KR20210013843A - 자동차 외장재 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소 섬유 강화 중합체 기재; 단차보상층; 및 보호 필름;을 포함하고 선영도(DOI)가 80 이상으로 표면 조도가 낮아 표면이 매끄러워 심미감을 주는 효과가 있는 자동차 외장재를 제공한다. 본 발명은 폴리이소시아네이트계 화합물을 포함하고, 점도가 500 cPs 내지 800 cPs인 단차보상액을 이용하여 단차보상층을 형성하고 보호 필름을 부착하여 간단한 공정으로 자동차 외장재를 제조하는 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 자동차 외장재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 탄소 섬유 강화 중합체(Carbon fiber reinforced polymer; CFRP) 기재를 포함하는 자동차 외장재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
국제 환경 규제 강화 및 연비규제 강화 추세와 에너지 자원의 가격상승으로 자동차 소재 및 부품 개발 동기도 단순한 연비 향상뿐만 아니라 환경규제에 따른 경쟁력 향상을 위한 새로운 기술개발이 자동차 산업에서 절실히 요구된다. 자동차 연비 향상의 유력한 방안은 경량화 기술로 기타 연비 향상기술 대비 고효율, 저비용 때문이며, 경량화는 단순 무게 절감이 아닌 장기 내구 신뢰성, 양산성, 제조원가, 품질 등이 종합적으로 확보되어야 하기 때문에 중장기적 관점에서 기술 접근이 필요하다.
최근 몇 년간 차량 경량화에서 가장 각광받고 있는 소재로는 탄소 섬유 강화 중합체(Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP)가 있다. 자동차 의자 골격이 되는 시트 프레임 및 차량 내부에서 충격을 분산시키는 각종 빔(beam)들이 CFRP로 대체되고 있으며, 이는 모두 차량 내장 부품용 경량화 소재이다. 최근에는 차량 내장 부품에만 한정되었던 탄소 섬유 강화 중합체가 차량 외부에 드러나는 각종 프레임 등에 적용되고 있는 추세이다.
그러나, 탄소 섬유 강화 중합체가 외장 부품으로 사용되기 위해서는 각종 기후변화 및 자외선에 의한 물성 저하가 없어야 하고, 결정적으로 광택도 같은 외관적으로 눈에 보이는 심미적 기능도 추가되어야 하나, 탄소 섬유 강화 중합체는 탄소 섬유를 직조 형태로 제작하고 직조 사이에 고분자 수지를 고압으로 채워준 후 경화시켜 제조한 것이므로 표면이 매끄럽지 않으며 장기간 자외선에 노출시 표면층이 갈라지는 등 자외선에 취약한 단점이 있다.
이를 위해 기존에는 자외선 안정제가 함유된 코팅액을 코팅-샌딩(coating-sanding)하는 작업을 3회 이상 반복 실시하였다. 그러나 이러한 과정은 제작 수율이 낮으며, 원가가 상승하고 환경오염이 발생하는 등의 문제점이 있었다.
이러한 문제를 해결하며 자외선을 차단하기 위한 한 방법으로 탄소 섬유 강화 중합체 기재에 자외선 차단기능이 있는 보호 필름을 부착하는 방법이 있다. 그러나 보호 필름을 탄소 섬유 강화 중합체 기재에 바로 부착하는 경우, 표면 조도가 상대적으로 높아 미관상 좋지 않은 단점이 있었다.
따라서 자외선 내성을 향상시키면서도 심미적 기능이 우수한, 자동차 외장재 및 그의 제조방법이 필요한 실정이다.
