KR20210017435A - 자동차 외장재 및 그의 제조 방법 - Google Patents

자동차 외장재 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소 섬유 강화 중합체 기재; 단차보상층; 및 보호 필름;을 포함하는 자동차 외장재로서, 보호 필름은 점착층; 폴리우레탄층; 및 코팅층;을 포함하며, 상기 자동차 외장재는 선영도가 80 이상으로 표면 조도가 낮아 표면이 매끄러워 심미감을 주는 효과가 있으며, 보호 필름의 폴리우레탄층 및 코팅층 중 적어도 하나는 자외선 흡수제를 포함하여 자외선 투과율이 낮아 자외선 내구성이 우수한 자동차 외장재를 제공한다. 본 발명은 탄소 섬유 강화 중합체 기재 상에 점도가 500 cPs 내지 800 cPs인 단차보상액을 도포한 다음 건조하여 단차보상층을 형성하는 단계 및 단차보상층 상에 보호 필름을 부착하는 단계를 포함하여 간단한 공정으로 자동차 외장재를 제조하는 방법을 제공한다.

Description

자동차 외장재 및 그의 제조 방법{EXTERIOR MATERIALS FOR AUTOMOBILES AND METHOD FOR PREPARING THEREOF}
본 발명은 자동차 외장재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 탄소 섬유 강화 중합체(Carbo fiber reinforced polymer; CFRP) 기재를 포함하는 자동차 외장재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
국제 환경 규제 강화 및 연비 규제 강화 추세와 에너지 자원의 가격 상승으로 인하여, 단순한 연비 향상뿐만 아니라 환경 규제에 따른 경쟁력 향상을 위한 새로운 기술 개발이 자동차 소재 및 부품을 비롯한 자동차 산업에서 절실히 요구된다. 자동차 연비 향상의 유력한 방안은 경량화 기술인데, 그 이유는 기타 연비 향상 기술 대비 고효율, 저비용 때문이다. 그러나, 경량화는 단순히 무게 절감이 아닌 장기 내구 신뢰성, 양산성, 제조원가, 품질 등이 종합적으로 확보되어야 하기 때문에 중장기적 관점에서의 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.
이러한 단점을 보완하기 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 문제점을 해결하며 자외선을 차단하기 위한 한 방법으로 탄소 섬유 강화 중합체 기재에 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 우수하고 제작 수율이 높고 표면 처리 비용이 저렴한 자동차 외장재의 대안이 필요한 실정이다.
본 발명은 DOI 값이 높고 표면이 매끄러우며, 자외선 내구성이 강한 자동차 외장재 및 그 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 자동자 외장재로서, 상기 보호 필름은 점착층; 폴리우레탄층; 및 코팅층; 을 포함하며, 상기 점착층은 상기 단차보상층과 직접 접하고, 상기 폴리우레탄층 및 상기 코팅층 중 적어도 하나는 자외선 흡수제를 더 포함하며, 선영성 측정기(DOI meter)로 ASTM D5767에 따라 측정한 DOI가 80 이상인 자동차 외장재를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은 제 1 이형 필름 상에 점착층을 형성하는 단계; 제 2 이형 필름 상에 폴리우레탄을 포함하는 폴리우레탄 함유 조성물을 도포하고 열경화시켜 폴리우레탄층을 형성하는 단계; 상기 폴리우레탄층 상에 코팅 조성물을 도포하고 열경화시켜 코팅층을 형성하는 단계; 상기 제 2 이형 필름을 박리하고 상기 폴리우레탄층과 상기 점착층이 맞닿도록 적층하여 보호 필름을 제조하는 단계; 탄소 섬유 강화 중합체 기재 상에, 폴리이소시아네이트계 화합물을 포함하고, 점도가 500 cPs 내지 800 cPs인 단차보상액을 도포하는 단계; 및 상기 보호 필름으로부터 상기 제 1 이형 필름을 박리한 다음 상기 점착제층과 상기 도포된 단차보상액이 접하도록 상기 보호 필름을 상기 단차보상층에 부착하는 단계;를 포함하고, 상기 폴리우레탄 함유 조성물 및 상기 코팅 조성물 중 적어도 하나는 자외선 흡수제를 더 포함하는 본 발명의 일 측면에 따른 자동차 외장재의 제조방법을 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 1a는 제조예 1에서 제조한 보호 필름의 200 nm 내지 700 nm 범위의 파장을 갖는 광선의 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 1b는 제조예 1에서 