KR20200086399A - 차량 내장 스킨용 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 차량 내장 스킨 - Google Patents

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skin
interior skin
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KR1020190002210A
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손창완
권대영
이재찬
김훈정
이규민
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현대모비스 주식회사
한화글로벌에셋 주식회사
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Abstract

차량 내장 스킨용 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 차량 내장 스킨과 관련한 발명이 개시된다. 구체예에서 상기 차량 내장 스킨용 조성물은 폴리올 화합물 30~70 중량%; 지환족 디이소시아네이트계 경화제 5~40 중량%; 및 방향족 글리콜계 사슬연장제 5~30 중량%;를 포함한다.

Description

차량 내장 스킨용 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 차량 내장 스킨 {A COMPOSITION FOR AUTOMOBILE INTERIOR SKIN, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND AUTOMOBILE INTERIOR SKIN MANUFACTURED USING THE SAME}
본 발명은 차량 내장 스킨용 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 차량 내장 스킨에 관한 것이다.
크래쉬 패드(Crash pad)는 인스트루먼트 패널(instrument panel) 이라고도 하며, 차량의 내장부품으로 운전석의 전면의 유리 하단에 장착된다. 상기 크래쉬 패드 내부에는 에어백이 내장되는데, 에어백은 사고시 크래쉬 패드의 심라인(seamline)을 찢고 전개되어, 외부 충격으로부터 탑승자의 생명을 보호하는 역할을 하는 등, 디자인, 편의성 및 안정성 측면에서 매우 중요한 부품이다.
도 1은 일반적인 차량용 크래쉬 패드를 나타낸 것이며, 도 2는 일반적인 크래쉬 패드의 단면을 나타낸 것이다. 상기 도 1 및 도 2를 참조하면, 크래쉬 패드(100)는, 코어층(1), 코어층(1) 표면에 발포층(2) 및 발포층(2) 표면에 형성되는 스킨층(3)을 포함한다. 여기서 스킨층(3)은 디자인성과 감성을 강조하기 위해, 실제 가죽의 외관과 느낌을 가질 수 있는 재질 및 도료를 이용하여 형성된다. 또한, 스킨층(3)에는 에어백의 전개를 위하여 스킨 스코어링(skin scoring) 가공하여, 스코어링(4)을 형성할 수 있다. 상기 스킨 스코어링은 레이저(laser), 핫나이프(hot knife), 울트라소닉 나이프(ultrasonic knife), 콜드 나이프(cold knife) 및 밀링(milling) 등의 공정법을 이용하여 실시된다.
그러나, 상기 스킨스코어링 공정을 적용시 공정비 상승, 공정 싸이클 시간의 증가, 스코어링 후 잔존량 관리를 위한 인건비와 작업시간의 상승과, 스코어링으로 인한 크래쉬 패드 외관의 심라인 노출 등의 문제를 가지고 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 플라스틱 코어층에 진공 성형 원단을 감싸는 구조를 적용하여, 스킨 스코어링을 삭제하는 공정이 적용되고 있으나, 상기 스킨층, 발포층 및 플라스틱 코어층으로 이루어지는 크래쉬 패드에 스킨 스코어링을 삭제하는 기술은 전무한 실정이다.
한편, 최근에는 파우더 슬러쉬 몰드(powder slush mould, PSM) 공법을 사용하여 크래쉬 패드용 스킨을 제조하고 있는데, 상기 파우더 슬러쉬 몰드 공법의 경우 진공성형공법에 비하여 보다 부드러운 감촉 및 선명한 엠보싱(Embossing)을 제공할 수 있어 중형차 이상의 고급차종에 사용되는 내장재 부품의 스킨 제조에 사용되고 있다.
본 발명과 관련한 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제2015-0135708호(2015.12.03 공개, 발명의 명칭: 크래쉬 패드용 스킨 제조방법)가 있다.
본 발명의 목적은 경량성과 기계적 물성이 우수한 차량 내장 스킨용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 외관성 및 촉감 등의 감성이 우수한 차량 내장 스킨용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 공정 단순화 및 원가 절감으로 인한 경제성이 우수한 차량 내장 스킨용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 혼합성 및 성형성이 우수한 차량 내장 스킨용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 에어백 전개 성능이 우수한 차량 내장 스킨용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 차량 내장 스킨용 조성물 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 차량 내장 스킨용 조성물을 이용하여 제조된 차량 내장 스킨을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 차량 내장 스킨을 포함하는 차량 내장 부품을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 차량 내장 스킨용 조성물에 관한 것이다. 상기 차량 내장 스킨용 조성물은 폴리올 화합물 30~70 중량%; 지환족 디이소시아네이트계 경화제 5~40 중량%; 및 방향족 글리콜계 사슬연장제 5~30 중량%;를 포함한다.
한 구체예에서 상기 폴리올 화합물은 수평균분자량(Mn)이 500~6,000g/mol 이며, 상기 폴리올 화합물은 폴리에스테르폴리올, 폴리에테르폴리올, 폴리카보네이트디올 및 에테르 함유 폴리에스테르폴리올 중 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 지환족 디이소시아네이트계 경화제는 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 및 디시클로헥실메탄-4,4'-디이소시아네이트 중 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 지환족 디이소시아네이트계 경화제 및 방향족 글리콜계 사슬연장제는 1:1 내지 5:1 중량비로 포함될 수 있다.
