KR20190135148A - 폴리에스테르 발포 시트를 포함하는 헤드라이너 및 이의 제조방법 - Google Patents

폴리에스테르 발포 시트를 포함하는 헤드라이너 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20190135148A
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주지영
김상민
허미
권충호
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(주)대한솔루션
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Abstract

본 발명은 차량용 헤드라이너 기재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 차량용 헤드라이너 기재는 인체에 무해하고, 환경친화적일 뿐만 아니라, 무기 섬유 매트층의 양면에 폴리에스테르 시트층을 포함하는 구조를 가져 치수 안정성이 우수하고, 높은 굴곡 탄성률 및 굴곡강도를 가져 외부 충격에 대한 내구성이 뛰어나며, 경량화가 가능하여 차량의 연비 개선이 유리한 이점이 있다.

Description

폴리에스테르 발포 시트를 포함하는 헤드라이너 및 이의 제조방법{Headliner Comprising Polyester Foamed Sheets and Preparation Method thereof}
본 발명은 폴리에스테르 발포 시트를 포함하는 신규 적층 구조의 차량용 헤드라이너 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차의 루프패널 내측면에 장착되는 헤드라이너의 소재로는 레진 펠트(resin felt), 페이퍼 보드(paper board), 폴리우레탄 경질 발포체, 폴리프로필렌 수지, 골판지 등이 있다.
레진 펠트와 페이퍼 보드는 경화제로서 페놀수지 등을 함침시켜 제조한 것인데, 상기 페놀수지는 페놀류와 알데하이드류의 축합반응에 의하여 생성되는 열경화성 수지의 일종으로, 페놀수지의 소각시 미반응 또는 불완전 연소에 기인하여 페놀 및 알데하이드가 방출된다. 이러한 페놀 및 알데하이드는 작업환경을 포함한 생활환경의 공해물질로 작용하며, 유독성 가스를 배출하는 문제점이 있다.
폴리우레탄 경질 발포체의 경우 단열성 및 경량성은 우수하지만, 재활용성이 낮고 내충격성이 약해서 기재를 제조하기 위한 성형공정에서 취성 파괴가 쉽게 일어나기 쉬우며, 내후성이 나빠 장시간 사용할 경우에 변색이나 폼 셀의 바스러짐이 발생하는 등의 내구성이 떨어지는 문제점이 있다.
폴리프로필렌 수지의 경우에는 가공과정이나 기후 조건에 따라 변형율이 크고, 치수 안정성이 낮다는 한계가 있다.
또한, 전술한 종래의 자동차 내장용 헤드라이너 소재는 단가가 높고, 장기간 사용시 변형되기 쉽고, 인체 및 환경에 유해하다는 포괄적인 문제점이 있다.
따라서, 인체에 무해하고, 환경친화적이며, 치수 안정성이 우수할 뿐만 아니라 내구성이 뛰어나고 경량화가 가능하여 차량의 연비 개선이 유리한 차량용 헤드라이너 소재의 개발이 절실히 요구되고 있다.
한국공개특허 제2013-0120567호
본 발명은 인체에 무해하고, 환경친화적이며, 치수 안정성이 우수할 뿐만 아니라 내구성이 뛰어나고 경량화가 가능하여 차량의 연비 개선이 유리한 차량용 헤드라이너 소재 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여,
제1 폴리에스테르 발포 시트층; 제1 필름층; 무기 섬유 매트층; 제2 필름층; 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층이 순차 적층된 구조이고,
단위 면적당 평균 중량은 950 내지 1,500 g/m2 범위이며,
ASTM D790에 의거하여 시편의 지지 간격(Span)을 100 mm로 고정하고 5 mm/min 속도로 굴곡 하중을 가할 때 측정된 굴곡 탄성률이 400 내지 1,500 Mpa 범위인 차량용 헤드라이너 기재를 제공한다.
또한, 본 발명은 차량용 헤드라이너 기재의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 헤드라이너 기재는 인체에 무해하고, 환경친화적일 뿐만 아니라, 무기 섬유 매트층의 양면에 폴리에스테르 시트층을 포함하는 구조를 가져 치수 안정성이 우수하고, 높은 굴곡 탄성률 및 굴곡강도를 가져 외부 충격에 대한 내구성이 뛰어나며, 경량화가 가능하여 차량의 연비 개선이 유리한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 헤드라이너 기재의 적층 구조를 나타낸 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서 "헤드라이너"는 차량의 실내 천장 부위에 사용되는 소재를 의미한다.
아울러, 본 발명에서 단위 "T"는, 무기 섬유 매트층, 폴리에스테르 발포 시트층 및/또는 필름층의 두께를 나타내는 것으로서, 단위 "mm"와 동일할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
차량용 헤드라이너 기재
본 발명은 일실시예에서,
제1 폴리에스테르 발포 시트층; 제1 필름층; 무기 섬유 매트층; 제2 필름층; 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층이 순차 적층된 구조이고,
단위 면적당 평균 중량은 950 내지 1,500 g/m2 범위이며,
ASTM D790에 의거하여 시편의 지지 간격(Span)을 100 mm로 고정하고 5 mm/min 속도로 굴곡 하중을 가할 때 측정된 굴곡 탄성률이 400 내지 1,500 MPa 범위인 차량용 헤드라이너 기재를 제공한다.
