KR20210037452A - 자동차 내장재용 부직포 복합체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 우수한 기계적 물성을 달성하면서 경량화가 가능하고, 처짐 현상 등이 개선된 자동차 내장재용 부직포 복합체에 관한 것이다. 상기 부직포 복합체는 2층 이상으로 적층된 부직포층; 및 서로 인접하는 부직포층 사이, 또는 단일한 부직포층 내에 삽입 형성된 보강 직물층을 포함하고, 상기 보강 직물층은 폴리올레핀계 섬유를 포함한 원사를 제직하여 형성된 직물층인 것이다.

Description

자동차 내장재용 부직포 복합체 {NON-WOVEN FABRIC COMPOSITE FOR INTERIOR MATRIAL OF AUTOMOBILE}
본 발명은 우수한 기계적 물성을 달성하면서 경량화가 가능하고, 처짐 현상 등이 개선된 자동차 내장재용 부직포 복합체에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 루프패널 내측면에 장착되는 헤드라이너, 리어시트 후방에 설치되는 패키지 트레이, 차량의 바닥면에 장착되는 언더커버 등의 차량용 내외장재에는, 다양한 부직포 복합체가 적용되고 있다. 대표적으로, 상기 헤드라이너와 같은 자동차용 내장재에는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 등 폴리에스테르계 섬유로 제조된 부직포층이 2층 이상 적층된 부직포 복합체가 적용되고 있다.
그런데, 이러한 부직포 복합체는 단섬유를 이용해 제조되므로, 강성 및 굴곡 강도 등의 기계적 물성이 충분치 못한 단점이 있다. 이러한 기계적 물성을 보강하기 위해, 이전에는 부직포 복합체에서, 부직포 자체의 중량을 늘리거나, 부직포층 사이에 다른 보강재를 삽입하는 방법을 적용하였다.
그러나, 이러한 종래의 방법 중, 부직포 자체의 중량을 늘리는 경우, 자동차용 내장재에 적용 시 사용 시간의 경과에 따라, 상기 부직포 복합체가 처지는 문제점이 발생하였으며, 이로 인해 상기 부직포 복합체의 경량화가 요구되었다.
또한, 종래에는 PET 등 폴리에스테르계 섬유 또는 나일론 등 폴리아미드계 섬유를 보강재로 사용해 상기 부직포 복합체를 보강하는 방안이 고려된 바 있다. 그러나, 이들 산업용 섬유들은 부직포층과의 결합력 및 접착력이 충분치 못함에 따라, 부직포 복합체의 강도 등 기계적 물성을 충분히 향상시키기 어려운 단점이 있었다.
추가로, 다양한 고분자 입자나 필름 등을 사용해 상기 부직포 복합체를 보강하는 방안 역시 연구 및 고려되고 있으나, 현재까지는 부직포 복합체의 전체적인 굴곡 강도 등 기계적 물성을 균일하게 보강하면서, 각 부직포층을 효과적으로 접착시킬 수 있는 보강재는 개발되지 못하고 있는 실정이다.
상술한 종래 기술의 제반 단점으로 인해, 자동차용 내장재에 적용되는 부직포 복합체의 우수한 기계적 물성을 달성할 수 있으면서도, 이의 경량화를 가능케 하는 관련 기술의 개발이 계속적으로 요구되고 있다.
이에 본 발명은 전체적으로 향상된 굴곡 강도 등 기계적 물성을 나타내면서도, 경량화가 가능하여 처짐 현상 등이 개선된 자동차 내장재용 부직포 복합체를 제공하는 것이다.
이에 본 발명은 2층 이상으로 적층된 부직포층; 및
서로 인접하는 부직포층 사이, 또는 단일한 부직포층 내에 삽입 형성된 보강 직물층을 포함하고,
상기 보강 직물층은 폴리올레핀계 섬유를 포함한 원사를 제직하여 형성된 직물층인 자동차 내장재용 부직포 복합체를 제공한다.
본 발명의 부직포 복합체는 폴리올레핀계 섬유를 제직하여 형성된 직물층을 보강재로 포함한다. 이러한 특정 보강재를 포함함에 따라, 상기 보강재를 통해 각 부직포층을 서로 우수한 결합력/접착력으로 결합시킬 수 있으면서도, 이전에 알려진 다른 보강재에 비해, 상기 부직포 복합체의 굴곡 강도 등 기계적 물성을 더욱 높은 수준으로 향상시킬 수 있음이 확인되었다.