한 구체예에서 상기 방향족 글리콜계 사슬연장제는 하이드록시퀴논 비스(2-하이드록시에틸)에테르를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 차량 내장 스킨용 조성물은 힌더드 아민계 광안정제 0.1~5 중량%; 및 내가수분해제 0.05~5 중량%;중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 힌더드 아민계 광안정제는 수평균분자량이 1,000~5,000g/mol 이며, 상기 내가수분해제는 수평균분자량이 10,000~50,000g/mol 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 차량 내장 스킨용 조성물은 평균 입경이 140~300㎛ 이고, 겉보기 비중이 0.3 g/cm3 이상일 수 있다.
한 구체예에서 상기 차량 내장 스킨용 조성물은 ASTM D 1238에 의거하여 측정한 용융흐름지수(185℃, 2.16kg 하중)가 20~100g/10min 이며, ASTM D 2240에 의거하여 측정한 경도(shore A)가 65~90 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 차량 내장 스킨용 조성물은 ASTM D638에 의거하여 측정한 인장강도가 3~20 MPa 이고, 신율이 200~600% 일 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 차량 내장 스킨용 조성물 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 차량 내장 스킨용 조성물 제조방법은 상기 차량 내장 스킨용 조성물을 혼련하여 중간성형체를 제조하는 단계; 상기 중간성형체를 -60℃ 이하에서 건조 및 분쇄하여 분쇄물을 제조하는 단계; 상기 분쇄물을 80℃ 이상에서 1차 교반하는 단계; 및 상기 1차 교반된 분쇄물을 2차 교반하는 단계;를 포함한다.
한 구체예에서 상기 중간성형체는 -60℃~-190℃에서 건조될 수 있다.
한 구체예에서 상기 분쇄물을 제조하는 단계 이후, 상기 분쇄물 100 중량부에 건조제 0.05~5 중량부를 투입하여 1차 교반을 실시할 수 있다.
한 구체예에서 상기 1차 교반은 상기 분쇄물을 80~110℃에서 500~1,500rpm으로 교반하는 것이며, 상기 2차 교반은 상기 1차 교반된 분쇄물을 200~1,000rpm으로 교반하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점은 상기 차량 내장 스킨용 조성물을 이용하여 제조된 차량 내장 스킨에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 관점은 상기 차량 내장 스킨, 또는 상기 차량 내장 스킨용 조성물로 형성된 스킨층을 포함하는 차량 내장 부품에 관한 것이다.
한 구체예에서 상기 차량 내장 부품은 크래쉬 패드(crash pad), 도어 트림(door trim), 플로어 콘솔(floor console) 또는 암 레스트(arm rest) 일 수 있다.
다른 구체예에서 상기 차량 내장 부품은 코어층; 상기 코어층의 표면에 형성되는 발포층; 및 상기 발포폼층 표면에 형성되는 스킨층;을 포함하며, 상기 스킨층은 상기 차량 내장 스킨용 조성물을 이용하여 형성된다.
한 구체예에서 상기 스킨층은 상기 차량 내장 스킨용 조성물을 이용하여, 파우더 슬러시 몰딩(powder slush molding) 성형하여 형성될 수 있다.
한 구체예에서 상기 스킨층 및 코어층은 스코어링(scoring) 가공을 실시하지 않은 것일 수 있다.
본 발명에 따른 차량 내장 스킨용 조성물은 분체 형태로 제조시, 분체 흐름성, 혼합성 및 성형성이 우수하며, 차량 내장 스킨용 조성물을 이용하여 제조된 차량 내장 스킨은 외관성 및 촉감 등의 감성이 우수하고, 스킨의 발포층과 스킨층 사이의 접착력이 우수하며, 외부 충격시 에어백 전개 성능이 우수하고, 경량성 및 기계적 물성이 우수하며, 공정 단순화 및 원가 절감으로 인한 경제성이 우수할 수 있다.
도 1은 일반적인 차량용 크래쉬 패드를 나타낸 것이다.
도 2는 일반적인 크래쉬 패드의 단면을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 한 구체예에 따른 차량 내장 스킨용 조성물의 제조방법을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 차량 내장 스킨을 포함하는 차량 내장 부품의 단면을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 크래쉬 패드의 에어백 전개능 평가 결과를 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명에 대한 비교예 크래쉬 패드의 에어백 전개능 평가 결과를 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 크래쉬 패드의 에어백 전개 후의 도어부 형상을 나타낸 사진이다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
차량 내장 스킨용 조성물
본 발명의 하나의 관점은 차량 내장 스킨용 조성물에 관한 것이다. 상기 차량 내장 스킨용 조성물은 폴리올 화합물 30~70 중량%; 지환족 디이소시아네이트계 경화제 5~40 중량%; 및 방향족 글리콜계 사슬연장제 5~30 중량%;를 포함한다.
이하, 상기 차량 내장 스킨용 조성물의 구성 성분에 대하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
폴리올 화합물
상기 폴리올 화합물은 상기 지환족 디이소시아네이트계 경화제 및 사슬연장제와 반응하여, 열가소성 폴리우레탄(thermoplastic polyurethane), 또는 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머(thermoplastic polyurethane elastomer)를 형성한다.
한 구체예에서 상기 폴리올 화합물은 수평균분자량(Mn)이 500~6,000g/mol 일 수 있다. 상기 분자량 조건에서 상기 차량 내장 스킨의 내화학성 및 내열성이 우수할 수 있다.