본 발명에 따른 상기 차량용 헤드라이너 기재는 1 이상의 폴리에스테르 발포 시트층, 1 이상의 필름층 및 무기 섬유 매트층을 포함하는 구조를 갖는다.
구체적으로, 도 1은 본 발명에 따른 차량용 헤드라이너 기재(100)의 적층 구조를 나타낸 단면도이다. 본 발명에 따른 차량용 헤드라이너 기재(100)는 무기 섬유 매트층(10)의 양면에 제1 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층 (21 및 22)이 적층되고, 무기 섬유 매트층(10)과 제1 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층 (21 및 22) 사이에는 제1 및 제2 필름층 (31 및 32)이 각각 개재된다. 즉, 본 발명에 따라 제조되는 차량용 헤드라이너 기재는 제1 폴리에스테르 발포 시트층(21), 제1 필름층(31), 무기 섬유 매트층(10), 제2 필름층(32) 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층(22)이 순차 적층된 구조를 갖는다.
이하에서, 본 발명에 따른 차량용 헤드라이너 기재를 구성하는 각 성분을 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명에서 사용되는 제1 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층은 폴리에스테르 수지를 발포하여 형성된 층으로서, 차량용 헤드라이너 기재에서 단위 면적당 중량을 크게 증가시키지 않으면서 굴곡 강도와 굴곡 탄성률을 향상시키는 역할을 수행한다.
이때, 상기 제1 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층의 단위 면적당 평균 중량은 각각 200 내지 700 g/m2 범위일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층은 단위 면적당 평균 중량이 각각 발포 시트층의 단위 면적당 중량은 200 내지 650 g/m2 범위, 200 내지 600 g/m2 범위, 200 내지 500 g/m2 범위, 300 내지 700 g/m2 범위, 300 내지 600 g/m2 범위, 300 내지 500 g/m2 범위, 300 내지 450 g/m2 범위, 또는 350 내지 450 g/m2 범위이다. 폴리에스테르 수지는 난연성, 내화학성이 우수하며 환경 호르몬이 방출되지 않는 친환경 물질로, 특히 기계적 강도가 우수한 장점을 가지고 있다.
그러나, 폴리에스테르 수지는 온도가 증가함에 따라 용융 강도가 급격히 하강하기 때문에, 발포 가능한 용융 점도를 갖는 온도 범위가 매우 좁으므로 폴리에스테르 수지를 발포하기 위해서는 용융 점도를 높이는 특수 기술과 정밀 온도 제어 설비가 필수적으로 요구되며, 이에 따라 기존에는 폴리에스테르 수지를 이용하여 발포체를 제조하는데 어려움이 있었다. 그러나, 본 발명에서는 폴리에스테르 수지의 정밀한 점도 및 온도 조절을 통해 성공적으로 발포체를 제조하였다.
하나의 예로서, 상기 폴리에스테르 발포 시트층은 압출 발포된 것일 수 있다. 발포 방법의 종류에는 크게 비드 발포 또는 압출 발포가 있는데, 상기 비드 발포는 일반적으로 수지 비드를 가열하여 1차 발포시키고 이것을 적당한 시간 숙성시킨 후 판 모양, 통 모양의 금형에 채우고 다시 가열하여 2차 발포에 의해 융착, 성형하여 제품을 만드는 방법이다. 반면, 압출 발포는 수지를 가열하여 용융시키고, 상기 수지 용융물을 연속적으로 압출 및 발포시킴으로써 공정 단계를 단순화할 수 있으며, 대량 생산이 가능하고, 비드 발포 시의 비드 사이에서 균열과, 입상 파괴 현상 등을 방지하여 보다 우수한 굴곡강도, 압축강도를 구현할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층은 차량용 헤드라이너 기재의 굴곡 탄성률과 굴곡강도에 영향을 주지 않으면서 상기 기재의 경량화를 구현할 수 있는 범위의 평균 두께로 적용될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층의 평균 두께는 각각 0.1 mm 내지 10 mm일 수 있고, 보다 구체적으로는 상기 제1 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층 각각 0.1 mm 내지 8 mm, 0.1 mm 내지 6 mm, 0.1 mm 내지 4 mm, 0.5 mm 내지 5 mm, 1 mm 내지 5 mm, 1 mm 내지 3 mm, 3 mm 내지 5 mm, 5 mm 내지 10 mm, 4 mm 내지 7 mm, 8 mm 내지 10 mm, 또는 1.5 mm 내지 2.5 mm 범위의 평균 두께를 가질 수 있다.