본 발명은 단차보상층 및 보호 필름을 포함하여 DOI 값이 높고 표면이 매끄러운 자동차 외장재 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면은 탄소 섬유 강화 중합체 기재; 상기 기재 상에 위치하고 폴리이소시아네이트계 화합물을 포함하는 단차보상층; 및 상기 단차보상층 상에 위치하는 보호 필름; 을 포함하는 자동차 외장재로서, 선영성 측정기(DOI meter)로 ASTM D5767에 따라 측정한 선영도(DOI)가 80 이상인 자동차 외장재를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은 폴리이소시아네이트계 화합물을 포함하고, 점도가 500 cPs 내지 800 cPs인 단차보상액을 준비하는 단계; 상기 단차보상액을 탄소 섬유 강화 중합체 기재 상에 도포하는 단계; 및 상기 도포된 단차보상액 상에 보호 필름을 부착하는 단계;를 포함하는 자동차 외장재 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 자동차 외장재는 자외선에 강하고, 표면이 매끄러워서 조도가 낮고 심미성이 높은 효과가 있다. 본 발명에 따른 자동차 외장재 제조 방법은 탄소 섬유 강화 중합체 기재 표면의 요철을 메워 표면 조도를 낮출 수 있다.
도 1은 실시예 1, 실시예 2 및 참고예에 따른 자동차 외장재 시편의 내후성 평가 후의 사진이다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 자동차 외장재는 탄소 섬유 강화 중합체(Carbo fiber reinforced polymer; CFRP) 기재; 상기 기재 상에 위치하고 폴리이소시아네이트계 화합물을 포함하는 단차보상층; 및 상기 단차보상층 상에 위치하는 보호 필름;을 포함하는 자동차 외장재로서, 선영성 측정기(DOI meter)로 ASTM D5767에 따라 측정한 선영도(DOI)가 80 이상이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 탄소 섬유 강화 중합체 기재는 자동차 외장에 적용 가능한 형태일 수 있다. 구체적으로, 탄소 섬유 강화 중합체 기재는 평판형, 일부 곡면의 평판형 또는 곡면판형일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 단차보상층은 탄소 섬유 강화 중합체 기재 표면의 요철에 의한 단차를 감소시키는 역할을 한다. 상기 단차보상층의 도입으로 인해 자동차 외장재의 표면 조도가 낮고 매끄러울 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 자동차 외장재의 표면 조도는 CLSM, AFM 또는 표면조도 측정기 등을 사용하여 측정될 수 있으나, 시간 및 비용 면에서 불리하고, 본 발명의 자동차 외장재는 국부적인 표면조도 값이 아닌 육안으로 보았을 때 전체적인 반사 이미지의 선명도가 중요한 관건이기 때문에 DOI 값으로 나타내는 것이 바람직하다.
본 명세서에서 "선영도(DOI)"란, 선영성 지수(Distinctness of Image)로서 표면 조도를 판단하는 척도의 일종에 해당하며, 반사된 이미지가 반사표면에 얼마나 분명하게 나타나는지를 측정하는 인자이다. 왜곡 없이 똑같은 상이 반사되면 선영도 값은 100이고, 왜곡된 상으로 반사될수록 작은 선영도 값을 가진다. 본 발명에 따른 자동차 외장재는 80 이상의 선영도 값을 가짐으로써, 표면조도가 낮아 표면이 매끄럽고 심미감이 높아질 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 선영성 측정기는 RHOPOINT Instruments사의 Rhopoint IQ일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리이소시아네이트계 화합물은 디이소시아네이트 및 트리이소시아네이트 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리이소시아네이트계 화합물은 디이소시아네이트를 포함할 수 있다. 