예를 들면 상기 폴리올 화합물은 수평균분자량(Mn)이 500~6,000g/mol인 폴리에스테르폴리올(polyester polyol), 폴리에테르폴리올(polyether polyol), 폴리카보네이트디올(polycarbonate diol) 및 에테르(ether) 함유 폴리에스테르폴리올 중 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 폴리에스테르폴리올은, 폴리카프로락톤 디올(polycaprolactone diol)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 에테르 함유 폴리에스테르폴리올을 포함할 수 있다.
상기 에테르 함유 폴리에스테르폴리올은 다관능 카르복실산 화합물, 다관능 알코올 화합물 및 폴리테트라메틸렌에테르글리콜을 포함하는 제1 혼합물을 1차 가열온도: 140~160℃까지 승온하여 약 60~120 분 동안 유지하는 단계; 2차 가열온도: 210~230℃까지 승온하여 약 10~120 분 동안 유지하는 단계; 상기 2차 가열온도에서 650~760mmHg의 진공 조건을 적용하여 상기 가열된 제1 혼합물의 산가(acid value)가 1mgKOH/g 이하가 되면 반응을 종료하는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.
한 구체예에서 상기 제조된 에테르 함유 폴리에스테르폴리올은 수산가(hydroxyl value)가 1~250mgKOH/g일 수 있다. 상기 범위에서 상기 조성물 구성 성분의 반응성 및 내열성이 우수할 수 있다. 예를 들면 11.22~224.11mgKOH/g일 수 있다.
한 구체예에서 상기 다관능 카르복실산 화합물은 아디프산(adipic acid), 스베릭산(sbelic acid), 아벨산(abelic acid), 아젤릭산(azelic acid), 세바스산(sebacic acid), 도데칸디온산(dodecandioicacid) 및 트리메릭산(trimeric acid) 중 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 다관능 알코올 화합물은 1,4-부틸렌글리콜(1,4-butylene glycol), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 부탄디올(butane diol), 헥산디올(hexane diol) 및 트리메틸올프로판(trimethylol propane) 중 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG)은 수산가가 50~600 mgKOH/g인 것을 사용할 수 있다. 상기 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 수산가가 50 mgKOH/g 미만이면 분자량이 지나치게 커서 합성하고자 하는 폴리에스테르폴리올 분자 구조 내에 화학적으로 결합하지 못하는 문제가 발생할 수 있고, 600 mgKOH/g 초과시 분자량이 지나치게 작아서 합성하고자 하는 에테르 함유 폴리에스테르폴리올의 결정성을 낮추어 상기 열가소성 폴리우레탄(TPU)의 제조 후, 녹는점 저하에 따른 내열노화의 성능 저하를 초래할 수 있다. 예를 들면 상기 수산가가 56.1 내지 561 mgKOH/g인 것일 수 있다.
한 구체예에서 상기 폴리올 화합물은 상기 조성물 전체중량에 대하여 30~70 중량% 포함된다. 상기 폴리올 화합물을 30 중량% 미만으로 포함시 조성물의 점도가 지나치게 낮아져 혼합성 및 기계적 물성이 저하되며, 70 중량%를 초과하여 포함시 조성물의 혼합성과 성형성이 저하되며, 신율이 지나치게 증가하여, 스코어링 가공하지 않는 경우 외부 충격시 에어백(air bag)이 본 발명 차량 내장 스킨을 찢고 전개되지 않을 수 있다.
지환족 디이소시아네이트계 경화제
상기 지환족 디이소시아네이트계 경화제를 적용시, 본 발명 차량 내장 스킨의 인장강도를 확보하면서, 종래 기술보다 신율을 낮추어 스코어링 가공 없이 에어백 전개가 가능할 수 있다. 또한, 상기 지환족 디이소시아네이트계 경화제를 적용시, 본 발명의 균질한 분체(粉體) 형태의 스킨 조성물을 용이하게 제조할 수 있다.
구체예에서 상기 지환족 디이소시아네이트계 경화제는 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(4,4'-diphenylmethane diisocyanate), 이소포론 디이소시아네이트(isoporone diisocyanate) 및 디시클로헥실메탄-4,4'-디이소시아네이트(dicyclohexylmethane-4,4'- diisocyanate, H12MDI) 중 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 지환족 디이소시아네이트계 경화제를 적용시, 본 발명의 인장강도가 우수하면서, 신율이 지나치게 증가하는 것을 방지하여 본 발명 스킨의 스코어링 가공 없이도 외부 충격시 에어백이 전개 가능할 수 있다. 예를 들면 디시클로헥실메탄-4,4'-디이소시아네이트를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 지환족 디이소시아네이트계 경화제는 상기 조성물 전체중량에 대하여 5~40 중량% 포함된다. 상기 지환족 디이소시아네이트계 경화제를 5 중량% 미만으로 포함되는 경우, 상기 경화제가 폴리올과 반응하여 폴리우레탄이 용이하게 생성되지 않고, 본 발명 기계적 강도가 저하되며, 40 중량%를 초과하여 포함시 용융점도가 지나치게 증가하여, 혼합성 및 성형성이 저하될 수 있다.
방향족 글리콜계 사슬연장제
상기 방향족 글리콜계 사슬연장제는 본 발명의 차량 내장 스킨용 조성물 제조시, 사슬을 연장시키거나 가교하여, 분자량을 증가시키고 기계적 물성, 내열성 및 내화학성을 향상시키며, 종래 기술보다 신율을 낮추어 스코어링 가공 없이 에어백 전개가 가능할 수 있다. 또한, 본 발명의 균질한 분체(粉體) 형태의 스킨 조성물을 용이하게 제조할 수 있다.
