)를 사용하는 추세이다. 그러나 GMT의 경우 경량성과 내구성이 우수하지만 자동차 완제품 조립시 발생하는 미세먼지로 인해 작업자의 작업 환경이 좋지 않으며, 엔진 배기소음 및 노면소음 등의 소음을 흡수하는데 한계점이 있다.

일반적으로 상기 GMT 등 단일소재로 자동차용 언더바디 등에 적용된 사례는 찾아보기 힘들다

따라서 자동차 외장용 부품 중 언더바디에 주로 사용되는 소재로는 내충격 폴리프로필렌(PP)시트, GMT, 습식법 또는 건식법에 의해 제조된 저비중 유리섬유 복합재등 다양해지고 있다.

이 중에서, 폴리프로필렌(PP)시트는 타소재 대비 충격강도가 취약하여 널리 적용되지 못하고 있고, 현재 국내에서는 수지의 흐름성을 향상시킨 GMT(Glass fiber Mat Thermoplastics)를 주로 사용하고 있으나, 성형시 흐름성의 제약으로 제품두께 1.8mm 이하로 성형하기에는 어려움이 있어 중량 절감의 한계가 있다

또한, 플로우 몰딩(Flow Molding)의 특성상, 제품의 사이드 부위에는 유리섬유 함량이 적고, 단섬유의 분포도가높아 충격강도가 약한 단점을 가지고 있다.

마지막으로, 해외에서는 GMT 소재보다 가볍고, 흡음 성능이 우수한 저비중 복합소재가 사용되고 있는 추세이나, 이 소재 또한 충격강도가 취약한 문제가 있어물성 개선이 필요한 실정인데, 특히 제품의 조립 홀을 펀칭공정으로 뚫는 과정이나 제품을 상대물에 조립할 때 조립공구의 토크(Torque)로 인한 제품 파손 등의 문제가 있다.

또한 일반 열가소성 섬유와 저융점 바인더만을 혼합하여 펠트 형태로 적용하는 경우, 경량화가 가능하고 흡음성이 뛰어난 섬유를 보강섬유로 사용 가능하기 때문에 흡음성의 개선 여지가 높으나 저융점 바인더의 접착 강도의 한계로 인해 언더바디 완성품의 강도가 한정적이다.

대한민국공개번호 제2013-0137811호에서는 연속섬유를 포함한 박판형 열가소성 복합소재로 제조된 차량용 언더바디에 관한 것으로 제품의 두께를 조절할 수 있어 설계자유도를 높이고 중량을 절감할 수 있고 충격물량에 강함의 특성이 있으나 PETG 섬유를 이용한 물성향상에 관한 기재는 없다.

또한 대한민국공개번호 제2011-0125889호에서는 탄성 및 형태 복원력이 우수한 부직포 및 이를 이용한 쿠션용 소재에 관한 것으로 열수축성이 서로 다른 2 이상의 폴리에스터를 이용한 탄성회복력의 특성이 있을 뿐 인장강도, 굴곡강도 등의 물성향상에 관한 기재는 없다.

따라서 특정 열가소성 섬유로 구성되어 있으면서 강도가 높은 차량용 언더바디를 개발하는 것이 필요한 실정이다.

본 발명은 저융점 시스코어중공섬유 및 저융점 폴리에스테르단독섬유를 바인더로 사용한 부직포를 사용하여 강성 및 흡음성이 우수한 차량용 언더바디를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명은 바인더 섬유로 PETG 저융점섬유를 추가로 혼합사용함으로써 인장강도가 뛰어난 차량용 언더바디를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명은 저융점 폴리에스테르단독섬유에 저융점 시스코어중공섬유를 혼합사용함으로서 흡음성이 향상된 차량용 언더바디를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디에 있어서, 형태유지 기능의 열가소성섬유; 및 저융점 바인더가 중량비 4:6 내지 9:1로 구성되되, 상기 저융점 바인더는 저융점 시스코어중공섬유 및 저융점 폴리에스테르단독섬유의 중량비가 3:7 내지 7:3인 섬유집합체로 구성된 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 저융점 바인더는 PETG 저융점섬유가 추가로 구성되되,