상기 단차보상층이 폴리이소시아네이트계 화합물을 포함함으로써 탄소 강화 섬유 중합체의 표면 요철을 보다 균일하게 메울 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 디이소시아네이트계 화합물은 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트(IPDI; isophorone diisocyanate), 메틸렌다이페닐-4,4'-디이소시아네이트, 4,4'-메틸렌비스시클로헥실디이소시아네이트, 크실렌디이소시아네이트(XDI; xylene diisocyanate), 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트 및 시클로헥산디이소시아네이트(cyclohexane diisocyanate) 중 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 디이소시아네이트계 화합물은 헥사메틸렌 디이소시아네이트인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 단차보상층은 50 ㎛ 내지 500 ㎛, 75 ㎛ 내지 300 ㎛ 또는 100 ㎛ 내지 250 ㎛ 의 두께를 갖는 것일 수 있다. 단차보상층이 상기 수치 범위 내의 값을 갖는 경우, 탄소 섬유 강화 중합체의 표면 요철을 잘 메울 수 있으면서도 부착안정성이 좋은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 보호필름은 점착층; 상기 점착층 상에 구비된 폴리우레탄 필름층; 및 상기 폴리우레탄 필름층 상에 구비된 코팅층;을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 점착층은 아크릴계 폴리머, 실리콘계 폴리머, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리비닐에테르, 아세트산비닐/염화비닐 코폴리머 및 변성 폴리올레핀 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄 필름층은 열가소성 폴리우레탄 수지를 포함하는 필름일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 코팅층은 상기 열가소성 폴리 우레탄 수지층을 보호하는 탑코팅층으로서 흙, 모래, 파편, 이물질과의 충돌로 인해 열가소성 폴리 우레탄 수지층 표면에 잔기스나 스크래치가 생기는 것을 예방하는 방오 코팅층의 역할을 할 수 있다. 코팅층으로는 제한되지 않으며, 예를 들면 폴리카르보네이트 수지, 폴리카프로락톤 수지, 아크릴 수지, 폴리에스테르수지, 페녹시 수지, 에폭시 수지, 폴리올레핀 수지 및 2개 이상의 코폴리머 중 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 자동차 외장재는 보호 필름에 의해 자외선이 차단되고, 단차보상층에 의해 표면 조도가 낮아질 수 있어 자외선 내구성 및 심미성이 우수한 효과가 있다.
본 발명의 다른 실시상태에 따른 자동차 외장재 제조 방법은 폴리이소시아네이트계 화합물을 포함하고, 점도가 500 cPs 내지 800 cPs인 단차보상액을 준비하는 단계; 상기 단차보상액을 탄소 섬유 강화 중합체 기재 상에 도포하는 단계; 및 상기 도포된 단차보상액 상에 보호 필름을 부착하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 단차보상액은 점도가 500 cPs 내지 800 cPs, 550 cPs 내지 800 cPs 또는 600 cPs 내지 800 cPs 일 수 있다. 상기 단차보상액의 점도가 상기 수치 범위 내의 값을 가짐으로써 탄소 섬유 강화 중합체 기재 표면의 요철을 잘 메워 선영도는 높게 유지하면서도, 작업성이 우수하고 단차보상층의 두께를 균일하게 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 단차보상액은 무용제 타입일 수 있다. 단차보상액에 휘발성 성분이 포함되는 경우, 시간이 도과할수록 휘발 성분이 폴리우레탄 수지층을 뚫고 휘발되면서 고분자 수지층의 구조를 파괴할 수 있어 상기 단차보상액에는 용제가 포함되지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리이소시아네이트계 화합물은 디이소시아네이트계 화합물 및 트리이소시아네이트계 화합물 중 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면 상기 디이소시아네이트계 화합물은 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트(IPDI; isophorone diisocyanate), 메틸렌다이페닐-4,4'-디이소시아네이트, 4,4'-메틸렌비스시클로헥실디이소시아네이트, 크실렌디이소시아네이트(XDI; xylene diisocyanate), 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트 및 시클로헥산디이소시아네이트(cyclohexane diisocyanate) 중 1종 이상인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 디이소시아네이트계 화합물은 헥사메틸렌 디이소시아네이트인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 단차보상액의 도포는 일반적인 방법으로 수행될 수 있으며, 예를 들어 분사 방식으로 수행할 수 있다. 