한 구체예에서 상기 방향족 글리콜계 사슬연장제는 하이드록시퀴논 비스(2-하이드록시에틸)에테르(Hydroquinone bis(2-hydroxyethyl)ether, HQEE)를 포함할 수 있다. 상기 사슬연장제를 적용시, 본 발명 조성물의 성형성이 우수하면서, 본 발명의 스킨이 목표로 하는 인장강도 및 경도를 확보하면서, 신율이 지나치게 증가하는 것을 방지할 수 있다.
한 구체예에서 상기 방향족 글리콜계 사슬연장제는 상기 조성물 전체중량에 대하여 5~30 중량% 포함된다. 상기 방향족 글리콜계 사슬연장제를 5 중량% 미만으로 포함시 본 발명의 기계적 강도 및 내열성이 저하되며, 30 중량%를 초과하여 포함시, 외관성이 저하되고, 상기 스킨의 신율이 지나치게 증가하여 외부 충격시 에어백이 본 발명 차량 내장 스킨을 찢고 전개되지 않을 수 있다.
한 구체예에서 상기 지환족 디이소시아네이트계 경화제 및 방향족 글리콜계 사슬연장제는 1:1 내지 5:1 중량비로 포함될 수 있다. 상기 함량범위로 포함시, 본 발명의 인장강도 등 기계적 물성이 우수하고, 신율이 지나치게 증가하는 현상을 방지하면서, 성형성이 우수할 수 있다.
광안정제
한 구체예에서 상기 차량 내장 스킨용 조성물은 힌더드 아민계 광안정제(HALS)를 더 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 힌더드 아민계 광안정제는 수평균분자량이 1,000~5,000g/mol인, 폴리머형 힌더드 아민계 광안정제를 포함할 수 있다. 상기 수평균분자량 범위의 힌더드 아민계 광안정제를 적용시, 본 발명의 상용성, 내광성과 장기 내열 안정성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 힌더드 아민계 광안정제로는, 폴리[[6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-1,3,5-트리아진-2,4-디일][(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]-1,6-헥산디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노](poly[[6-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)amino]-1,3,5-triazine-2,4-diyl] [(2,2,6,6-tetramethyl-4-pyperidinyl)imino]-1,6-hexanediyl[(2,2,6,6-tetramethyl-4-pyperidinyl)imino])를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 힌더드 아민계 광안정제는 상기 조성물 전체중량에 대하여 0.1~5 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상용성 및 내광성이 우수할 수 있다.
내가수분해제
한 구체예에서 상기 차량 내장 스킨용 조성물은 내가수분해제를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 카보디이미드계 내가수분해제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 폴리카보디이미드(polycarbodiimide)를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 내가수분해제는 수평균분자량이 10,000~50,000g/mol인, 폴리머형 내가수분해제를 포함할 수 있다. 상기 범위에서 내열성이 우수하며, 본 발명의 조성물 제조시 물성 저하를 방지할 수 있다.
한 구체예에서 상기 내가수분해제는 상기 조성물 전체중량에 대하여 0.05~5 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상용성 및 내가수분해성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 광안정제 및 내가수분해제는 1:1~5:1 중량비로 포함될 수 있다. 상기 중량 범위로 포함시, 상기 성분들 사이의 예측할 수 없는 상승효과가 발생하여 본 발명의 혼합성이 우수하면서, 기계적 물성, 내광성, 내열성 및 내가수분해성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 차량 내장 스킨용 조성물은 평균 입경이 140~300㎛ 이고, 겉보기 비중이 0.3 g/cm3 이상일 수 있다. 상기 평균 입경 및 겉보기 비중 조건에서, 파우더 슬러시 몰딩시 조성물의 혼합성 및 성형성이 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 겉보기 비중은 0.3~5 g/cm3 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 차량 내장 스킨용 조성물은 ASTM D 1238에 의거하여 측정한 용융흐름지수(185℃, 2.16kg 하중)가 20~100g/10min 이며, ASTM D 2240에 의거하여 측정한 경도(shore A)가 65~90일 수 있다. 상기 조건에서 파우더 슬러시 몰딩시 조성물의 혼합성 및 성형성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 차량 내장 스킨용 조성물은 ASTM D638에 의거하여 측정한 인장강도가 3~20 MPa 이고, 신율(파단 신율)이 200~600% 일 수 있다. 상기 조건에서 우수한 인장강도를 확보하면서, 스코어링 가공 없이도 외부 충격시 에어백(air bag)이 본 발명 차량 내장 스킨을 용이하게 찢고 전개될 수 있다. 예를 들면 상기 신율은 300~500%일 수 있다.
한 구체예에서 상기 조성물로 제조된 차량 내장 스킨의 두께는 0.5mm 이상일 수 있다. 예를 들면 상기 차량 내장 스킨의 두께는 0.5~0.8mm 이며, 상기 신율은 300~500%일 수 있다.
차량 내장 스킨용 조성물 제조방법
본 발명의 다른 관점은 상기 차량 내장 스킨용 조성물 제조방법에 관한 것이다. 도 3은 본 발명의 한 구체예에 따른 차량 내장 스킨용 조성물 제조방법을 나타낸 것이다. 상기 도 3을 참조하면 상기 차량 내장 스킨용 조성물 제조방법은 (S10) 중간성형체 제조단계; (S20) 분쇄물 제조단계; (S30) 1차 교반단계; 및 (S40) 2차 교반단계;를 포함한다. 좀 더 구체적으로, 상기 차량 내장 스킨용 조성물 제조방법은 (S10) 상기 차량 내장 스킨용 조성물을 혼련하여 중간성형체를 제조하는 단계; (S20) 상기 중간성형체를 -60℃ 이하에서 건조 및 분쇄하여 분쇄물을 제조하는 단계; (S30) 상기 분쇄물을 80℃ 이상에서 1차 교반하는 단계; 및 (S40) 상기 1차 교반된 분쇄물을 2차 교반하는 단계;를 포함한다.