이와 더불어, 상기 제1 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층은 90% 이상의 셀이 폐쇄 셀(DIN ISO4590)이며, 이는 상기 발포 시트층의 DIN ISO 4590에 따른 측정값이 셀 중 90 %(v/v) 이상이 폐쇄 셀임을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 발포 시트층 중 폐쇄 셀의 비율은 발포 시트층에 포함된 전체 셀의 평균 90 내지 100% 또는 95 내지 99%일 수 있다. 본 발명에 따른 폴리에스테르 발포 시트층은 상기 범위 내의 폐쇄 셀을 가짐으로써, 차량용 헤드라이너 제조 시에 우수한 내구성, 강성 및 강도 특성을 구현할 수 있다.
이때, 상기 발포 시트층의 평균 셀 수는 1 mm2 당 1 내지 30 셀, 3 내지 25 셀, 또는 3 내지 20 셀을 포함할 수 있다. 또한, 상기 셀의 평균 크기는 100 내지 800 ㎛ 범위일 수 있다. 예를 들어, 상기 셀의 평균 크기는 100 내지 700 ㎛, 200 내지 600 ㎛ 또는 300 내지 600 ㎛ 범위일 수 있다. 여기서, 셀 크기의 편차는 예를 들어, 5% 이하, 0.1 내지 5%, 0.1 내지 4% 내지 0.1 내지 3% 범위일 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 발포 시트층은 균일한 크기의 셀들이 균일하게 발포된 것을 알 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 발포 시트층에 사용되는 폴리에스테르 수지는 테레프탈산과 1,4-부탄디올의 축중합 반응에 의하여 제조 가능하며, 방향족 혹은 지방족 폴리에스테르를 모두 포함한다. 다른 측면에서, 상기 폴리에스테르 수지는 난연 폴리에스테르, 생분해성 폴리에스테르, 탄성 폴리에스테르 및 재사용 폴리에스테르 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서 사용 가능한 폴리에스테르 수지의 종류는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate, PBT), 폴리락트산(poly lactic acid, PLA), 폴리글리코르산(polyglycolic acid, PGA), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리에틸렌 아디페이트(polyehtylene adipate, PEA), 폴리하이드록시알카노에이트(polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(polytrimethylene terephthalate, PTT) 및 폴리에틸렌 나프탈렌(polyethylene naphthalate, PEN)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 폴리에스테르 발포 시트층은 PET(polyethylene terephthalate) 발포 시트층일 수 있다. 상기 PET를 사용함으로써, 친환경적이며, 재사용에 용이할 수 있다.
다음으로, 본 발명에서 사용되는 무기 섬유 매트층은 무기 섬유로 형성된 층을 의미하며, 차량용 헤드라이너 기재에서 단위 면적당 중량을 제어함과 동시에 기재의 경도를 증가시키는 역할을 수행한다.
이때, 상기 무기 섬유는 유리 섬유, 금속 또는 금속 산화물의 침상 형태 결정, 및 카본 섬유 중 1 종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 무기 섬유는 유리 섬유(GF)일 수 있다.
또한, 상기 무기 섬유는 평균 직경이 10 내지 1,000 ㎛ 범위일 수 있으며, 보다 구체적으로는 100 내지 900 ㎛, 100 내지 800 ㎛, 100 내지 700 ㎛, 100 내지 600 ㎛, 100 내지 500 ㎛, 100 내지 400 ㎛, 200 내지 1,000 ㎛, 200 내지 800 ㎛, 200 내지 600 ㎛, 200 내지 400 ㎛, 300 내지 800 ㎛, 400 내지 600 ㎛, 500 내지 1,000 ㎛, 300 내지 500 ㎛ 또는 150 내지 300 ㎛ 범위일 수 있다. 본 발명은 무기 섬유 매트층에 포함되는 무기 섬유의 평균 직경을 상기 범위로 제어함으로써 150 g/m2 미만의 낮은 평량을 갖는 무기 섬유 매트층을 포함하여도 고강도 및 고내구성을 갖는 차량용 헤드라이너를 제공할 수 있다.
나아가, 상기 무기 섬유 매트층의 단위 면적당 평균 중량은 110 내지 140 g/m2 범위일 수 있고, 구체적으로 110 내지 135 g/m2, 110 내지 130 g/m2, 110 내지 125 g/m2, 115 내지 140 g/m2, 115 내지 135 g/m2, 115 내지 130 g/m2, 또는 118 내지 122 g/m2 범위에서 조절될 수 있다. 상기 무기 섬유 매트층의 단위 면적당 평균 중량을 상기 범위로 제어함으로써, 중량이 지나치게 증가하는 것을 방지하면서, 기재의 경도를 우수하게 유지할 수 있다.
다음으로, 본 발명에서 사용되는 제1 및 제2 필름층은 무기 섬유 매트층과 제1 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층 사이에 개재되어 무기 섬유 매트층과 폴리에스테르 발포 시트층 간의 접착력을 부여하는 기능을 수행한다.