제조한 보호 필름의 400 nm 내지 425 nm 범위의 파장을 갖는 광선의 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 2a는 제조예 2에서 제조한 보호 필름의 200 nm 내지 700 nm 범위의 파장을 갖는 광선의 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 2b는 제조예 2에서 제조한 보호 필름의 360 nm 내지 425 nm 범위의 파장을 갖는 광선의 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 3a는 제조예 3에서 제조한 보호 필름의 200 nm 내지 700 nm 범위의 파장을 갖는 광선의 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 3b는 제조예 3에서 제조한 보호 필름의 360 nm 내지 425 nm 범위의 파장을 갖는 광선의 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 촉진내후성 평가를 진행한 후의 참고예 1의 시편 표면 및 실시예 1 시편의 보호 필름을 박리한 후의 표면을 촬영한 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 기재; 상기 기재 상에 위치하고 폴리이소시아네이트계 화합물을 포함하는 단차보상층; 및 상기 단차보상층 상에 위치하는 보호 필름;을 포함하고, 상기 보호 필름은 점착층; 폴리우레탄층; 및 코팅층;을 포함하며, 상기 점착층은 상기 단차보상층과 직접 접하고, 상기 폴리우레탄층 및 상기 코팅층 중 적어도 하나는 자외선 흡수제를 더 포함하며, 상기 자동차 외장재는 선영성 측정기(DOI meter)로 ASTM D5767에 따라 측정한 DOI가 80 이상이다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 자동차 외장재는 DOI 값이 높아 표면이 매끄러워 심미감을 줄 수 있고, 자외선 내구성이 우수하여 촉진내후성이 우수할 수 있다.
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 단차보상층은 50 ㎛ 내지 500 ㎛, 75 ㎛ 내지 300 ㎛ 또는 100 ㎛ 내지 250 ㎛의 두께를 갖는 것일 수 있다. 단차보상층의 두께가 상기 범위 내의 값을 갖는 경우, 탄소 섬유 강화 중합체의 표면 요철을 잘 메울 수 있으면서도 부착안정성이 우수한 효과가 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 보호 필름은 점착층; 폴리우레탄층; 및 코팅층;을 포함한다. 보호 필름은 점착층, 폴리우레탄층 및 코팅층이 순차적으로 적층된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 보호 필름은 파장이 200 nm 내지 420 nm인 자외선에 대한 투과율이 12 % 이하인 것일 수 있다. 탄소 섬유 강화 중합체 기재는 자외선에 취약한 단점이 있으므로, 상기와 같이 자외선 투과율이 낮은, 즉 자외선 차단율이 높은 보호 필름을 부착하는 경우 자외선 내구성이 확보될 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 점착층은 40 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위의 두께를 가지는 경우, 단차 보상의 효과를 최대화 할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄층은 폴리우레탄을 포함할 수 있다. 상기 폴리우레탄은 열가소성 폴리우레탄 수지일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄층은 100 ㎛ 내지 200 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위의 두께를 가지는 경우, UV 차단 효과가 우수할 수 있다. 또한, 외부로부터 발생하는 충격으로부터 도장판을 보호하는 기능이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 코팅층은 상기 폴리우레탄층을 보호하는 탑코팅층으로서 흙, 모래, 파편, 이물질과의 충돌로 인해 폴리우레탄층 표면에 잔기스나 스크래치가 생기는 것을 예방하는 방오 코팅층의 역할을 할 수 있다. 