이하, 상기 차량 내장 스킨용 조성물 제조방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
(S10) 중간성형체 제조단계
상기 단계는 차량 내장 스킨용 조성물을 압출기에 투입하여 용융 및 혼련하여, 펠렛(pellet) 형태의 중간성형체를 제조하는 단계이다. 예를 들면, 상기 차량 내장 스킨용 조성물을 압출기 투입하고 130~250℃에서 용융 및 혼련한 다음, 압출하여 물로 냉각 후 커팅하여, 펠렛 형태의 중간성형체를 제조할 수 있다. 상기 차량 내장 스킨용 조성물 구성 성분과 함량은, 전술한 바와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
(S20) 분쇄물 제조단계
상기 단계는 상기 중간성형체를 -60℃ 이하에서 건조 및 분쇄하여 분쇄물을 제조하는 단계이다. 상기 중간성형체를 -60℃를 초과하는 온도에서 건조하는 경우, 분쇄물의 입경이 균질하지 않으며, 파우더 슬러쉬 성형시, 성형성이 크게 저하되고, 제조된 차량 내장 스킨의 외관 품질 또는 기계적 물성이 저하될 수 있다. 예를 들면 상기 중간성형체는 -60℃~-190℃에서 건조될 수 있다.
(S30) 1차 교반단계
상기 단계는 상기 분쇄물을 80℃ 이상에서 1차 교반하여 교반물을 제조하는 단계이다. 상기 분쇄물을 80℃ 미만의 온도로 1차 교반시, 건조가 제대로 이루어지지 않아 파우더 슬러시 성형시 성형성이 저하될 수 있다. 예를 들면, 상기 1차 교반은 분쇄물을 핫믹서(hot mixer)에 투입하고, 날 회전속도 500~1500rpm에서 80~110℃ 조건으로 교반할 수 있다. 상기 1차 교반 조건에서 균질한 분체 형태의 조성물의 제조가 가능하며, 파우더 슬러시 공정시 성형성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 분쇄물 제조단계 이후, 상기 분쇄물 100 중량부에 건조제 0.05~5 중량부를 투입하여 1차 교반을 실시할 수 있다. 상기 조건에서 상기 분쇄물의 건조가 용이하게 이루어질 수 있다.
(S40) 2차 교반단계
상기 단계는 상기 1차 교반된 분쇄물을 2차 교반하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 2차 교반은 상기 교반물을 냉각믹서(cooling mixer)에 투입한 다음, 날 회전속도 200~1,000rpm에서 30~300초 동안 교반할 수 있다. 상기 2차 교반 조건에서 균질한 분체 형태의 조성물의 제조가 가능하며, 파우더 슬러시 공정시 성형성이 우수할 수 있다. 예를 들면, 상기 2차 교반은 상기 1차 교반된 분쇄물을 상온까지 냉각시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 제조된 차량 내장 스킨용 조성물은 평균 입경이 140~200㎛ 이고, 겉보기 비중이 0.3 g/cm3 이상일 수 있다. 상기 평균 입경 및 겉보기 비중 조건으로 조성물 제조시, 파우더 슬러시 몰딩 공정시 조성물의 혼합성 및 성형성이 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 겉보기 비중은 0.3~5 g/cm3 일 수 있다.
차량 내장 스킨용 조성물을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 차량 내장 스킨
본 발명의 또 다른 관점은 상기 차량 내장 스킨용 조성물을 이용하여 제조된 차량 내장 스킨에 관한 것이다. 본 발명에 따른 차량 내장 스킨용 조성물은 분체 형태로 제조시, 분체 흐름성, 혼합성 및 성형성이 우수하며, 차량 내장 스킨용 조성물을 이용하여 제조된 차량 내장 스킨은 외관성 및 촉감 등의 감성이 우수하고, 경량성과 기계적 물성이 우수하며, 공정 단순화 및 원가 절감으로 인한 경제성이 우수할 수 있다.
차량 내장 스킨을 포함하는 차량 내장 부품
본 발명의 또 다른 관점은 상기 차량 내장 스킨, 또는 상기 차량 내장 스킨용 조성물로 형성된 스킨층을 포함하는 차량 내장 부품에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 차량 내장 부품은 크래쉬 패드(crash pad), 도어 트림(door trim), 플로어 콘솔(floor console) 또는 암 레스트(arm rest) 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예를 들면 상기 차량 내장 부품은, 크래쉬 패드일 수 있다. 하기 도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 차량 내장 스킨을 포함하는 차량 내장 부품의 단면을 나타낸 것이다. 상기 도 4를 참조하면 차량 내장 부품(크래쉬 패드)(200)는 코어층(10); 코어층(10) 표면에 형성되는 발포층(20); 및 발포층(20) 표면에 형성되는 스킨층(30);을 포함하며, 스킨층(30)은 상기 차량 내장 스킨용 조성물을 이용하여 형성된 것일 수 있다.