상기 제1 및 제2 필름층은 접착력을 구현할 수 있는 1종 이상의 수지를 포함할 수 있고, 상기 수지들을 필름 형태로 성형된 열 접착 필름일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 필름층은 각각 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지 및 우레탄 수지 중 1 종 이상을 포함하는 수지를 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 상기 제1 및 제2 필름층은 헤드라이너 기재의 내구성과 재활용 가능성 측면에서 폴리에스테르 수지를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 폴리에스테르 수지는 산 성분과 디올 성분의 에스테르화 반응을 통해 형성되는 공중합체로서, 상기 산 성분은 테레프탈산(terephthalic acid)과 테레프탈산 무수물(terephtalic anhydride)과 같은 테레프탈산 유도체 등을 1종 이상 포함하고, 디올 성분으로는 에틸렌 글리콜(ethylene glycol, EG) 등의 하드 세그먼트와 함께 소프트 세그먼트로서 1.4-부탄디올(1,4-butandiol, 1,4-BD), 2-메틸-1,3-프로판디올(MPD), 디에틸렌 글리콜(diethylene glycol, DEG)이나 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜(PTMG), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리프로필렌글리콜(PPG) 등을 1종 이상 포함할 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지는 상술된 산 성분과 하드 세그먼트와 소프트 세그먼트를 포함하는 디올 성분의 공중합체를 포함함으로써 200℃ 이하, 구체적으로는 100 내지 200℃ 또는 110 내지 170℃에서 용융 접착하는 접착 성능을 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 필름층은 각각 단위 면적당 평균 중량이 5 내지 80 g/m2 범위일 수 있고, 구체적으로는 제1 및 제2 필름층은 각각 단위 면적당 평균 중량이 5 내지 70 g/m2, 5 내지 60 g/m2, 5 내지 50 g/m2, 5 내지 40 g/m2, 5 내지 30 g/m2, 15 내지 80 g/m2, 25 내지 80 g/m2, 35 내지 80 g/m2, 45 내지 80 g/m2, 55 내지 80 g/m2, 15 내지 45 g/m2, 10 내지 50 g/m2, 10 내지 30 g/m2, 15 내지 25 g/m2, 또는 18 내지 22 g/m2일 수 있다. 본 발명은 제1 및 제2 필름층의 단위 면적당 평균 중량을 상기 범위로 제어함으로써 헤드라이너 기재의 과도한 중량 증가를 막으면서, 차량 실내 천장 부위에 헤드라이너 기재의 접착 시 상술된 무기 섬유 매트층과 제1 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층의 중량 범위에 적합한 접착 성능을 구현할 수 있으며, 장기간 사용 시 무기 섬유 매트층과 제1 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층 간의 박리를 억제할 수 있다.
나아가, 상기 제1 및 제2 필름층 중 어느 하나 이상은 내부에 글래스 촙 (glass chop)을 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 글래스 촙이란, 단섬유 형태의 유리섬유를 총칭하는 의미이다. 예를 들어, 상기 글래스 촙(glass chop)은, 평균 길이가 1 내지 100 mm 범위인 단섬유 형태이다. 경우에 따라서, 상기 글래스 촙은 길이 대비 직경의 비(L/D)는 1 내지 50 범위일 수 있다. 예를 들어, 글래스 촙은 장섬유 형태의 유리 섬유를 1 내지 100 mm 범위의 평균 길이로 초핑(chopping)한 것일 수 있다.
하나의 예에서, 글래스 촙(glass chop)이 분산된 제1 및 제2 필름층은 각각 단위 면적당 중량이 95 내지 130 g/m2 범위, 구체적으로는 100 내지 120 g/m2 범위를 만족한다. 본 발명에서는 상기 헤드라이너 기재에 무기 섬유 매트층, 필름층 및 폴리에스테르 발포 시트층만 순차 적층된 경우와 대비하여, 무기 섬유 매트층과 폴리에스테르 발포 시트층 사이에 글래스 촙이 분산된 필름층을 적용한 경우, 헤드라이너 기재의 굴곡강도가 30% 이상 향상됨을 확인하였다.
본 발명은 차량용 헤드라이너 기재를 구성하는 각 구성을 상술한 바와 같이 제어함으로써 상기 기재의 경량화를 위하여 평량(즉, 단위 면적당 중량)은 크게 증가시키지 않으면서도 기재의 성능, 특히 굴곡강도, 굴곡 탄성률, 강도, 내구성, 치수 안정성, 내광성 등을 향상시킬 수 있다.
하나의 예로서, 상기 차량용 헤드라이너 기재의 단위 면적당 평균 중량은 400 내지 1,500 g/m2 범위, 400 내지 1,200 g/m2 범위, 400 내지 1,000 g/m2 범위, 400 내지 750 g/m2 범위, 700 내지 1,200 g/m2 범위, 800 내지 1,100 g/m2 범위, 950 내지 1,500 g/m2 범위, 950 내지 1,200 g/m2 범위, 900 내지 1,000 g/m2 범위, 800 내지 1,500 g/m2 범위, 900 내지 1,250 g/m2 범위, 또는 930 내지 990 g/m2 범위일 수 있다. 상기 기재는 단위 면적당 평균 중량을 상기 범위로 제어함으로써 원하는 물성을 적절하게 구현하면서 소재의 경량화를 이룰 수 있다.