상기 저융점 바인더 대비 10~40중량%로 구성되는 것에 특징이 있는 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 형태유지 기능의 열가소성섬유는 폴리에스테르계, 폴리이미드계, 아크릴 및 나일론 수지로 구성된 섬유 중 적어도 하나 이상의 섬유로 구성된 열가소성 섬유 집합체인 것에 특징이 있는 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 저융점 폴리에스테르단독섬유는 디메틸테레프탈산 또는 테레프탈산, 및 디메틸아디핀산 또는 아디핀산으로 이루어진 산성분; 및 2-메틸-1,3-프로판다이올, 1,4-부탄다이올 및 에틸렌글리콜로 이루어진 디올성분을 공중합시켜 단독방사하여 제조되는 것에 특징이 있는 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 PETG 저융점섬유는 시스부가 PETG수지로 구성된 시스코어복합섬유 또는 PETG 수지 단독섬유 중 어느 하나이며, 130~200℃에서 섬유 간 융착이 발생되고, 2~15 데니어, 섬유장 10~80mm의 단섬유인 것에 특징이 있는 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 저융점 시스코어중공섬유는 코어부는 폴리에스테르 수지이며, 시스부는 테레프탈산을 포함하는 디카르본산 성분과 에틸렌글리콜을 포함하는 디올성분이 축중합된 공중합 폴리에스테르 수지인 중공율이 7%이상인 것에 특징이 있는 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디를 제공한다.

상기의 과제 해결 수단에 의한 본 발명은 바인더 섬유에 필수구성으로 시스코어중공섬유 및 저융점 폴리에스테르단독섬유를 바인더로 사용한 부직포로써 섬유간 고압력 융착이 가능하여 치밀한 결합이 가능하고, 이를 이용하여 고강도 및 흡음성이 향상된 특징이 있다.

또한 본 발명은 바인더 섬유로 PETG 저융점섬유를 추가 혼합사용함으로써 인장강도가 향상된 특징이 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 발명은 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디에 관한 것으로 형태유지 기능의 열가소성섬유; 및 저융점 바인더가 중량비 4:6 내지 9:1로 구성되되,상기 저융점 바인더는 저융점 시스코어중공섬유 및 저융점 폴리에스테르단독섬유의 중량비가 3:7 내지 7:3인 섬유집합체로 구성된 것에 특징이 있다.

먼저 열가소성섬유는 섬유집합체의 형태유지 기능을 갖는 것으로 폴리에스테르계, 폴리이미드계, 아크릴, 나일론 수지로 구성된 섬유 중 적어도 하나 이상의 섬유로 구성된 열가소성섬유이다.

다음으로 상기 저융점 시스코어중공섬유는 코어부는 폴리에스테르 수지이며, 시스부는 테레프탈산을 포함하는 디카르본산 성분과 에틸렌글리콜을 포함하는 디올성분이 축중합된 공중합 폴리에스테르 수지인 중공율이 7%이상인 것에 특징이 있다.

상기 코어부는 폴리에스테르 수지로형성될 수 있다.

상기 폴리에스테르 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate, PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutylene terephthalate, PBT), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(Poly Trimethyleneterephthalate, PTT) 중 어느 하나를 사용할 수 있을 것이다.

상기 폴리에스테르 수지의 고유점도가 높으면 중공형 시스-코어형 열접착 복합섬유 제조시 코어부 내의 중공형태가 내원방향으로 몰림현상이 증가하여 중공율도 감소할 수 있으므로 상기 코어부를 형성하는 폴리에스테르의 고유점도는 0.50~0.64dL/g인 것이 바람직할 것이다.