코어층(10)은 운전석 및 조수석의 전방을 형성하며, 충돌 및 전복 사고시에는 외부 충격으로부터 탑승자를 보호하는 역할을 한다. 또한 에어백 모듈이 장착되는 삽입홀이 형성되며, 에어컨이 구비되는 장착부 등이 형성될 수 있다. 한 구체예에서 코어층은 폴리카보네이트계 수지 및 스티렌계 수지를 포함하는 매트릭스 수지 및 무기충전재를 포함할 수 있다. 상기 스티렌계 수지는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지를 포함할 수 있다. 한 구체예에서 상기 매트릭스 수지는, PC/ABS 수지를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 무기충전재는 탈크(talc), 휘스커(whisker), 유리 섬유, 탄소 섬유, 현무암 섬유 및 고분자 섬유중 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 코어층의 두께는 1~6mm 일 수 있다. 상기 두께로 형성시 내충격성이 우수하면서, 외부 충격시 에어백 전개능이 우수할 수 있다. 예를 들면, 3~4mm일 수 있다.
발포층(20)은 상기 크래쉬 패드의 내열성, 내충격성 및 내광성 등의 물성을 확보하고 차량 탑승자에게 쿠션감 등의 촉감 및 감성 부여를 증대시킨다. 예를 들면 상기 발포층의 두께는 3~8mm일 수 있다. 상기 두께로 형성시, 내열성, 내충격성 및 내광성 등의 물성이 우수하고 외부 충격시 에어백 전개능이 우수할 수 있다. 다른 예를 들면 3~5mm일 수 있다.
예를 들면, 스킨층(30)은 상기 차량 내장 스킨용 조성물을 이용하여, 파우더 슬러시 몰딩(powder slush molding) 성형하여 형성될 수 있다. 한 구체예에서 상기 파우더 슬러시 몰딩 성형법은 통상적인 방법으로 실시할 수 있다.
예를 들면, 상기 제조된 차량 내장 스킨용 조성물을, 160~300℃로 가열된 금형의 상형면상에 공급하고, 상기 조성물을 소정의 시간 동안 가열하여, 분체 형태의 조성물을 융착시킨다. 이때, 융착되지 않은 분말은 회수한다. 그 다음에, 상기 금형을 냉각하여 스킨층을 형성할 수 있다.
한 구체예에서 상기 스킨층의 두께는 0.5~5mm로 형성될 수 있다. 상기 범위로 형성시 기계적 물성이 우수하면서, 스코어링 가공 없이도 외부 충격시 에어백이 스킨층을 찢고 외부로 용이하게 전개될 수 있다. 예를 들면 0.5~1mm일 수 있다.
본 발명에서 스킨층 및 코어층은, 스코어링(scoring) 가공을 거치지 않고 형성될 수 있다. 본 발명의 크래쉬 패드는 스코어링 가공을 거치지 않고도, 외부 충격시 상기 에어백이 외부로 용이하게 전개될 수 있으며, 공정이 단순화되고, 비용이 절감되어 생산성 및 경제성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 현대차동차 MS 스펙 256-29에 의거하여(ISO 813 규격, 90도 박리법, 박리속도 25mm/min 조건) 측정된, 상기 스킨층과 폴리우레탄 발포층 사이의 접착강도는 0.2 kgf/cm 이상일 수 있다. 상기 조건에서 기계적 물성이 우수하면서, 에어백의 신속한 전개가 가능하고, 절개 형상이 양호할 수 있다. 예를 들면 0.2~0.6 kgf/cm 일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
제조예 : 에테르 함유 폴리에스테르폴리올 제조
아디프산 44 중량부, 1,4-부틸렌글리콜 20 중량부, 히드록실가: 448.8 mgKOH/g인 폴리테트라메틸렌에테르글리콜 36 중량부를 포함하는 제1 혼합물을 준비하였다. 상기 제1 혼합물을 상온에서부터 가열하여 1차 승온 온도: 150℃까지 승온시킨 후, 약 60 분간 유지시켰다. 그 다음 상기 1차 승온 온도에서, 2차 승온 온도: 230℃까지 승온하여, 약 30분 동안 유지시켰다. 그런 다음 상기 2차 승온 온도를 유지한 채로 720 ㎜Hg의 진공 조건을 적용한 다음, 상기 제1 혼합물의 산가가 0.3 mgKOH/g 이하가 될 때까지 반응하여, 축합수 12.3% 및 수산가: 74.8 mgKOH/g인 에테르 함유 폴리에스테르 폴리올을 제조하였다.
실시예 및 비교예
상기 실시예 및 비교예에 사용된 성분은 하기와 같다.
(A) 폴리올 화합물: (A1) 상기 제조예를 통하여 제조된 에테르 함유 폴리에스테르폴리올을 사용하였다. (A2) 폴리카보네이트 디올을 사용하였다.
(B) 경화제: (B1) 지환족 디이소시아네이트계 경화제로 디시클로헥실메탄-4,4'-디이소시아네이트를 사용하였다. (B2) 경화제로 톨루엔 디이소시아네이트를 사용하였다.
(C) 사슬연장제: (C1) 방향족 글리콜계 사슬연장제로 하이드록시퀴논 비스(2-하이드록시에틸)에테르를 사용하였다. (C2) 사슬연장제로 1,4-부틸렌글리콜을 사용하였다.
(D) 광안정제: 수평균분자량이 1,000~5,000g/mol인 힌더드 아민계 광안정제를 사용하였다(Hostavin N30, Clariant사 제조).
(E) 내가수분해제: 수평균분자량이 10,000~50,000g/mol인 카보디이미드계 내가수분해제를 사용하였다(Stabilizer 9000, Raschig사 제조).