또한, 상기 차량용 헤드라이너 기재는 우수한 굴곡 탄성률을 유지하여 ASTM D790에 따라 시편의 지지 간격(span)을 100 mm로 고정한 후, 굴곡 하중을 5 mm/min 속도로 가하는 조건 하에서 측정된 굴곡 탄성률(stiffness)이 400 내지 1,000 MPa 범위일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 굴곡 탄성률은 400 내지 900 MPa; 400 내지 800 MPa; 400 내지 700 MPa; 400 내지 600 MPa; 500 내지 1,000 MPa; 500 내지 800 MPa; 500 내지 600 MPa; 520 내지 600 MPa; 520 내지 570 MPa; 540 내지 560 MPa 범위일 수 있다. 상기 굴곡 탄성률은 재료의 딱딱한 정도 혹은 단단한 정도를 의미하는 것으로, 굴곡 탄성률이 상기 범위를 만족할 경우, 강성 및 내구성이 향상되어 물리적인 충격 또는 힘에 의한 변형이 적은 차량용 헤드라이너 기재를 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 헤드라이너 기재는 상기와 같은 굴곡 탄성률을 가져 이를 포함하는 차량에 충격이 가해지는 경우 헤드라이너의 변형 및/또는 파손이 적을 수 있다.
아울러, 상기 차량용 헤드라이너 기재는 우수한 굴곡강도를 가질 수 있으며, 이때 상기 굴곡강도는 2.5 kgf 내지 3.5 kgf의 범위일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 차량용 헤드라이너 기재의 굴곡강도는 2.6 kgf 내지 3.5 kgf; 2.7 kgf 내지 3.5 kgf; 2.8 kgf 내지 3.5 kgf; 2.9 kgf 내지 3.5 kgf; 2.5 kgf 내지 3.4 kgf; 2.5 kgf 내지 3.3 kgf; 2.5 kgf 내지 3.2 kgf; 2.5 kgf 내지 3.1 kgf; 2.5 kgf 내지 3.0 kgf; 2.7 kgf 내지 3.3 kgf; 2.8 kgf 내지 3.3 kgf; 2.8 kgf 내지 3.1 kgf; 2.9 kgf 내지 3.2 kgf; 2.9 kgf 내지 3.1 kgf; 또는 2.95 kgf 내지 3.05 kgf의 범위일 수 있다. 상기 굴곡강도는 ASTM D 790에 의거하여 시편의 지지 간격(Span)을 100 mm 로 고정하고 5 mm/min 속도로 굴곡 하중을 가하는 동안 초기 시편에 대하여 10 % 변형될 때의 값을 측정한 것으로, 본 발명에 따른 차량용 헤드라이너 기재는 상기 범위의 굴곡강도를 만족함으로써, 고강도로 인해 외부와의 충격에 보다 안전할 수 있고, 성형에 용이할 수 있음을 나타낸다.
이와 더불어, 상기 차량용 헤드라이너 기재는 폴리프로필렌 수지를 포함하지 않는다. 폴리프로필렌 수지는 가격 및 가공성 등의 다양한 장점에도 불구하고, 변형율 및 치수 안정성 측면에서 한계가 있다. 그러나, 본 발명은 폴리프로필렌 수지를 적용하지 않는 대신에 무기 섬유 매트층 양면에 제1 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층, 보다 구체적으로는 변형률이 적고 치수 안정성이 우수한 PET 발포 시트층을 도입함으로써 헤드라이너 기재의 강도를 향상시키는 한편 변형률 및 치수 안정성을 개선할 수 있다.
나아가, 상기 차량용 헤드라이너 기재는 내구성 및 내광성이 향상되어 하기 조건 1을 만족할 수 있다:
[조건 1]
Figure pat00001
상기 조건 1은, KS R0021의 가속 내광성 시험에 따라, 300 내지 400nm 파장의 광을 조도 255 W/m2의 광으로 90일간 조사한 전후의 치수(가로, 세로, 높이의 평균값) 변화율을 의미하며, Lt0는 처리 전의 치수를 나타내고, Lt1는 처리 후의 치수를 나타낸다.
상기 조건 1에서 치수 변화율은 구체적으로 1% 미만, 0.01 내지 0.9%, 0.05 내지 0.8% 또는 0.1 내지 0.6% 일 수 있다. 이때, 치수 변화율은 차량용 내외장재의 처리 전(광을 조사하기 전) 체적(Tt0)이 1 m3일 때의 치수 변화율일 수 있다. 본 발명에 따른 차량용 헤드라이너 기재는 치수 변화율이 상기 범위를 만족함으로써, 향상된 내구성 및 내광성을 제공하며, 장기간 사용 시에도 자외선에 의한 변형 및 손상을 방지할 수 있다.