상기 시스부는 테레프탈산을 포함하는 디카르본산 성분과 에틸렌글리콜을 포함하는 디올성분이 축중합되는 공중합 폴리에스테르 수지로 형성된다.

상기 공중합 폴리에스테르는 디카르본산 성분과 디올성분으로 제조되는 것으로 상기 디카르본산 성분으로 테레프탈산 및/또는 그 에스테르 형성성 유도체 80~50몰%와 디-메타-하이드록시에틸렌프탈레이트 또는 그 에스테르 형성성 유도체 20~50몰%를 사용하는 것이 바람직하며, 디올성분으로 에텔렌글리콜 99~75몰%와 디에틸렌글리콜 1~25몰%을 사용하는 것이 바람직할 것이다.

상기와 같이 형성되는 공중합 폴리에스테르는 융점이 없이 연화거동만을 보이는 것을 특징으로 다기능성 열접착 복합섬유에 열접착성을 가지게 한다.

상기 다기능성 열접착 복합섬유는 중공형태의 복합섬유로 중공율은 경량성, 벌키성, 흡음성, 보온성 등의 다기능 성능에 직접적인 영향을 끼치는 인자이며, 중공율이 너무 낮으며 경량성, 벌키성, 흡음성, 보온성 등의 다기능 성능이 저하될 수 있으므로 중공율이 7%이상인 것이 바람직할 것이다.

상기 시스부와 코어부는 중량비 30:70~70:30으로 형성되어 본 발명의 다기능성 열접착 복합섬유를 형성하는 것이 바람직할 것이다.

저융점 시스코어중공섬유의 바인더 섬유로 사용시 중공형태에 의해 경량성, 벌키성, 흡음성, 보온성의 기능을 추가할 수 있다.

본 발명인 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디의 섬유집합체는 상기 형태유지 기능의 열가소성 섬유와 바인더 섬유를 카딩하여 웹으로 형성한 후에 니들펀칭하여 제조된 부직포가 일반적이다.

다음으로 저융점 폴리에스테르단독섬유는 저융점 공중합 폴리에스테르 수지를 주요성분으로 한 것으로, 단독섬유의 형태 안정성이 우수하고 수지 내에 고리형 화합물의 함량을 조절하여 저융점 특성과 함께 저융점 공중합 폴리에스테르 수지를 이용한 단독방사 섬유를 이용한 부직포는 굴곡강도 및 굴곡탄성이 우수한 특성이 있다.

상기 저융점 폴리에스테르단독섬유는 디메틸테레프탈산 또는 테레프탈산, 및 디메틸아디핀산 또는 아디핀산으로 이루어진 산성분; 및 2-메틸-1,3-프로판다이올, 1,4-부탄다이올 및 에틸렌글리콜로 이루어진 디올성분을 공중합시켜 제조되는 저융점 폴리에스테르 수지를 단독방사한 특징이 있다.

2-메틸-1,3-프로판다이올을 이용하여 수지를 제조하는 경우 부반응 생성물인 고리형 화합물의 생성에 관여하지 않아, 이소프탈산을 사용하는 경우보다 방사공정시 팩 교환주기를 늘릴 수 있어 생산성 향상을 도모할 수 있다.

또한, 2-메틸-1,3-프로판다이올의 두번째 탄소의 메틸기는 고분자 주쇄가 회전을 하는데 용이하게 하고 고분자의 말단 부분인 것처럼 작용하여 주쇄 사이의 자유공간을 넓힌다. 이는 이소프탈산의 메타-구조가 고분자 주쇄에 꺾임 구조를 형성하여 결정성 고분자가 되는 것을 방해하고 비정형 분자구조를 갖도록 하는 것과 동일한 효과를 나타낸다. 따라서 고분자의 용융온도를 저하시키고 결정성을 파괴하는 데 있어 매우 효과적으로 기능한다.