상기 코팅층으로는 예를 들면 폴리우레탄 수지, 폴리카르보네이트 수지, 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지, 페녹시 수지, 에폭시 수지, 폴리올레핀 수지 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 코팅층은 1 ㎛ 내지 20 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위의 두께를 가지는 경우, 내오염성 및/또는 내화학성이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄층 및 상기 코팅층 중 적어도 하나는 자외선 흡수제를 더 포함한다. 폴리우레탄층 및 코팅층 모두에 자외선 흡수제가 포함되는 경우, 같은 종류의 자외선 흡수제를 사용하는 것이 바람직하다. 동일 종류의 자외선 흡수제를 사용하는 경우 폴리우레탄층과 코팅층의 물성이 상이한 경우에 발생하는 층간 부착력 감소를 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 자외선 흡수제는 특별히 제한되지 아니하나, 벤조페논계 자외선 흡수제, 벤조트리아졸계 자외선 흡수제, 트리아진계 자외선 흡수제 및 옥살라니딘계 자외선 흡수제 중 1종일 수 있다. 바람직하게는 벤조트리아졸계 자외선 흡수제가 사용될 수 있고, 더욱 바람직하게는 히드록시페닐 치환된 벤조트리아졸계 유도체가 사용될 수 있다.
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. 상기 단차보상층이 폴리이소시아네이트계 화합물을 포함함으로써 탄소 강화 섬유 중합체의 표면 요철을 보다 균일하게 메울 수 있다.
본 발명의 다른 실시상태에 따른 자동차 외장재의 제조방법은 제 1 이형 필름 상에 점착층을 형성하는 단계; 제 2 이형 필름 상에 폴리우레탄을 포함하는 폴리우레탄 함유 조성물을 도포하고 열경화시켜 폴리우레탄층을 형성하는 단계; 상기 폴리우레탄층 상에 코팅 조성물을 도포하고 열경화시켜 코팅층을 형성하는 단계; 상기 제 2 이형 필름을 박리하고 상기 폴리우레탄층과 상기 점착층이 맞닿도록 적층하여 보호 필름을 제조하는 단계; 탄소 섬유 강화 중합체 기재 상에, 폴리이소시아네이트계 화합물을 포함하고, 점도가 500 cPs 내지 800 cPs인 단차보상액을 도포하는 단계; 및 상기 보호 필름으로부터 상기 제 1 이형 필름을 박리한 다음 상기 점착제층과 상기 도포된 단차보상액이 접하도록 상기 보호 필름을 상기 단차보상층에 부착하는 단계;를 포함하고, 상기 폴리우레탄 함유 조성물 및 상기 코팅 조성물 중 적어도 하나는 자외선 흡수제를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 제 1 이형 필름 및 제 2 이형 필름은 특별히 제한되지 않으며, 동일 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 이형 필름 및 상기 제 2 이형 필름은 각각 폴리에틸렌 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리프로필렌 필름 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면 상기 점착층을 형성하는 단계는 점착제 조성물을 제 1 이형 필름 상에 도포하고 열경화시켜 제조하는 것일 수 있다. 상기 점착제 조성물은 아크릴계 폴리머, 실리콘계 폴리머, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리비닐에테르, 아세트산비닐/염화비닐 코폴리머, 변성 폴리올레핀 중 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄 함유 조성물 및 상기 코팅 조성물 중 적어도 하나는 자외선 흡수제를 더 포함하며, 상기 자외선 흡수제는 상기 자동차 외장재에 대해 이미 설명한 것과 같을 수 있다. 즉, 상기 자외선 흡수제는 특별히 제한되지 아니하나, 벤조페논계 자외선 흡수제, 벤조트리아졸계 자외선 흡수제, 트리아진계 자외선 흡수제 및 옥살라니딘계 자외선 흡수제 중 1종일 수 있다. 바람직하게는 벤조트리아졸계 자외선 흡수제가 사용될 수 있고, 더욱 바람직하게는 히드록시페닐 치환된 벤조트리아졸계 유도체가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 자외선 흡수제는 상기 폴리우레탄 함유 조성물 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 내지 20 중량부의 양으로 포함될 수 있다. 상기 범위 내로 자외선 흡수제가 포함되는 경우, 폴리우레탄층을 형성하였을 때 자외선 흡수량이 높아지면서도 폴리우레탄 함유 조성물의 점도를 도포성이 좋을 정도로 유지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄 함유 조성물은 폴리우레탄을 함유하고, 자외선 흡수제 및 열경화제를 더 포함할 수 있다.