차량용 헤드라이너 기재의 제조방법
또한, 본 발명은 일실시예에서, 상기 차량용 헤드라이너 기재의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 헤드라이너 기재의 제조방법은 상기 차량용 헤드라이너 기재의 제조방법은 특별히 한정되지 않으나, 가압 및 가열 조건에서 열 융착 또는 열 접합을 통해 제조할 수 있다. 구체적으로, 상기 차량용 헤드라이너 기재의 제조방법은 제1 폴리에스테르 발포 시트층; 제1 필름층; 무기 섬유 매트층; 제2 필름층; 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층을 순차 적층하고, 가열 및 가압 조건에서 성형하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 성형하는 단계는 100 내지 250℃의 온도, 구체적으로는 100 내지 220℃; 100 내지 200℃; 100 내지 150℃; 150 내지 250℃; 140 내지 190℃; 170 내지 190℃; 175 내지 185℃; 160 내지 180℃; 또는 165 내지 175℃의 온도에서 1 내지 3 분 동안 압착을 통해 수행될 수 있다. 또한, 경우에 따라서, 상기 성형하는 단계 전에 180 내지 220℃의 온도에서 1 내지 3분 동안 예열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
나아가, 상술한 본 발명에 따른 폴리에스테르 발포 시트층, 무기 섬유 매트층 및 필름층 중 어느 하나 이상의 층은, 경우에 따라서 친수화 기능, 방수 기능, 난연 기능 또는 자외선 차단 기능을 가질 수 있으며, 계면활성제, 자외선 차단제, 친수화제, 난연제, 열 안정제, 방수제, 셀 크기 확대제, 적외선 감쇠제, 가소제, 방화 화학 약품, 안료, 탄성 폴리머, 압출 보조제, 산화방지제, 기핵제, 공전 방지제 및 UV 흡수제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 기능성 첨가제를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 본 발명에 따른 폴리에스테르 발포 시트층, 무기 섬유 매트층, 및 필름층 중 어느 하나 이상의 층은 경우에 따라서, 증점제, 기핵제, 열 안정제 및 발포제를 포함할 수 있다.
상기 증점제는 특별히 한정하지 않으나, 본 발명에서는 예를 들면 피로멜리트산 이무수물(PMDA)이 사용될 수 있다.
상기 기핵제의 예로는, 탈크, 마이카, 실리카, 규조토, 알루미나, 산화티탄, 산화 아연, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 수산화칼슘, 탄산칼륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 황산칼륨, 황산바륨, 탄산수소나트륨, 글래스 비드 등의 무기 화합물을 들 수 있다. 이러한 기핵제는 기능성 부여, 가격 절감 등을 역할을 할 수 있다. 구체적으로 본 발명에서는 탈크(Talc)가 사용될 수 있다.
상기 열 안정제는, 유기 또는 무기 인 화합물일 수 있다. 상기 유기 또는 무기 인 화합물은, 예를 들어, 인산 및 그 유기 에스테르, 아인산 및 그 유기 에스테르일 수 있다. 그 예로서, 상기 열 안정제는 상업적으로 입수 가능한 물질로서, 인산, 알킬 포스페이트 또는 아릴 포스페이트일 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 열 안정제는 트리페닐 포스페이트일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 열적 안정성을 향상시킬 수 있는 것이라면, 통상적인 범위 내에서 제한 없이 사용 가능하다.
상기 발포제의 예로는, N2, CO2, 프레온, 부탄, 펜탄, 네오펜탄, 헥산, 이소헥산, 헵탄, 이소헵탄, 메틸클로라이드 등의 물리적 발포제 또는 아조디카르본아마이드(azodicarbonamide)계 화합물, p,p'-옥시비스(벤젠술포닐하이드라지드)[p,p'-oxy bis (benzene sulfonyl hydrazide)]계 화합물, N,N'-디니트로소펜타메틸렌테트라아민(N,N'-dinitroso pentamethylene tetramine)계 화합물 등의 화학적 발포제가 있으며, 구체적으로 본 발명에서는 CO2가 사용될 수 있다.
본 발명에서 난연제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 브롬 화합물, 인 또는 인 화합물, 안티몬 화합물을 포함할 수 있다. 브롬 화합물은 예를 들어, 테트라브로모 비스페놀 A 및 데카브로모디페닐에테르 등을 포함하고, 인 또는 인 화합물은 방향족 인산에스테르, 방향족 축합 인산에스테르, 할로겐화 인산에스테르 및 적인 등을 포함하고, 안티몬 화합물은 삼산화안티몬 및 오산화안티몬 등을 포함할 수 있다.