한편, 투입량 대비 용융온도를 많이 떨어뜨릴수록, 유리전이온도를 적게 떨어뜨릴수록 효과적인 공중합 성분이라 할 수 있는데, 2-메틸-1,3-프로판다이올의 경우 용융온도를 떨어뜨리는 효과는 크지만 유리전이온도를 크게 떨어뜨리지 않아 고함량을 투입하여 비정형 고분자가 된 상태에서도 65℃ 이상의 유리전이온도를 나타낸다. 따라서, 낮은 공정 온도에서도 섬유 간 열접착을 가능하게 할뿐 아니라, 부직포 제조 후 100~130℃의 고온에서도 형태안정성이 우수하다. 또한, 열적 특성이 이소프탈산과 매우 유사한데 상대적으로 고가인 이소프탈산을 대체하여 사용시 생산원가를 낮출 수 있다.

또한 공중합 폴리에스테르에 있어서, 제2공중합성분으로 결정성이 강한 1,4-부탄디올을 사용함으로써 공중합시에도 결정성이 유지되어 융점에서 불과 5℃ 높은 온도에서도 열접착 시킬 수 있으며 그 이하의 온도에서는 결정성이 강한 관계로 변형이 거의 없는 바인더 섬유를 얻을 수 있게 된다.

공중합 폴리에스테르에 있어서, 제2공중합성분으로 결정성이 강한 1,4-부탄디올을 사용함으로써 공중합시에도 결정성이 유지되어 융점에서 불과 5℃ 높은 온도에서도 열접착 시킬 수 있으며 그 이하의 온도에서는 결정성이 강한 관계로 변형이 거의 없는 바인더 섬유를 얻을 수 있게 된다.

본 발명에서 디카르본산 성분으로 디메틸테레프탈레이트와 분자쇄의 유연성을 향상시키기 위해 디메틸아디페이트를 사용하는 이유는 결정성이 강한 디올성분으로 1,4-부탄디올을 사용하여 공중합할 경우 반응계의 높은 온도와 산성도에 의해 발생되는 1,4-부탄디올의 탈수축합 부반응에 의해 부산물로 생성되어 대기중으로 방출될 경우 환경문제를 일으키는 테트라하이드로퓨란의 발생을 최소화하기 위하여 반응계의 산성도를 낮추어 주고, 아디핀산과 1,4- 부탄디올의 블록(block)화를 유도하여 폴리머 주쇄의 터프니스 증대효과를 얻기 위함이다.

본 발명에서 제2공중합 성분인 1,4-부탄디올의 첨가량이 최종 공중합 폴리에스테르 중의 폴리에스테르 수지 몰대비 30몰% 미만이면 융착온도가 높아 저융점에서 접착력이 약하며, 50몰%를 초과하면 1,4-부탄디올이 디올 성분중 주성분이 되어 융착온도가 다시 상승하게 된다.

또한, 제1공중합 성분인 디메틸아디페이트의 첨가량이 최종 공중합 폴리에스테르 중의 에스테르 몰대비 2몰% 미만이면 목적하는 융점저하 및 분자쇄 유연성 증대효과를 얻을 수 없고, 30몰%를 초과하면 공중합 폴리에스테르의 결정성이 저하될 뿐만아니라 내열성 또한 나빠진다.

본 발명은 공중합 폴리에스테르 수지 중의 에스테르의 몰을 기준으로 상기 2-메틸-1,3-프로판다이올이 20~50몰%인 것이 좋고 상기 함량이 20몰% 미만이면 융점이 충분히 저하되지 않아 목적하는 폴리에스테르 수지를 얻을 수 없고, 50몰% 이상에서는 충분히 결정성이 저하되어 그 이상의 효과를 얻을 수 없으며, 오히려 과도하게 투입시 디올 성분중의 주성분으로 작용하여 결정성을 증대시키는 역효과를 가져올 수 있다.