상기 폴리우레탄 함유 조성물에 포함되는 폴리우레탄은 폴리올과 이소시아네이트계 화합물의 반응 생성물일 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리우레탄은 폴리올, 이소시아네이트계 화합물, 촉매 및 용제를 포함하는 혼합물을 제조하고, 폴리올 및 이소시아네이트계 화합물을 중합반응하여 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리올은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 글리세린, 트리메틸올프로판, 트리에탄올아민, 펜타에리스리톨, 톨루엔디아민, 디아미노디페닐메탄 및 폴리카보네이트디올 중 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 폴리카보네이트디올 일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 이소시아네이트계 화합물은 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 메틸렌다이페닐-4,4'-디이소시아네이트, 4,4'-메틸렌비스시클로헥실디이소시아네이트, 크실렌디이소시아네이트, 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트 및 시클로헥산디이소시아네이트 중 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 이소포론디이소시아네이트 일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 촉매는 디메틸시클로헥실아민, 테트라메틸렌디아민, 펜타메틸렌디에틸렌디아민, 테트라에틸렌디아민, 트리에틸렌디아민, 디메틸시클로헥실아민, 디메틸에탄올아민 및 디부틸틴디라우레이트(DBTL) 중 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 디부틸틴디라우레이트 일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 용제는 부타디엔, 메틸에틸케톤, 톨루엔 및 에틸아세테이트 중 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 부타디엔일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄 함유 조성물 100 중량부에 대하여 상기 폴리우레탄은 80 중량부 내지 85 중량부로 포함되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄 함유 조성물은 광안정제, 산화방지제, 레벨링제 및 탈포제 중 1종 이상을 첨가제로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄층은 폴리우레탄 함유 조성물을 제 2 이형 필름 상에 도포하고 열경화시켜 제조된다. 상기 열경화는 100 ℃ 내지 150 ℃ 의 온도에서 5 분 내지 10 분 동안 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 코팅 조성물은 폴리우레탄 수지 폴리카르보네이트 수지, 아크릴 수지, 폴리에스테르수지, 페녹시 수지, 에폭시 수지 및 폴리올레핀 수지 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한 상기 코팅 조성물은 자외선 흡수제 및 열경화제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 코팅 조성물은 상기 코팅 조성물 100 중량부에 대하여 상기 자외선 흡수제 0 중량부 초과 15 중량부 이하를 포함하는 것일 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 자외선 흡수제를 포함하는 경우 자외선 흡수량이 높아지면서도 코팅 조성물의 점도를 도포성이 좋을 정도로 유지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄 함유 조성물 및 상기 코팅 조성물에 포함되는 상기 열경화제는 2 이상 6 이하의 이소시아네이트 관능기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열경화제는 Evonik 社의 2관능 이소시아네이트계 경화제인 H12MDI, AsahiKASEI 社의 6관능 이소시아네이트계 경화제인 MHG-80B, AsahiKASEI 社의 6관능 이소시아네이트계 경화제인 MFA-100, 및 AsahiKASEI 社의 3관능 이소시아네이트계 경화제인 TKA-100 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 코팅층은 코팅 조성물이 폴리우레탄층 상에 도포되고 열경화되어 제조된다. 상기 열경화는 100 ℃ 내지 150 ℃ 의 온도에서 1 분 내지 5 분 동안 수행되는 것일 수 있다.