상기 계면활성제는 특별히 한정되지 않으며, 음이온계 계면 활성제(예를 들어, 지방산염, 알킬황산 에스테르염, 알킬벤젠술폰산염, 알킬나프탈렌술폰산염, 알킬술포숙신산염, 폴리옥시에틸렌알킬황산 에스테르염 등), 비이온계 계면 활성제(예를 들어, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 등의 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 유도체, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비톨 지방산 에스테르, 글리세린지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬아민, 알킬알칸올아마이드 등), 양이온계 및 양성 이온계 계면 활성제(예를 들어, 알킬아민염, 제4급 암모늄염, 알킬베타인, 아민옥사이드 등) 및 수용성 고분자 또는 보호 콜로이드(예를 들어, 젤라틴, 메틸셀룰로오스, 하이드록시에틸셀룰로오스, 하이드록시프로필셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜, 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌블록 공중합체, 폴리아크릴아마이드, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염, 알긴산나트륨, 폴리비닐알코올 부분 비누화물 등) 등을 포함할 수 있다.
또한, 방수제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 실리콘 계열, 에폭시 계열, 시아노아크릴산 계열, 폴리비닐아크릴레이트 계열, 에틸렌비닐아세테이트 계열, 아크릴레이트 계열, 폴리클로로프렌 계열, 폴리우레탄 수지와 폴리에스테르 수지의 혼합체 계열, 폴리올과 폴리우레텐 수지의 혼합체 계열, 아크릴계 폴리머와 폴리우레탄 수지의 혼합체 계열, 폴리이미드 계열 및 시아노아크릴레이트와 우레탄의 혼합체 계열 등의 혼합물을 포함할 수 있다.
또한, 자외선 차단제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 유기계 또는 무기계 자외선 차단제일 수 있으며, 상기 유기계 자외선 차단제의 예로는 p-아미노벤조산 유도체, 벤질리덴캠포 유도체, 신남산 유도체, 벤조페논 유도체, 벤조트리아졸 유도체 및 이들의 혼합물을 들 수 있고, 상기 무기계 자외선 차단제의 예로는 이산화티탄, 산화아연, 산화망간, 이산화지르코늄, 이산화세륨 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범주가 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1.
본 발명에 따른 차량용 헤드라이너 기재를 제조하기 위해, 먼저 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 수지 100 중량부를 130℃에서 건조하여 수분을 제거하였다. 그 후, 제1 압출기에 수분이 제거된 상기 PET 수지와 함께 PET 수지 100 중량부를 기준으로 피로멜리트산 무수물 1 중량부, 탈크 1 중량부 및 Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 투입하고, 혼합하면서 280±5℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 제1 압출기에 발포제로서 탄산가스를 PET 수지 100 중량부를 기준으로 5 중량부 투입하고 압출 발포하여 폴리에스테르 발포 시트층을 2장 제조하였다. 상기 2장의 발포 시트층은 단위 면적당 평균 중량이 400±5 g/m2이고, 평균 두께가 2±0.1 mm (즉, 2±0.1T)이며, 전체 셀의 약 97±1%가 폐쇄 셀이며, 평균 셀 수가 1 mm2 당 12±5개 (평균 크기: 450±20㎛)였다.
그 후, 미리 상업적으로 입수한 단위 면적당 중량이 120±5 g/m2인 유리 섬유 매트(GF mat, 유리 섬유의 평균 직경: 180±10 ㎛)의 양면에 단위 면적당 중량이 20±2 g/m2인 열 접착 필름을 위치시키고, 그 위에 앞서 제조된 폴리에스테르 발포 시트층을 각각 적층하였다. 이때, 상기 열 접착 필름으로는 폴리에스테르 공중합체를 주성분으로 포함하는 것을 사용하였다.
상기 적층물을 성형기에 고정시키고, 170±2℃에서 90 초간 압착 및 성형하는 과정을 통해 차량용 헤드라이너 기재를 제조하였다. 제조된 차량용 헤드라이너 기재의 단위 면적당 중량은 960±2 g/m2이다.
실시예 2.
상기 실시예 1에서 제1 및 제2 필름층으로서 글래스 촙이 분산된 형태의 열 접착 필름(단위 면적당 중량: 105±2 g/m2)을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 차량용 헤드라이너 기재를 제조하였다. 제조된 차량용 헤드라이너 기재의 단위 면적당 중량은 1130±2 g/m2이다.
비교예
단위 면적당 중량이 50 g/m2인 부직포의 일면에, 폴리프로필렌 수지와 유리 섬유를 6:4의 중량비로 혼합한 층, 및 열 접착 필름을 적층한 구조의 차량용 헤드라이너 기재를 상업적으로 입수하였다(한화첨단소재 사의 상품명 '수퍼 라이드(Super Light)' 제품, 단위 면적당 중량: 920±2 g/m2).
실험예 1
본 발명에 따른 차량용 헤드라이너 기재의 외부 충격에 대한 저항성, 즉 내구성을 평가하기 위하여 하기와 같이 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 시편을 대상으로 굴곡 탄성률과 굴곡강도를 측정하였다.