분사 후 코터 장치로 표면을 균일하게 하는 것일 수 있다. 구체적으로, 단차보상액을 탄소 섬유 강화 중합체 기재 상에 분사하여 도포하고, 나이프 코터, 블레이드 코터 또는 다이 코터로 표면을 균일하게 하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 보호 필름은 상기에서 설명한 보호 필름과 동일한 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 도포된 단차보상액 상에 보호 필름을 부착하는 단계는 도포된 단차보상액 상에 보호 필름의 점착층이 접하도록 부착하는 것일 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 부착은 도포된 단차보상액과 보호 필름의 점착층이 맞닿도록 적층한 다음, 보호 필름의 방오 코팅층 면에서 점착층 방향으로 압력을 가하여 합지하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 단차보상액 상에 보호 필름을 부착 후 건조는 40 ℃ 내지 60 ℃의 온도로 24 시간 내지 48 시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르는 자동차 외장재 제조 방법은 표면 선영도가 우수한 자동차 외장재를 제조할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1
보호 필름의 제조
열가소성 폴리 우레탄 필름(LG화학, 개발품)을 5 cm * 10cm 크기의 시편으로 준비하였다. 열가소성 폴리 우레탄 필름 시편 상에 코팅층 조성물(LG화학, 개발품)을 도포하고, 135℃의 온도에서 3분간 열경화시킨 후, 120 ℃의 온도에서 3분간 열경화시켜 제조한 점착제(부림 케미칼, 아크릴릭코폴리머)를 합지하여 보호 필름을 제조하였다.
자동차 외장재의 제조
탄소 섬유 강화 중합체(LG하우시스, 개발품) 시편을 10 cm * 20 cm 규격으로 잘라 준비하였다. 상기 탄소 섬유 강화 중합체 기재 시편 상에 단차보상액으로서 D101(Asahi Kasei 사, 점도 500 cPs, 폴리이소시아네이트 100%)을 분사하고, 이를 균일하게 도포하였다. 보호 필름의 점착층과, 탄소 섬유 강화 중합체 기재 시편상에 도포된 단차보상액이 맞닿도록 적층하고 40 ℃에서 24 시간 건조하여 자동차 외장재 시편을 제조하였다.
실시예 2
단차보상액으로서 AE700(Asahi Kasei 사, 점도 800 cPs, 폴리이소시아네이트 100%)을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 자동차 외장재 시편을 제조하였다.
비교예 1
열가소성 폴리 우레탄 필름(LG화학, 개발품)을 5 cm * 10cm 크기의 시편으로 준비하였다. 열가소성 폴리 우레탄 필름 시편 상에 코팅층 조성물(LG화학, 개발품)을 도포하고, 135℃의 온도에서 3분간 열경화시킨 후, 120 ℃의 온도에서 3분간 열경화시켜 제조한 점착제(부림 케미칼, 아크릴릭코폴리머)를 합지하여 보호 필름을 제조하였다. 탄소 섬유 강화 중합체(LG하우시스, 개발품) 시편을 10 cm * 20 cm 규격으로 잘라 준비하였다. 상기 탄소 섬유 강화 중합체 기재 시편 상에 보호 필름의 점착층과 탄소 섬유 강화 중합체 기재 시편 표면이 맞닿도록 적층하고 40 ℃에서 24 시간 건조하여 자동차 외장재 시편을 제조하였다.
참고예
탄소 섬유 강화 중합체(LG하우시스, 개발품) 시편을 10 cm * 20 cm 규격으로 잘라 준비하였다.
DOI 측정 및 평가
RHOPOINT Instruments사의 Rhopoint IQ를 이용하여 ASTM D5767에 따라 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 참고예에서 제조한 자동차 외장재 시편 표면의 선영도를 측정하였다. 측정한 DOI는 표 1에 나타내었다.