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 DOI 값은 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 단차보상액에 포함되는 폴리이소시아네이트계 화합물은 디이소시아네이트계 화합물 및 트리이소시아네이트계 화합물 중 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 단차보상액의 건조는 40 ℃ 내지 60 ℃의 온도로 24 시간 내지 48 시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄 함유 조성물, 상기 코팅 조성물, 상기 점착제 조성물 또는 상기 단차보상액의 도포는 일반적인 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어 분사 방식으로 수행할 수 있고, 분사 후 나이프 코터, 블레이드 코터 또는 다이 코터와 같은 코터 장치로 표면을 균일하게 하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 보호 필름을 부착하는 단계는 단차보상층 상에 보호 필름의 점착층이 접하도록 적층한 다음, 보호 필름의 코팅층 면에서 점착층 방향으로 압력을 가하여 합지하는 것일 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.
제조예 1
제 1 폴리에틸렌 이형 필름을 준비하여, 점착층 조성물(BA8500, 부림케미컬 사)을 상기 폴리에틸렌 이형 필름 상에 코팅하고 110 ℃에서 3 분간 열경화시켜 점착층을 형성하였다.
폴리카보네이트디올(T5651, Asahi Kasei사) 1 몰, 1,4-부탄디올(BASF사) 1.5 몰 및 이소포론디이소시아네이트(Evonic사) 2.5 몰을 혼합하고 57℃에서 12 시간동안 반응시켜 폴리우레탄 수지를 제조하였다. 제조된 폴리우레탄 수지 100 중량부, 경화제인 MFK-60X(Asahi Kasei사) 5 중량부, 자외선 흡수제인 Tinuvin970(BASF사) 0.7 중량부, 메틸에틸케톤(대정화금 99%) 2 중량부, 톨루엔(대정화금 99%) 0.7 중량부를 혼합하여 폴리우레탄함유 조성물 제조하였다.
상기 폴리우레탄 함유 조성물을 제 2 폴리에틸렌 이형 필름상에 도포하고 120 ℃에서 6 분간 열경화시켜 폴리우레탄층을 형성하였다. 상기 폴리우레탄층 상에 코팅 조성물(PS08, 신율 110%, 노루페인트사)을 메이어 바(mayer bar)로 도포하고 135 ℃에서 3 분간 열경화시켜 코팅층을 형성하였다.
상기 제 2 폴리에틸렌 이형 필름을 박리하고, 상기 폴리우레탄층과 상기 점착층이 맞닿도록 적층하여 보호 필름을 제조하였다.
제조예 2
폴리우레탄 함유 조성물 및 코팅 조성물에 첨가되는 자외선 흡수제를 Tinuvin384(BASF사) 로 한 것을 제외하고는 제조예 1과 같은 방법으로 보호 필름을 제조하였다.
제조예 3
폴리우레탄 함유 조성물 및 코팅 조성물에 자외선 흡수제를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 제조예 1과 같은 방법으로 보호 필름을 제조하였다.
자외선 투과율 평가
제조예 1 내지 3에서 제조한 보호 필름을 UV vis spectrometer(Agilent 사)의 슬롯에 장착하고 200 내지 700 nm 범위의 파장을 갖는 광선을 조사하여 자외선 투과율을 측정하였다.
도 1a는 제조예 1에서 제조한 보호 필름의 200 nm 내지 700 nm 범위의 파장을 갖는 광선의 투과율을 나타낸 그래프이고, 도 1b는 제조예 1에서 제조한 보호 필름의 400 nm 내지 425 nm 범위의 파장을 갖는 광선의 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 2a는 제조예 2에서 제조한 보호 필름의 200 nm 내지 700 nm 범위의 파장을 갖는 광선의 투과율을 나타낸 그래프이고, 도 2b는 제조예 2에서 제조한 보호 필름의 360 nm 내지 425 nm 범위의 파장을 갖는 광선의 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 3a는 제조예 3에서 제조한 보호 필름의 200 nm 내지 700 nm 범위의 파장을 갖는 광선의 투과율을 나타낸 그래프이고, 도 3b는 제조예 3에서 제조한 보호 필름의 360 nm 내지 425 nm 범위의 파장을 갖는 광선의 투과율을 나타낸 그래프이다.