구체적으로, 굴곡 탄성률 및 굴곡강도 측정은, ASTM D 790에 의거하여 시편의 지지 간격(Span)을 100 mm로 고정하고 5 mm/min 속도로 굴곡 하중을 가하는 동안 초기 시편에 대하여 10% 변형될 때의 값을 측정하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
구분 실시예 1 비교예 1
굴곡강도(kgf) 3.0 2.8
굴곡 탄성률 550 50O
상기 표 1을 참조하면, 비교예 1의 시편은 굴곡강도가 2.8 kgf이고, 굴곡 탄성률이 500 MPa인데 반해, 본 발명에 따른 실시예 1의 시편은 굴곡강도가 3.0 kgf 이상이고, 굴곡 탄성률이 비교예 1의 시편보다 10% 높은 것으로 나타났다.
이러한 결과는 본 발명에 따른 차량용 헤드라이너 기재가 외부 충격에 대한 내구성을 확보하기 위하여 종래 폴리프로필렌과 유리 섬유(GF)를 포함하는 층을 주요 층으로 구비하는 제품과 비교하여 보다 높은 굴곡강도와 굴곡 탄성률을 구현할 수 있고, 이에 따라 기재의 내구성이 보다 우수하다는 것을 나타내는 것이다.
실험예 2
본 발명에 따른 차량용 헤드라이너 기재의 치수 안정성을 평가하기 위하여 실시예 1의 시편을 대상으로 하기와 같은 실험을 수행하였다.
구체적으로, KS R0021의 가속 내광성 시험에 따라, 300 내지 400nm 파장의 광을 조도 255 W/m2의 광으로 90일간 조사하고, 광 조사 전후의 치수 변화율(즉, 가로, 세로, 높이의 평균값 변화율)을 산출하여 표 2에 나타내었다. 이때, 측정 전 체적은 1 m3 였으며, 치수 변화율은 하기 조건 1에 따라 나타내었다.
[조건 1]
Figure pat00002
조건 1에서 Lt0는 처리 전의 치수를 나타내고, Lt1는 처리 후의 치수를 나타낸다.
실시예 1 비교예 1
치수변화율(%) 0.05 0.1
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1에 따른 시편은 치수변화율이 0.1 % 미만으로 나타났으며, 이를 통해 본 발명에 따른 차량용 헤드라이너 기재는 자외선에 의한 변형을 방지함으로써 내광성 및 내구성이 월등히 향상됨을 확인하였다.
100: 차량용 헤드라이너 기재,
10: 무기 섬유 매트층,
21: 제1 폴리에스테르 발포 시트층,
22: 제2 폴리에스테르 발포 시트층,
31: 제1 필름층,
32: 제2 필름층.

Claims (10)

  1. 제1 폴리에스테르 발포 시트층; 제1 필름층; 무기 섬유 매트층; 제2 필름층; 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층이 순차 적층된 구조이고,
    단위 면적당 평균 중량은 500 내지 1,500 g/m2 범위이며,
    ASTM D790에 의거하여 시편의 지지 간격(span)을 100 mm로 고정하고 5 mm/min 속도로 굴곡 하중을 가할 때 측정된 굴곡 탄성률(stiffness)이 400 내지 1,500 Mpa 범위인 차량용 헤드라이너 기재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층의 단위 면적당 평균 중량은 각각 200 내지 700 g/m2 범위인 차량용 헤드라이너 기재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층의 평균 두께는 각각 0.1 mm 내지 10 mm인 차량용 헤드라이너 기재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    무기 섬유 매트층의 단위 면적당 평균 중량은 100 내지 140 g/m2 범위인 차량용 헤드라이너 기재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 필름층의 단위 면적당 평균 중량은 각각 5 내지 80 g/m2 범위인 차량용 헤드라이너 기재.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 필름층은 각각 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지 및 우레탄 수지 중 1종 이상을 포함하는 수지를 포함하는 조성물로부터 형성된 차량용 헤드라이너 기재.
  7. 제 1 항에 있어서,
    하기 조건 1을 만족하는 차량용 헤드라이너 기재:
    [조건 1]
    Figure pat00003

    상기 조건 1은, KS R 0021의 가속 내광성 시험에 따라, 300 내지 400nm 파장의 광을 조도 255 W/m2의 광으로 90일간 조사한 전후의 치수(가로, 세로, 높이의 평균값) 변화율을 의미하며, Lt0는 처리 전의 치수를 나타내고, Lt1는 처리 후의 치수를 나타낸다.
  8. 제 6 항에 있어서,
    차량용 헤드라이너 기재는, ASTM D790에 따라 시편의 지지 간격(span)을 100 mm로 고정한 후, 굴곡 하중을 5 mm/min 속도로 가하는 조건 하에서 측정된 굴곡강도가 2.5 kgf 내지 3.5 kgf인 차량용 헤드라이너 기재.
  9. 제1 폴리에스테르 발포 시트층; 제1 필름층; 무기 섬유 매트층; 제2 필름층; 및 제2 폴리에스테르 발포 시트층을 순차 적층하고, 가열 및 가압 조건에서 성형하는 단계를 포함하는 차량용 헤드라이너 기재의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    가열 온도는 100℃ 내지 250℃인 차량용 헤드라이너 기재의 제조방법.
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