한편, 본 발명의 공중합 폴리에스테르 제조시 사용되는 다관능 성분은 폴리카르본산, 폴리올 및 폴리옥시카르본산으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 특히, 트리멜리트산, 트리메신산, 3,3', 4,4'-벤조페논테트라카르본산,1,2,3,4-부탄테트라카르본산 및 이들의 산에스테르, 산무수물 등의 유도체, 글리세린, 펜타에리스리톨 및 솔비톨로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

이 때, 다관능 성분은 본 발명에 따른 바인더의 축중합시 반응온도를 낮추고, 반응시간을 단축하여 색상 불량을 개선시키고, 섬유상으로 방사 및 연신하는 경우 작업성을 향상시키도록 각각의 공중합 폴리에스테르 성분에 대하여 50~10,000ppm, 더욱 바람직하게는 50~1,000ppm이 첨가된다.

이때, 상기 다관능 성분의 첨가량이 10ppm 미만이면, 목적하는 가교제의 역할을 달성할 수 없으며, 상기 첨가량이 10,000ppm을 초과하면 급격한 가교 현상에 의하여 중합, 방사 및 연신시 문제를 일으킨다.

상술한 디올성분 및 다관능 성분이 포함된 공중합 폴리에스테르는 유리전이온도가 65℃이상으로 자동차 내장용 헤드라이너 제품과 같이 야외에서 오랫동안 태양에 노출된 고온의 분위기에서 내구성 및 형태안정성을 필요로 하는 경우에도 강력이 유지되며 몰딩용 부직포에서도 전부 또는 일부 일반 섬유와 혼합된 경우 고온 분위기하에서 처짐현상을 예방할 수 있을 뿐만 아니라 굴곡강도 및 굴곡탄성이 우수한 특성을 갖는다.

마지막으로 상기 저융점 바인더 대비 PETG 저융점섬유를 10~40중량%로 추가할 수 있다.

추가된 저융점 바인더 중 PETG 저융점섬유는 PETG(CHDM-modified polyethylene terephthalate) 수지로 이루어져 있는 것이 바람직하며 PETG는 테레프탈산(TPA), 에틸렌글리콜(EG) 및 CHDM(1,4-cyclohexanedimethanol)를 기본 구조로 하는 코폴리에스테르로서, PETG(glycol-modified poly(1,4-cyclohexylene dimethylene terephthalate) 라고도 불리며 아래 구조식과 같다.

[구조식]

상기 PETG수지는 비결정성 특징이 있어 결정화로 인한 백화(白化)현상 없으며 성형 가능한 모든 두께의 투명한 제품을 생산할 수 있다. 이외에도 밝은 색상과 우수한 광택을 지니고 인쇄성, 내충격성, 내화학성이 뛰어나며 넓은 조건에서 성형가공이 가능하고 2차 가공성이 용이하다는 장점 외에도 환경호르몬물질을 함유하지 않고 소각 폐기할 때에 유해물질이 발생되지 않는 환경친화성을 지닌 특징이 있다.

이러한 특성으로 현재 PETG 수지는 시트(sheet), 필름(film), 포장재료, 성형제품 등의 분야에서도 많이 사용된다.

상기 PETG는 세계적으로 미국의 이스트만케미칼컴퍼니(Eastman Chemical Company)와 대한민국의 에스케이케미칼 두 개의 회사에서만 현재 상업적으로 생산되고 있으며, 인체에 유해한 물질을 포함하지 않고, 친환경적이고, 우수한 성형성, 가공성 및 투명성을 가지고 있다.

상기 PETG 저융점섬유는 시스부가 PETG수지로 구성된 시스코어복합섬유 또는 PETG 수지 단독섬유로 사용가능하다.

PETG 수지 특징이 용융점이 없고 결정화가 되지 않기 때문에 섬유화가 되면 일반 열가소성 섬유보다 훨씬 낮은 130~200℃에서 섬유간의 융착이 일어나며, 특히 언더바디처럼 강한 압력을 통해 성형공정을 거치면 매우 단단한 형태가 되고 이를 통해 표피층 전체가 우수한 강성을 보인다.