더구나, 이러한 보강재 자체가 각 부직포층을 우수한 결합력으로 접착시킬 수 있게 되어, 별도의 접착용 필름, 파우더 및 발포제 등이 필요하지 않으며, 전체적인 제조 공정이 단순화되고 제품의 물성 또한 균일하게 될 수 있다.
결과적으로, 상기 직물 형태의 특정 보강재를 사용함에 따라, 전체적인 복합체의 경량화가 가능하면서도, 전체적인 기계적 물성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 경량화에 의한 처짐 현상 역시 해결이 가능하며, 상기 본 발명의 부직포 복합체를 헤드라이너 등 자동차용 내장재에 매우 바람직하게 적용할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 발명의 구체적인 구현예들에 따른 자동차 내장재용 부직포 복합체의 제조 방법에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
그에 앞서, 본 명세서에 사용되는 전문 용어는 단지 특정 구현예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 그리고, 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 2층 이상으로 적층된 부직포층; 및
서로 인접하는 부직포층 사이, 또는 단일한 부직포층 내에 삽입 형성된 보강 직물층을 포함하고,
상기 보강 직물층은 폴리올레핀계 섬유를 포함한 원사를 제직하여 형성된 직물층인 자동차 내장재용 부직포 복합체가 제공된다.
일 구현예의 부직포 복합체는 폴리올레핀계 섬유를 제직하여 형성된 직물층, 대표적으로 고밀도 폴리에틸렌 섬유를 제직하여 형성된 보강 직물층을 포함한다. 이러한 폴리올레핀계 섬유로 형성된 직물 형태의 보강재는 부직포 복합체의 제조 공정 중에 열 및/또는 압력을 받아 적어도 일부가 용융되어 하나 이상의 부직포층 내에 삽입 형성될 수 있고, 부직포층 내에 삽입되지 않은 보강 직물층은 서로 인접하는 부직포층 사이에 형성될 수 있다.
이러한 형태적 특징으로 인해, 상기 폴리올레핀계 보강 직물층은 각 부직포층 간에 강한 결합력/접착력을 부여할 수 있다. 또한, 상기 폴리올레핀계 보강 직물층은 자체적으로 고강도 폴리에틸렌 섬유 등의 특성을 유지하여, 상기 부직포 복합체의 전체적인 굴곡 강도 등 기계적 물성을 큰 폭으로 균일하게 향상시킬 수 있음이 확인되었다.
특히, 본 발명자들의 실험 결과, 상기 폴리올레핀계 수지를 파우더나, 필름 등 다른 형태로 제조하여 보강재로 적용하는 경우에 비해서도, 이를 직물 형태로 적용함에 따라, 부직포층 간의 접착력 및 전체적인 복합체의 기계적 물성을 더욱 효과적으로 향상시킬 수 있음이 확인되었다.
따라서, 이러한 특정 보강 직물층을 포함하는 일 구현예의 부직포 복합체는 전체적인 중량 증가 없이, 더 나아가 전체적인 경량화를 가능케 하면서도, 우수한 굴곡 강도 등 기계적 물성을 나타낼 수 있다. 그러므로, 상기 부직포 복합체는 자동차 내장재에 적용되었을 때 중량에 의한 처짐 현상 역시 해결이 가능하며, 전체적으로 매우 우수한 기계적 물성을 나타내어, 헤드라이너 등 자동차용 내장재에 바람직하게 적용될 수 있다.
한편, 상기 일 구현예의 부직포 복합체에서, 상기 부직포층은 2 이상, 혹은 3 내지 5의 복수층으로 적층될 수 있다. 보다 구체적인 일 예에서, 상기 복수의 부직포층은 상기 복합체의 최외곽 양면에 형성된 제 1 부직포층; 및 상기 제 1 부직포층 사이에 형성되는 제 2 부직포층을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제 1 부직포층은 양 측의 제 1 부직포층 사이에 형성되어 전체적인 복합체를 지지하는 부직포층으로서, 상기 제 1 부직포층과 물리적으로 구분되며, 제 1 부직포층 사이에 적층된 형태로 될 수 있다. 이러한 제 2 부직포층은, 예를 들어, 상기 제 1 부직포층과 상이한 재질의 섬유를 포함하거나, 상이한 물성, 예를 들어, 상이한 섬유 면 밀도를 가질 수 있다.