차량 내장 스킨용 조성물 제조
실시예 1~2 및 비교예 1~6
하기 표 1의 성분과 함량을 적용하여 압출기에 투입한 다음, 용융 및 혼련하고, 수냉 커팅하여 펠렛 형태의 중간성형체를 제조하였다.
그 다음에, 상기 중간성형체를 -100℃에서 건조 및 분쇄하여 분쇄물을 제조하였다. 그 다음에, 상기 분쇄물을 핫믹서(hot mixer)에 투입하고 80~110℃의 온도에서, 날 회전속도 500~1500rpm 조건으로 1차 교반한 다음, 상기 1차 교반된 분쇄물을 냉각믹서(cooling mixer)에 투입하고 날 회전속도 200~1,000rpm에서 30~300초 동안 2차 교반하여, 분체 형태의 차량 내장 스킨용 조성물을 제조하였다.
비교예 7
상기 중간성형체를 -45℃에서 건조 및 분쇄하여 분쇄물을 제조한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 차량 내장 스킨용 조성물을 제조하였다.
Figure pat00001
상기 실시예 1~2 및 비교예 1~7의 차량 내장 스킨용 조성물에 대하여, 하기와 같이 물성을 평가하여 하기 표 2에 나타내었으며, 상기 조성물의 평균입경(㎛) 및 겉보기 비중(g/cm3)을 측정하여 상기 표 2에 나타내었다.
(1) 용융지수(g/10min): ASTM D 1238 기준에 의거하여 185℃, 2.16kg 하중 조건에서 측정하였다.
(2) 경도(쇼어 A): ASTM D 2240에 의거하여 측정하였다.
(3) 인장강도(MPa) 및 파단신율(%): ASTM D638에 의거하여 측정하였다.
Figure pat00002
차량 내장 부품( 크래쉬 패드) 제조
실시예 1~2 및 비교예 1~7
폴리프로필렌계 수지를 포함하는 매트릭스 수지, 스티렌-디엔계 중합체 및 무기충전재를 포함하는 3~4mm 두께의 코어층을 준비하고, 상기 코어층 표면에 폴리우레탄 폼을 포함하는 3~5mm 두께의 발포층을 형성하였다. 그 다음에, 상기 제조된 실시예 1~2 및 비교예 1~7의 차량 내장 스킨용 조성물을 각각 적용하여, 파우더 슬러시 몰드 성형하여 상기 발포층 표면에 두께 0.8mm의 스킨층을 형성하였다. 이때, 상기 코어층 및 스킨층은 스킨 스코어링 공정을 실시하지 않고 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1의 차량 내장 스킨용 조성물을 적용하여 파우더 슬러시 몰드 성형하여 두께 0.6mm의 스킨층을 형성한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 차량 내장 부품을 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1의 차량 내장 스킨용 조성물을 적용하여 파우더 슬러시 몰드 성형하여 두께 0.7mm의 스킨층을 형성한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 차량 내장 부품을 제조하였다.
비교예 8
상기 비교예 2(신율 620%)의 차량 내장 스킨용 조성물을 적용하여 파우더 슬러시 몰드 성형하여 두께 0.6mm의 스킨층을 형성한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 차량 내장 부품을 제조하였다.
비교예 9
상기 비교예 6(신율 730%)의 차량 내장 스킨용 조성물을 적용하여 파우더 슬러시 몰드 성형하여 두께 1mm의 스킨층을 형성한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 차량 내장 부품을 제조하였다.
비교예 10
상기 비교예 7(신율 440%)의 차량 내장 스킨용 조성물을 적용하여 파우더 슬러시 몰드 성형하여 두께 1mm의 스킨층을 형성한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 차량 내장 부품을 제조하였다.
(3) 에어백 전개능 평가시험
현대자동차 ES84500-13(Passenger airbag invisible door performance specification)에 의거하여 상기 실시예 1~4 크래쉬 패드에 대하여, 조수석 에어백(PAB (Passenger Airbag)) 모듈을 장착하고, 상온(21℃), 저온(-35℃), 및 고온(85℃) 조건에서 인플레이터 뇌관에 전기적 신호를 가하여 폭발시켜, 상기 에어백이 크래쉬 패드에 의도적으로 홈을 파놓은 심라인(Seam line) 쪽으로 찢고 나와 전개되는지 여부, 에어백 전개시 크래쉬 패드 조각이 비산하는지 여부를 확인하여 합격(Pass, P) 및 불합격(Fail, F)으로 평가하여, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 또한, 상기 실시예 1~4의 크래쉬 패드에 대하여, 현대차동차 MS 스펙 256-29에 의거하여(ISO 813 규격, 90도 박리법, 박리속도 25mm/min 조건) 측정된, 상기 스킨층과 발포층 사이의 부착강도(kgf/cm)를 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 함께 나타내었다.
Figure pat00003
하기 도 5는 상기 실시예 1, 3 및 4의 크래쉬 패드의 상온에서의 에어백 전개능 평가 결과를 나타낸 사진이며, 도 6은 상기 비교예 8 내지 10의 크래쉬 패드의 상온에서의 에어백 전개능 평가 결과를 나타낸 사진이며, 도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 크래쉬 패드의 에어백 전개 후의 도어부 형상을 나타낸 사진이다.