또한, 제조예 1 내지 3에서 제조한 보호 필름의 380nm 내지 420nm에서의 파장에 따른 투과율을 하기 표 1에 나타내었다.
파장 (nm) 380 390 400 410 420
제조예 1 의 투과율(%) 0.01 0.14 0.16 0.08 7.66
제조예 2 의 투과율(%) 1.60 28.85 65.84 75.99 77.65
제조예 3 의 투과율(%) 77.62 77.85 78.03 78.06 78.03
도 1a, 도 1b, 도 2a, 도 2b, 도 3a, 도 3b 및 표 1을 참조하면, 제조예 1에서 제조한 보호 필름은 200 nm 내지 420nm의 파장을 갖는 자외선에 대하여 12% 이하의 투과율을 보여 자외선 투과율이 매우 낮고, 자외선 차단율이 매우 높은 것을 확인할 수 있다. 반면에 제조예 2 및 제조예 3에서 제조한 보호 필름은 자외선 투과율이 높으므로 자외선 차단율이 매우 낮은 것을 알 수 있다.
실시예 1
탄소 섬유 강화 중합체(LG 하우시스, 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. 상기 제조예 1에서 제조한 보호 필름으로부터 제 1 폴리에틸렌 이형 필름을 박리하고, 점착층과 탄소 섬유 강화 중합체 기재 시편상에 형성된 단차보상액이 접하도록 적층하고 40 ℃에서 24 시간동안 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
탄소 섬유 강화 중합체(LG 하우시스, 개발품) 시편을 10 cm * 20 cm 규격으로 잘라 준비하였다. 상기 제조예 1에서 제조한 보호 필름으로부터 제 1 폴리에틸렌 이형 필름을 박리하고, 점착층과 탄소 섬유 강화 중합체 기재 시편 표면이 접하도록 적층하여 자동차 외장재 시편을 제조하였다.
참고예 1
탄소 섬유 강화 중합체(LG 하우시스, 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 및 비교예 1 에서 제조한 자동차 외장재 시편 표면의 DOI를 측정하였다. 측정한 DOI는 하기 표 2에 나타내었다.
표 2를 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2에서 제조한 자동차 외장재는 DOI 가 80 이상의 값을 보이고 있고, 비교예 1 에서 제조한 자동차 외장재는 DOI가 60 미만의 값을 보이는 바, 본 발명에 따른 자동차 외장재는 표면 조도가 낮으며 매끄러워 심미감을 줄 수 있다.
구분 DOI
실시예 1 80
실시예 2 83
비교예 1 58
촉진내후성 평가
Q-SUN Xe-3(Q LAB 사)를 이용하여 SAE J2527 평가 조건에 따라 실시예 1 에서 제조한 자동차 외장재 시편 및 참고예 1의 탄소 섬유 강화 중합체 시편에 1000 시간동안 파장 340 nm, 에너지 밀도 0.55 W/m2 의 UV를 1320 kJ/m2의 광량으로 조사하여 외관의 손상 여부를 확인함으로서 촉진내후성 평가를 진행하였다.
도 4는 촉진내후성 평가를 진행한 후의 참고예 1의 시편 표면(상부) 및 실시예 1 시편의 보호 필름을 박리한 후의 표면(하부)을 촬영한 사진이다.
도 4를 참조하면, 촉진내후성 평가를 진행한 실시예 1 시편의 보호 필름을 박리한 후의 표면은 별다른 손상을 육안으로 확인할 수 없으나, 참고예 1의 시편 표면은 자외선에 의한 손상을 육안으로도 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차 외장재가 내후성이 우수하여 실제로 자동차 외장용으로 적용되기에 적합한 것을 알 수 있다.