이러한 부직포층의 적층 구조에서, 상기 제 1 및 제 2 부직포층의 재질은 특히 제한되지 않으며, 이전부터 자동차용 부직포로 적용 가능한 것으로 알려진 임의의 재질의 (단)섬유 될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 부직포층은 폴리에틸렌 섬유 또는 폴리프로필렌 섬유 등 폴리올레핀계 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유 등 폴리에스테르계 섬유, 나일론 섬유 등 폴리아미드계 섬유, 아라미드 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유, 금속 섬유, LMF (Low Melting Fiber) 및 마섬유(kenaf)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 섬유를 포함할 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 전체적인 부직포 복합체가 보다 향상된 기계적 물성 등을 나타낼 수 있도록, 상기 복합체의 최외곽 양면에 배치되는 제 1 부직포층은 폴리에스테르계 단섬유로 형성될 수 있으며, 상기 제 2 부직포층은 폴리프로필렌 단섬유 및 마 단섬유를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 부직포층을 포함한 각각의 부직포층은 상술한 단섬유를 사용하여, 니들 펀칭, 서멀본딩, 멜트 블로운 스펀 레이스 또는 스테치 본드 등 일반적인 부직포의 제조 방법에 따라 상기 단섬유를 결합시켜 제조할 수 있다. 또한, 각각의 부직포층에 요구되는 물성을 고려하여, 상업적으로 부직포를 입수하여 사용할 수도 있음은 물론이다.
이러한 부직포층의 적층 구조 중, 상기 제 1 부직포층은 50 내지 500gsm, 혹은 100 내지 400gsm의 섬유 면 밀도를 가질 수 있다. 또한, 상기 제 1 부직포층 사이에 형성된 제 2 부직포층은 100 내지 1300gsm, 혹은 500 내지 1000gsm의 섬유 면 밀도를 가질 수 있다.
이로서, 전체적인 부직포 복합체의 중량이 크게 증가하지 않으면서도, 상기 복합체가 보다 우수한 강도 등 기계적 물성을 나타낼 수 있다. 더 나아가, 후술하는 보강 직물층에 의해 각 부직포층이 효과적으로 결합되어, 전체적인 복합체의 물성이 우수하게 발현될 수 있다.
한편, 상술한 일 구현예의 부직포 복합체는 서로 인접하는 각 부직포층 사이, 또는 부직포층 내부에 삽입되어 형성된 보강 직물층을 포함한다. 특히, 일 구현예의 복합체에서, 상기 보강 직물층은 폴리올레핀계 섬유를 포함한 원사를 제직하여 형성된 직물층으로 되며, 그 결과 일 구현예의 복합체가 전체적으로 경량화되면서도 우수한 기계적 물성을 나타낼 수 있다.
이러한 보강 직물층에서, 상기 원사는 폴리올레핀계 섬유만을 포함할 수도 있지만, 보다 적절하게는 나일론 섬유와 같은 폴리아미드계 섬유 또는 PET 섬유 등의 폴리에스터계 섬유를 더 포함할 수도 있다. 즉, 폴리올레핀계 섬유 및 폴리아미드계 섬유 또는 폴리에스터계 섬유의 혼합 섬유를 사용해 상기 보강 직물층을 형성하여, 일 구현예의 복합체가 더욱 향상된 굴곡 강도 등을 나타낼 수 있다.
이때, 상기 원사는 전체 중량에 대해, 5 내지 100 중량%, 혹은 50 내지 99 중량%, 혹은 60 내지 90 중량%의 폴리올레핀계 섬유와, 나머지 함량의 폴리아미드계 또는 폴리에스터계 섬유를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보강 직물층의 제조를 위해 적용되는 폴리올레핀계 섬유는 일반적인 폴리에틸렌 섬유 또는 폴리프로필렌 섬유 등으로 될 수 있지만, 일 구현예의 부직포 복합체의 기계적 물성을 더욱 향상시키고, 경량화를 달성하기 위해, 상기 폴리올레핀계 섬유로는 0.91g/cm3 내지 0.98 g/cm3의 밀도를 갖는 폴리에틸렌 섬유를 사용함이 보다 바람직하다.
상기 보강 직물층은 상술한 폴리올레핀계 섬유 및 선택적으로 폴리아미드계 또는 폴리에스터계 섬유를 포함한 원사를 사용하여 통상적이 직물의 제조 방법 및 공정에 따라 제직 및 제조될 수 있다.
이러한 보강 직물층의 원사는 50 내지 1000 데니어, 혹은 200 내지 800 데니어의 섬도를 가질 수 있고, 3 내지 40g/d, 혹은 7 내지 20g/d 의 인장 강도를 가질 수 있다. 또한, 이러한 원사로 얻어진 보강 직물층은 경, 위사의 양 방향에서, 각각 독립적으로 10 내지 50본/inch의 재직 밀도를 가질 수 있고, 50 내지 300gsm의 섬유 면 밀도를 가질 수 있다.