표 1을 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2에서 제조한 자동차 외장재는 DOI 가 80 이상의 값을 보이고 있고, 비교예 1 및 참고예에서 제조한 자동차 외장재는 DOI가 60 미만의 값을 보이는 바, 본 발명에 따른 자동차 외장재는 표면 조도가 낮으며 매끄러워 심미감을 줄 수 있다.
| 구분 | 선영도(DOI) |
| 실시예 1 | 85 |
| 실시예 2 | 90 |
| 비교예 1 | 58 |
| 참고예 | 18.4 |
자외선 내구성의 평가
실시예 1, 실시예 2 및 참고예의 자동차 외장재에 내후성 시험기기(Q-Lab, Q-SUN Xe-3 Xenon Test Chamber)를 이용하여 0.55W의 광량으로 2,000 시간동안 조사하여 표면의 퇴화 발생 여부를 육안으로 확인하였다. 표면의 퇴화가 발생한 경우 "불량"으로, 퇴화가 발생하지 않은 경우 "양호"로 표시하여 자외선 내구성을 평가하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 또한 평가가 끝난 후의 표면 사진을 촬영하여 도 1에 나타내었다.
표 2 및 도 1을 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2에서 제조한 자동차 외장재의 경우 퇴화가 발생하지 않았으나, 참고예에서 제조한 자동차 외장재의 경우 퇴화가 발생한 것을 확인할 수 있다.
| 구분 | 자외선 내구성 평가 결과 |
| 실시예 1 | 양호 |
| 실시예 2 | 양호 |
| 참고예 | 불량 |
상기 결과를 종합하면, 본 발명에 따른 자동차 외장재는 표면 조도가 낮으며 매끄러워 심미성이 높고, 자외선 내구성이 우수하여 자동차 외장재로 사용되기에 매우 적합한 것을 확인할 수 있다.
Claims (8)
- 탄소 섬유 강화 중합체 기재;
상기 기재 상에 위치하고 폴리이소시아네이트계 화합물을 포함하는 단차보상층; 및
상기 단차보상층 상에 위치하는 보호 필름;
을 포함하는 자동차 외장재로서, 선영성 측정기(DOI meter)로 ASTM D5767에 따라 측정한 선영도(DOI)가 80 이상인 자동차 외장재.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리이소시아네이트계 화합물은 디이소시아네이트계 화합물 및 트리이소시아네이트계 화합물 중 1종 이상을 포함하는 자동차 외장재.
- 제2항에 있어서,
상기 디이소시아네이트계 화합물은 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트(IPDI; isophorone diisocyanate), 메틸렌다이페닐-4,4'-디이소시아네이트, 4,4'-메틸렌비스시클로헥실디이소시아네이트, 크실렌디이소시아네이트(XDI; xylene diisocyanate), 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트 및 시클로헥산디이소시아네이트(cyclohexane diisocyanate) 중 1종 이상인 것인 자동차 외장재.
- 제1항에 있어서,
상기 단차보상층은 50㎛ 내지 500 ㎛ 의 두께를 갖는 자동차 외장재.
- 제1항에 있어서,
상기 보호필름은 점착층; 상기 점착층 상에 구비된 폴리우레탄 필름층; 및 상기 폴리우레탄 필름층 상에 구비된 코팅층;을 포함하는 자동차 외장재.
- 폴리이소시아네이트계 화합물을 포함하고, 점도가 500 cPs 내지 800 cPs인 단차보상액을 준비하는 단계;
상기 단차보상액을 탄소 섬유 강화 중합체 기재 상에 도포하는 단계; 및
상기 도포된 단차보상액 상에 보호 필름을 부착하는 단계;를 포함하는
제1항에 따른 자동차 외장재 제조 방법.
- 제6항에 있어서,
상기 폴리이소시아네이트계 화합물은 디이소시아네이트계 화합물 및 트리이소시아네이트계 화합물 중 1종 이상을 포함하는 자동차 외장재 제조 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 디이소시아네이트계 화합물은 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트(IPDI; isophorone diisocyanate), 메틸렌다이페닐-4,4'-디이소시아네이트, 4,4'-메틸렌비스시클로헥실디이소시아네이트, 크실렌디이소시아네이트(XDI; xylene diisocyanate), 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트 및 시클로헥산디이소시아네이트(cyclohexane diisocyanate) 중 1종 이상인 자동차 외장재 제조방법.
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2019
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