상기 바인더로 쓰이는 저융점 섬유는 시스코어형 형태로, 코어부에는 일반 폴리에스테르계나 나일론 수지가 사용되고 시스부에 저융점 비결정 수지가 사용되며 상기 코어부가 열성형 시 융착되어 접합이 일어나 접착성을 발현한다.

이때, 코어부로 사용되는 수지는 열성형 시에도 용융되지 않고 섬유형태로 남게 되는데, 이렇게 시스부에만 저융점 수지를 적용하는 이유는 형태유지역할을 하는 코어부가 없으면 일반 용융방사법으로는 섬유의 강도나 신도를 균일한 형태로 제사하기 매우 어려울 뿐만 아니라 제사를 하더라도 카딩시 집속되지 않는 경향이 있어 부직포 제조 공정에서 여타 섬유와의 균일한 혼합이 이루어지지 않는다.

이와는 달리 PETG 수지를 사용할 경우 단순 열처리 통해서는 접착성이 크게 발현되지 않으나 자동차 언더바디 제조공정과 같이 100 내지 200 kgf/cm²의 높은 압력하에서 열성형할 경우, 완전히 융착되어 단단하게 접착될 수 있다.

또한 시스코어형이 아닌 단독사로 제사하더라도 균일한 사 물성을 보일 뿐만 아니라 카딩 공정에도 문제없다.

또한 열성형시 섬유의 모든 부분이 융착되므로 같은 중량에서 일반 저융점 섬유에 비해 더 우수한 접착성과 강도를 기여할 수 있다.

다만 상기 저융점 바인더로 PETG 저융점섬유만을 사용하는 경우 우수한 접착성과 강도 때문에 굴곡탄성율이 저하될 수 있어 저융점 폴리에스테르단독섬유를 혼합사용시 이점을 보완시킬 수 있다. 혼합비율로 PETG 저융점섬유 및 저융점 폴리에스테르단독섬유의 중량비가 7:3 내지 7:3가 타당하다. PETG 저융점섬유의 중량비가 5미만의 경우 섬유집합체의 접착력이 낮아서 인장강도가 문제가 되며 또한 7초과의 경우 경직성에 의해 굴고탄성율이 문제가 될 수 있다.

상기 저융점 폴리에스테르단독섬유는 메틸테레프탈산 또는 테레프탈산, 및 디메틸아디핀산 또는 아디핀산으로 이루어진 산성분; 및 2-메틸-1,3-프로판다이올, 1,4-부탄다이올 및 에틸렌글리콜로 이루어진 디올성분을 공중합시켜 단독방사하여 제조하는 것을 특징으로 한다.

또한, 2-메틸-1,3-프로판다이올의 두번째 탄소의 메틸기는 고분자 주쇄가 회전을 하는데 용이하게 하고 고분자의 말단 부분인 것처럼 작용하여 주쇄 사이의 자유공간을 넓힌다. 이는 이소프탈산의 메타-구조가 고분자 주쇄에 꺾임 구조를 형성하여 결정성 고분자가 되는 것을 방해하고 비정형 분자구조를 갖도록 하는 것과 동일한 효과를 나타낸다. 따라서 고분자의 용융온도를 저하시키고 결정성을 파괴하는 데 있어 매우 효과적으로 기능한다

상기 공중합 폴리에스테르에 있어서, 제2공중합성분으로 결정성이 강한 1,4-부탄디올을 사용함으로써 공중합시에도 결정성이 유지되어 융점에서 불과 5℃ 높은 온도에서도 열접착 시킬 수 있으며 그 이하의 온도에서는 결정성이 강한 관계로 변형이 거의 없는 바인더 섬유를 얻을 수 있게 된다.