상기 보강 직물층이 상술한 원사 및 직물층의 제반 물성을 충족함에 따라, 각 부직포층을 보다 우수한 결합력으로 결합시킬 수 있고, 전체적인 복합체의 기계적 물성을 보다 효과적으로 보강할 수 있다.
한편, 일 구현예의 부직포 복합체는 상술한 각각의 부직포층 및 보강 직물층에 대응하는 부직포 및 직물을 각각 제조하고, 이들을 순차 적층한 후, 압력 및 열의 인가 하에 이들을 결합시키는 방법으로 제조할 수 있다. 이러한 복합체의 구체적인 제조 방법 및 조건은 후술하는 실시예에 기재되어 있으며, 통상적인 부직포 복합체의 제조 조건 및 방법에 준하므로, 이에 관한 추가적인 설명은 생략하기로 한다.
상술한 일 구현예의 부직포 복합체는 상기 보강 직물층으로 전체적인 기계적 물성을 보강함에 따라, 200 내지 1500gsm, 혹은 500 내지 1300gsm, 혹은 800 내지 1100gsm의 비교적 낮은 섬유 면 밀도를 가질 수 있다.
이와 같이, 상대적으로 경량화된 상태에서도, 상기 부직포 복합체는 35N 이상, 혹은 35 내지 80N의 우수한 굴곡 강도로 정의되는 뛰어난 기계적 물성을 가질 수 있다.
따라서, 일 구현예의 부직포 복합체는, 헤드라이너를 포함한 다양한 자동차용 내장재에 매우 바람직하게 적용될 수 있고, 경량화에 의해 처짐 등의 문제점을 해결하면서도, 전체적으로 뛰어난 기계적 물성을 발현할 수 있다.
이하, 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예들이 제시된다. 그러나 하기의 실시예들은 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 발명을 이들만으로 한정하는 것은 아니다.
먼저, 하기 표 1 및 2에는 참조예, 실시예 및 비교예의 부직포 복합체에 포함된 각 층의 소재 및 면 밀도를 적층 순서대로 정리하여 나타내었다.
　 참조예1 참조예2 실시예 1 실시예 2
제조
조건		 제 1 부직포층 소재 　 PET scrim PET scrim PET scrim
면밀도
(gsm)		 　 150 150 150
보강 직물층 소재 　 　 PE + Nylon6(#1) HDPE 800D
제직밀도
(본/inch)		 　 　 25X25 25X25
면밀도
(gsm)		 　 　 153 185
제 2 부직포층 소재 　 PP : Kenaf PP : Kenaf PP : Kenaf
면밀도
(gsm)		 　 850 550 550
제 1 부직포층 소재 　 PET scrim PET scrim PET scrim
면밀도
(gsm)		 　 150 150 150
총 면밀도
(gsm)		 1150 1150 1003 1035
　 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1
제조
조건		 제 1 부직포층 소재 PET scrim PET scrim PET scrim PET scrim
면밀도(gsm) 150 150 150 150
보강 직물층 소재 HDPE 400D HDPE+Nylon6(#2) PP PET 경편
제직밀도 30X30 25X25 30X30　 15X15　
면밀도(gsm) 100 153 90 94
제 2 부직포층 소재 PP : Kenaf PP : Kenaf PP : Kenaf PP : Kenaf
면밀도(gsm) 550 550 550 550
제 1 부직포층 소재 PET scrim PET scrim PET scrim PET scrim
면밀도(gsm) 150 150 150 150
총 면밀도(gsm) 950 1003 940 944
참조예 1: 자동차 헤드라이너용 부직포 요구 물성 (SPEC.)
먼저, 참조예 1은 자동차 헤드라이너로 제작되는 부직포 복합체에 요구되는 기준 물성을 나타낸다. 참고로, 헤드라이너의 경우 외곽부분의 처짐 현상에 대한 주요 인자인 굴곡 시험값이 중요하다.
참조예 2, 실시예 1 내지 5 및 비교예 1: 부직포 복합체의 제조
상기 표 1 또는 2에 기재된 소재 및 면 밀도를 갖는 제 1 부직포층, 보강 직물층, 제 2 부직포층 및 제 1 부직포층을 순차 적층하고, 가열 하에 부착 및 냉각시켜 참조예 2, 실시예 1 내지 5 및 비교예 1의 부직포 복합체를 각각 제조하였다.
상기 가열 및 냉각 조건은 아래와 같이 하였다. 참고로, 참조예 2는 현재 자동차용 헤드라이너용으로 상업적으로 적용되고 있는 부직포 복합체이며, 비교예 1은 실시예와는 상이한 소재의 보강 직물층을 사용하여 제조된 것이다.