상기 결과를 종합하면, 본 발명에 따른 자동차 외장재는 표면 조도가 낮으며 매끄러워 심미성이 높고, 자외선 내구성 및 촉진내후성이 우수하여 자동차 외장재로 사용되기에 매우 적합한 것을 확인할 수 있다.

Claims (11)

  1. 탄소 섬유 강화 중합체 기재; 상기 기재 상에 위치하고 폴리이소시아네이트계 화합물을 포함하는 단차보상층; 및 상기 단차보상층 상에 위치하는 보호 필름;을 포함하는 자동차 외장재로서,
    상기 보호 필름은 점착층; 폴리우레탄층; 및 코팅층;을 포함하며,
    상기 점착층은 상기 단차보상층과 직접 접하고,
    상기 폴리우레탄층 및 상기 코팅층 중 적어도 하나는 자외선 흡수제를 더 포함하며,
    선영성 측정기(DOI meter)로 ASTM D5767에 따라 측정한 선영도(DOI)가 80 이상인 자동차 외장재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단차보상층은 50 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께를 갖는 자동차 외장재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보호 필름은 파장이 200 nm 내지 420 nm 인 자외선에 대한 투과율이 12 % 이하인 자동차 외장재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자외선 흡수제는 히드록시페닐 치환된 벤조트리아졸계 유도체인 자동차 외장재.
  5. 제 1 이형 필름 상에 점착층을 형성하는 단계;
    제 2 이형 필름 상에 폴리우레탄을 포함하는 폴리우레탄 함유 조성물을 도포하고 열경화시켜 폴리우레탄층을 형성하는 단계;
    상기 폴리우레탄층 상에 코팅 조성물을 도포하고 열경화시켜 코팅층을 형성하는 단계;
    상기 제 2 이형 필름을 박리하고 상기 폴리우레탄층과 상기 점착층이 맞닿도록 적층하여 보호 필름을 제조하는 단계;
    탄소 섬유 강화 중합체 기재 상에, 폴리이소시아네이트계 화합물을 포함하고, 점도가 500 cPs 내지 800 cPs인 단차보상액을 도포하는 단계; 및
    상기 보호 필름으로부터 상기 제 1 이형 필름을 박리한 다음 상기 점착제층과 상기 도포된 단차보상액이 접하도록 상기 보호 필름을 상기 단차보상층에 부착하는 단계;를 포함하고,
    상기 폴리우레탄 함유 조성물 및 상기 코팅 조성물 중 적어도 하나는 자외선 흡수제를 더 포함하는 제1항에 따른 자동차 외장재의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 함유 조성물 100 중량부에 대하여 상기 자외선 흡수제 0.5 중량부 내지 20 중량부를 포함하는 자동차 외장재의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 폴리우레탄은 폴리올과 이소시아네이트계 화합물의 반응 생성물인 자동차 외장재의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 폴리올은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 글리세린, 트리메틸올프로판, 트리에탄올아민, 펜타에리스리톨, 톨루엔디아민, 디아미노디페닐메탄 및 폴리카보네이트디올 중 1종 이상인 자동차 외장재의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 이소시아네이트계 화합물은 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트(IPDI), 메틸렌다이페닐-4,4'-디이소시아네이트, 4,4'-메틸렌비스시클로헥실디이소시아네이트, 크실렌디이소시아네이트(XDI), 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트 및 시클로헥산디이소시아네이트 중 1종 이상인 자동차 외장재의 제조방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 코팅 조성물 100 중량부에 대하여 상기 자외선 흡수제 0 중량부 초과 15 중량부 이하를 포함하는 자동차 외장재의 제조방법.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 자외선 흡수제는 히드록시페닐 치환된 벤조트리아졸계 유도체인 자동차 외장재의 제조방법.
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