또한 디메틸아디핀산 또는 아디핀산과 같이 유연성이 있는 물질을 도입함으로써 분자쇄전체의 유동가능성을 증가시켜 1,4-부탄디올의 결정성 형성을 방해하지 않고 융점이 저하되도록 하여 가공을 용이하게 할 뿐만아니라 폴리머 주쇄에 존재하는 유연 분자쇄로 인한 탄성을 향상시켜 부직포 바인딩시 인열특성 및 터프니스 증가 등의 개선된 효과도 달성할 수 있게된다.

이하 실시 예 및 비교 예를 통해 본 발명에 따른 자동차 언더바디에 대해 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시 예 및 비교 예에 의해 한정되는 것은 아니다. 하기 실시 예 및 비교 예에 사용된 자동차 언더바디에 의한 물성측정 방법은 하기와 같다.

* 잔향실법에 의한 흡음률 측정

ISO 354(KS F 2805: 잔향실내의 흡음율 측정방법)에 준하는 장비를 사용하여 측정하였다. 시험편의 크기는 1.0m x 1.2m 로하며, 잔향시간은 초기 읍압 대비 20dB 감쇄되었을 때로 하며, 음원은 1/3 Octave band 음원을 사용했다. 주파수 범위는 0.4~10kHz 범위에서 흡음율을 측정하였다.

* 인장강도

KS M 6518에 따르며, 260℃에서 300시간 방치 후 온도 23±2℃, 상대습도 50±5%에서 60분간 유지 후, 시편을 취하여 인장속도 200mm/분 조건으로 인장강도를 측정한다.

* 인열강도 측정

ASTM D 1424 에 규정된 방법에 따라 시험편을 제조하여 측정하였다. 인열 시험 방향은 MD (mechine direction) 방향으로 진행하였다.

* 굴곡강도 및 굴곡탄성율 측정

ASTM D790에 준하는 장비를 사용하여 측정하였다.

시편의 크기는 50mm x 150mm, SPAN 길이는 100mm 로 하며 SPAN과 시험편 정중앙에 둔다. 이때 시험 속도는 5mm/min 이며 시험편의 표피층 또는 차량하부 방향면에서 압축 하중을 가한다.

실시예 1

열가소성섬유로 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 단섬유와 저융점 바인더로써 저융점 시스코어중공섬유 및 저융점 폴리에스테르단독섬유가 각각 전체 부직포 중량의 50중량%, 30중량% 및 20중량%를 포함하고, 상기 PET 단섬유의 섬도는 6 데니어이며 51mm의 섬유장을 지니며, 상기 저융점 시스코어중공섬유의 섬도는 4데니어이며 51mm의 섬유장이고, 상기 저융점 폴리에스테르단독섬유는 단섬유로 섬도 4De이고, 섬유장 51mm으로 구성된 600 gsm으로 적층하여 니들펀칭공법으로 제조한 부직포를 사용하였다.

실시예 2

실시예 1의 조건과 동일하되, 부직포 중량대비 20중량% PETG 저융점섬유를 추가하여 부직포를 사용하였다.

비교예1

실시예 1의 조건과 동일하되, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 단섬유와 바인더 섬유로 저융점 폴리에스테르단독섬유 단독으로 각각 전체 부직포 중량의 50중량%와 50중량%를 사용하였다.

비교예2

실시예 1의 조건과 동일하되, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 단섬유와 바인더 섬유로 PETG 저융점섬유 단독으로 각각 전체 부직포 중량의 50중량%와 50중량%를 사용하였다.

	실시예1	실시예2	비교예1	비교예2
인장강도 (MPa)	39.8	41.4	40.2	42.3
인열강도(N)	325	340	330	360
굴곡강도 (N)	34.1	35.1	35.8	30.2
굴곡탄성율 (MPa)	450	477	472	392

표 1에서 보는 바와 같이 저융점 바인더 섬유로 저융점 시스코어중공섬유 및 저융점 폴리에스테르단독섬유가 포함된 실시예 1은 비교예1의 저융점 폴리에스테르단독섬유만 혼합된 부직포와 비교시 인장강도 등 모든 물성에서 다소 열위하나 하기 표2에서 보면 흡음성은 더 뛰어남을 알 수 있다.