Heating Zone: 230~275℃
Cooling Zone: 20~40℃
Speed: 5.0~7.0M/min
위 방법으로 제조된 참조예, 실시예 및 비교예의 부직포 복합체의 물성(굴곡 강도, 스티프니스 및 터프니스)을 측정하여, 그 측정 결과를 하기 표 3 및 4에 정리하여 나타내었다.
　 참조예1 참조예2 실시예 1 실시예 2
굴곡
시험		 굴곡 강도 MD(N) 30 ↑ 32.76 36.8 66.1
AMD(N) 25 ↑ 32.76 45 79.7
스티프니스 MD(N/mm) 6 ↑ 6.0 6.4 7.8
AMD(N/mm) 5 ↑ 5.5 8 9.1
터프니스 MD(%) 80 ↑ 91.3 83.4 94.9
AMD(%) 80 ↑ 85.3 81.6 82.6
　 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1
굴곡
시험		 굴곡강도 MD(N) 54.4 48.9 55.3 25.4
AMD(N) 64.6 52.1 76.9 29.7
스티프니스 MD(N/mm) 8.4 7 8.1 4.6
AMD(N/mm) 9.2 7.6 9.4 6.9
터프니스 MD(%) 86 73.9 87 86.2
AMD(%) 85.2 73.3 80.9 81.4
상기 표 3 및 4를 참고하면, 실시예의 부직포 복합체는 전체적인 중량(면밀도)이 업계 요구 기준(참조예 1)에 비해 경량화되면서도(표 1 및 2 참조), 자동차용 헤드라이너용 부직포에 요구되는 수준을 크게 상회하는 기계적 물성을 나타냄이 확인되었다.
또한, 상기 실시예의 부직포 복합체는 기존의 자동차용 헤드라이너용 부직포 복합체인 참조예 2나, 비교예 1에 비해서도 향상된 기계적 물성을 나타냄이 확인되었다.

Claims (14)

  1. 2층 이상으로 적층된 부직포층; 및
    서로 인접하는 부직포층 사이, 또는 단일한 부직포층 내에 삽입 형성된 보강 직물층을 포함하고,
    상기 보강 직물층은 폴리올레핀계 섬유를 포함한 원사를 제직하여 형성된 직물층인 자동차 내장재용 부직포 복합체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 부직포층은 상기 복합체의 최외곽 양면에 형성된 제 1 부직포층; 및
    상기 제 1 부직포층 사이에 형성되며, 상기 제 1 부직포층과 상이한 섬유를 포함하거나, 상이한 섬유 면 밀도를 갖는 제 2 부직포층을 포함하는 자동차 내장재용 부직포 복합체.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 부직포층은 폴리올레핀계 섬유, 폴리에스테르계 섬유, 폴리아미드계 섬유, 아라미드 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유, 금속 섬유, LMF (Low Melting Fiber) 및 마섬유(kenaf)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 섬유를 포함하는 자동차 내장재용 부직포 복합체.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 부직포층은 50 내지 500gsm의 섬유 면 밀도를 갖는 자동차 내장재용 부직포 복합체.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 부직포층은 100 내지 1300gsm의 섬유 면 밀도를 갖는 자동차 내장재용 부직포 복합체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 보강 직물층의 원사는 폴리아미드계 또는 폴리에스터계 섬유를 더 포함하는 자동차 내장재용 부직포 복합체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리올레핀계 섬유는 0.91g/cm3 내지 0.98 g/cm3의 밀도를 갖는 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 자동차 내장재용 부직포 복합체.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 보강 직물층의 원사는 50 내지 1000 데니어의 섬도 및 3 내지 40g/d의 인장 강도를 갖는 자동차 내장재용 부직포 복합체.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 보강 직물층은 경, 위사의 양 방향에서 10 내지 50본/inch의 재직 밀도를 갖는 자동차 내장재용 부직포 복합체.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 보강 직물층은 50 내지 300gsm의 섬유 면 밀도를 갖는 자동차 내장재용 부직포 복합체.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 보강 직물층은 적어도 일부가 용융되어 하나 이상의 부직포층 내에 삽입 형성되어 있고,
    나머지 보강 직물층은 서로 인접하는 부직포층 사이에 형성되어 있는 자동차 내장재용 부직포 복합체.
  12. 제 1 항에 있어서, 200 내지 1500gsm의 섬유 면 밀도를 갖는 자동차 내장재용 부직포 복합체.
  13. 제 1 항의 부직포 복합체를 포함하는 자동차용 내장재.
  14. 제 13 항에 있어서, 자동차용 헤드라이너인 자동차용 내장재.
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