상기 도 5 내지 도 7의 결과를 참조하면, 본 발명의 차량 내장 스킨용 조성물을 이용하여 스킨층을 형성한 실시예 1~4는, 스킨 스코어링을 적용하지 않아도 에어백의 신속한 전개가 가능하며, 에어백 전개 후 크래쉬패드의 도어부 형상 또한 양호함을 알 수 있었다. 그러나, 본 발명의 조건을 벗어난 비교예 8~10의 경우, 에어백 전개 성능이 저하되는 것을 알 수 있었다.
상기 실시예 결과를 통해, 본 발명의 스킨용 조성물을 적용하여 스킨층 형성시, 성형성과 기계적 물성이 우수하였으며, 스킨층 및 발포층 사이의 접착력이 우수하여, 스코어링 공정 삭제시에도 외부 충격시 에어백이 신속하게 전개되었으며, 에어백 전개 후 도어부 형상 또한 양호한 것을 알 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
1: 코어층 2: 발포층
3: 스킨층 4: 스코어링
10: 코어층 20: 발포층
30: 스킨층 100, 200: 차량 내장 부품

Claims (20)

  1. 폴리올 화합물 30~70 중량%;
    지환족 디이소시아네이트계 경화제 5~40 중량%; 및
    방향족 글리콜계 사슬연장제 5~30 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 내장 스킨용 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리올 화합물은 수평균분자량(Mn)이 500~6,000g/mol 이며,
    상기 폴리올 화합물은 폴리에스테르폴리올, 폴리에테르폴리올, 폴리카보네이트디올 및 에테르 함유 폴리에스테르폴리올 중 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 내장 스킨용 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 지환족 디이소시아네이트계 경화제는 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 및 디시클로헥실메탄-4,4'-디이소시아네이트 중 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 내장 스킨용 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 지환족 디이소시아네이트계 경화제 및 방향족 글리콜계 사슬연장제는 1:1 내지 5:1 중량비로 포함되는 것을 특징으로 하는 차량 내장 스킨용 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 방향족 글리콜계 사슬연장제는 하이드록시퀴논 비스(2-하이드록시에틸)에테르를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 내장 스킨용 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 차량 내장 스킨용 조성물은 힌더드 아민계 광안정제 0.1~5 중량%; 및 내가수분해제 0.05~5 중량%; 중에서 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 내장 스킨용 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 힌더드 아민계 광안정제는 수평균분자량이 1,000~5,000g/mol이며, 상기 내가수분해제는 수평균분자량이 10,000~50,000g/mol인 것을 특징으로 하는 차량 내장 스킨용 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 차량 내장 스킨용 조성물은 평균 입경이 140~300㎛ 이고, 겉보기 비중이 0.3 g/cm3 이상인 것을 특징으로 하는 차량 내장 스킨용 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 차량 내장 스킨용 조성물은 ASTM D 1238에 의거하여 측정한 용융흐름지수(185℃, 2.16kg 하중)가 20~100g/10min 이며, ASTM D 2240에 의거하여 측정한 경도(쇼어 A) 65~90인 것을 특징으로 하는 차량 내장 스킨용 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 차량 내장 스킨용 조성물은 ASTM D638에 의거하여 측정한 인장강도가 3~20 MPa 이고, 신율이 200~600%인 것을 특징으로 하는 차량 내장 스킨용 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항중 어느 한 항의 차량 내장 스킨용 조성물을 혼련하여 중간성형체를 제조하는 단계;
    상기 중간성형체를 -60℃ 이하에서 건조 및 분쇄하여 분쇄물을 제조하는 단계;
    상기 분쇄물을 80℃ 이상에서 1차 교반하는 단계; 및
    상기 1차 교반된 분쇄물을 2차 교반하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 내장 스킨용 조성물 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 중간성형체는 -60℃~-190℃에서 건조되는 것을 특징으로 하는 차량 내장 스킨용 조성물 제조방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 분쇄물을 제조하는 단계 이후, 상기 분쇄물 100 중량부에 건조제 0.05~5 중량부를 투입하여 1차 교반을 실시하는 것을 특징으로 하는 차량 내장 스킨용 조성물 제조방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 1차 교반은 상기 분쇄물을 80~110℃에서 500~1,500rpm으로 교반하는 것이며,
    상기 2차 교반은 상기 1차 교반된 분쇄물을 200~1,000rpm으로 교반하는 것을 특징으로 하는 차량 내장 스킨용 조성물 제조방법.
  15. 제1항 내지 제10항중 어느 한 항의 차량 내장 스킨용 조성물을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 차량 내장 스킨.
  16. 제15항의 차량 내장 스킨을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 내장 부품.
  17. 제16항에 있어서, 상기 차량 내장 부품은 크래쉬 패드(crash pad), 도어 트림(door trim), 플로어 콘솔(floor console) 또는 암 레스트(arm rest)인 것을 특징으로 하는 차량 내장 부품.
  18. 코어층;
    상기 코어층의 표면에 형성되는 발포층; 및
    상기 발포폼층 표면에 형성되는 스킨층;을 포함하며,
    상기 스킨층은 제1항 내지 제10항중 어느 한 항의 차량 내장 스킨용 조성물을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 차량 내장 부품.
  19. 제18항에 있어서, 상기 스킨층은 상기 차량 내장 스킨용 조성물을 이용하여, 파우더 슬러시 몰딩(powder slush molding) 성형하여 형성되는 것을 특징으로 하는 차량 내장 부품.
  20. 제18항에 있어서, 상기 스킨층 및 코어층은 스코어링(scoring) 가공을 실시하지 않는 것을 특징으로 하는 차량 내장 부품.
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