또한 비교예 2는 바인더 섬유로 PETG 저융점섬유를 단독사용한 것으로 인장강도, 인열강도는 실시예1과 비슷하나 부직포의 경직성에 의해 굴곡강도, 굴곡탄성율에서 낮은 값을 갖는다.

또한 실시예 2는 PETG 저융점섬유가 추가된 것으로 PETG 저융점섬유의 특성상 실시예 1보다 물성이 뛰어남을 알 수 있다.

구분	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
구분	(Hz)	(Hz)	(Hz)	(Hz)
0.4k	0.07	0.05	0.04	0.04
0.5k	0.09	0.07	0.04	0.04
0.63k	0.15	0.1	0.06	0.05
0.8k	0.17	0.13	0.12	0.11
1k	0.20	0.17	0.15	0.16
1.25k	0.23	0.2	0.18	0.17
1.6k	0.25	0.23	0.21	0.15
2k	0.27	0.23	0.21	0.17
2.5k	0.27	0.24	0.21	0.15
3.15k	0.30	0.25	0.22	0.16
4k	0.31	0.25	0.19	0.17
5k	0.31	0.26	0.19	0.16
6.3k	0.33	0.29	0.20	0.18
8k	0.32	0.3	0.28	0.25

표 2에서 보는 바와 같이 저융점 시스코어중공섬유가 포함된 실시예1, 2는 중공섬유의 특성상 코어부분의 빈공간이 있어서 흡음성이 뛰어나다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims

고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디에 있어서,
형태유지 기능의 열가소성섬유; 및 저융점 바인더가 중량비 4:6 내지 9:1로 구성되되,
상기 저융점 바인더는 저융점 시스코어중공섬유 및 저융점 폴리에스테르단독섬유의 중량비가 3:7 내지 7:3인 섬유집합체로 구성된 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디.
제1항에 있어서,
상기 저융점 바인더는 PETG 저융점섬유가 추가로 구성되되,
상기 저융점 바인더 대비 10~40중량%로 구성되는 것에 특징이 있는 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디.
제1항에 있어서,
상기 형태유지 기능의 열가소성섬유는 폴리에스테르계, 폴리이미드계, 아크릴 및 나일론 수지로 구성된 섬유 중 적어도 하나 이상의 섬유로 구성된 열가소성 섬유 집합체인 것에 특징이 있는 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디.
제1항에 있어서,
상기 저융점 폴리에스테르단독섬유는 디메틸테레프탈산 또는 테레프탈산, 및 디메틸아디핀산 또는 아디핀산으로 이루어진 산성분; 및 2-메틸-1,3-프로판다이올, 1,4-부탄다이올 및 에틸렌글리콜로 이루어진 디올성분을 공중합시켜 단독방사하여 제조되는 것에 특징이 있는 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디.
제1항에 있어서,
상기 PETG 저융점섬유는 시스부가 PETG수지로 구성된 시스코어복합섬유 또는 PETG 수지 단독섬유 중 어느 하나이며, 130~200℃에서 섬유 간 융착이 발생되고, 2~15 데니어, 섬유장 10~80mm의 단섬유인 것에 특징이 있는 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디.
제1항에 있어서,
상기 저융점 시스코어중공섬유는 코어부는 폴리에스테르 수지이며, 시스부는 테레프탈산을 포함하는 디카르본산 성분과 에틸렌글리콜을 포함하는 디올성분이 축중합된 공중합 폴리에스테르 수지인 중공율이 7%이상인 것에 특징이 있는 고강성 및 흡음성이 우수한 자동차 언더바디.