KR20210044363A - 성형체 및 이를 사용하는 샌드위치 패널 - Google Patents

성형체 및 이를 사용하는 샌드위치 패널 Download PDF

Info

Publication number
KR20210044363A
KR20210044363A KR1020190127275A KR20190127275A KR20210044363A KR 20210044363 A KR20210044363 A KR 20210044363A KR 1020190127275 A KR1020190127275 A KR 1020190127275A KR 20190127275 A KR20190127275 A KR 20190127275A KR 20210044363 A KR20210044363 A KR 20210044363A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
adhesive
layer
sandwich panel
core
molded article
Prior art date
Application number
KR1020190127275A
Other languages
English (en)
Inventor
유다영
이명
장석
김원
노상현
Original Assignee
(주)엘지하우시스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)엘지하우시스 filed Critical (주)엘지하우시스
Priority to KR1020190127275A priority Critical patent/KR20210044363A/ko
Priority to PCT/KR2020/013916 priority patent/WO2021075817A1/ko
Publication of KR20210044363A publication Critical patent/KR20210044363A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/14—Layered products comprising a layer of metal next to a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/18—Layered products comprising a layer of metal comprising iron or steel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/20—Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/06—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the heating method
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/022—Non-woven fabric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/12—Interconnection of layers using interposed adhesives or interposed materials with bonding properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J123/00—Adhesives based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J123/02—Adhesives based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Adhesives based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C09J123/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C09J123/06—Polyethene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J201/00—Adhesives based on unspecified macromolecular compounds
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/10—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products
    • E04C2/16—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products of fibres, chips, vegetable stems, or the like
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/26—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials composed of materials covered by two or more of groups E04C2/04, E04C2/08, E04C2/10 or of materials covered by one of these groups with a material not specified in one of the groups
    • E04C2/284—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials composed of materials covered by two or more of groups E04C2/04, E04C2/08, E04C2/10 or of materials covered by one of these groups with a material not specified in one of the groups at least one of the materials being insulating
    • E04C2/292—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials composed of materials covered by two or more of groups E04C2/04, E04C2/08, E04C2/10 or of materials covered by one of these groups with a material not specified in one of the groups at least one of the materials being insulating composed of insulating material and sheet metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/40—Symmetrical or sandwich layers, e.g. ABA, ABCBA, ABCCBA
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
    • B32B2262/0276—Polyester fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/72—Density
    • B32B2307/722—Non-uniform density
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2607/00—Walls, panels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

본 발명은 둘 이상의 부직 섬유 집합체 및 상기 부직 섬유 집합체가 서로 접합된 하나 이상의 접합부를 포함하는 부직 섬유 집합체 구조이고, 상기 접합부의 밀도(g/cm3)는 상기 부직 섬유 집합체의 밀도(g/cm3)의 2 내지 4.5 배인, 성형체에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 코어층; 상기 코어층의 일면 이상에 적층된 스킨층; 및 상기 코어층과 스킨층을 접착하는 접착층을 포함하고, 상기 코어층은 제1항의 성형체를 사용하는, 샌드위치 패널에 관한 것이다.

Description

성형체 및 이를 사용하는 샌드위치 패널 {A MOLDED OBJECT AND A SANDWICH PANEL USING THE SAME}
본 발명은 샌드위치 패널용 성형체 및 이를 코어층으로 사용하는 샌드위치 패널에 관한 것이다.
통상의 샌드위치 패널은 금속 패널과 유사한 구조 강성을 가지면서도 경량화에 효과적이기 때문에 건축용 자재 등 다양한 분야에 사용되고 있다.
이러한 샌드위치 패널은 알루미늄, 철 등으로 형성된 스킨층 사이에 코어층(성형체)을 형성하여 패널의 물성을 조절한다. 예를 들어, 코어층에 발포 수지 소재를 이용하여 패널의 경량화 효과를 높이거나, 일반 수지, 복합재 또는 발사우드(balsa wood) 소재를 이용하여 패널의 기계적 강도를 높인다.
그러나, 이와 같은 샌드위치 패널은 경량화 및 기계적 강도가 충분하지 못하고, 연신이 우수하지 못해 제품 적용에 한계점이 있다. 또한, 스킨층과 코어층 사이에 접착제를 도포하여 패널을 형성하는 경우, 층간 결합력이 약하여 가공시 성형성이 좋지 못한 문제점이 있다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 특허공개 제 10-2017-0140111호가 있으며, 상기 문헌에는 샌드위치 패널 및 그의 제조방법이 개시되어 있다.
상기 샌드위치 패널의 경우, 고밀도이고 높은 굴곡강도, 인장강도 등의 물성을 가지는 샌드위치 패널을 확보하였으나, 샌드위치 패널의 심재로 사용되는 부직포를 단 하나의 부직 섬유 집합체 Layer로 균일하게 제조하는데 어려움이 있었다. 또한 둘 이상의 부직 섬유 집합체 Layer를 니들펀칭(Needle Punching)과 같은 물리적인 방식이나 접착 필름을 통해 접착시켜 심재를 제조하는 경우에는, 계면 박리 현상이 발생하는 문제가 있었다.
대한민국 공개특허공보 제 10-2017-0140111호, 샌드위치 패널 및 그의 제조방법
본 발명자들은 상기 문제를 해결하기 위해, 샌드위치 패널용 심재로 사용되는 부직 섬유 집합체의 계면 간을 불꽃 라미네이션 공정을 통해 접합하는 방법 및 이를 통해 제조된 심재를 포함하는 샌드위치 패널에 대하여 연구하였고, 그 결과 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 제 1 측면에 따르면,
둘 이상의 부직 섬유 집합체 및 상기 부직 섬유 집합체가 서로 접합된 하나 이상의 접합부를 포함하는 부직 섬유 집합체 구조이고, 상기 접합부의 밀도(g/cm3)는 상기 부직 섬유 집합체의 밀도(g/cm3)의 2 내지 4.5 배인, 성형체를 제공한다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 부직 섬유 집합체 구조는 열융착에 의해 둘 이상의 부직 섬유 집합체가 접합된 구조이다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 부직 섬유 집합체는 웹(Web)상 또는 시트(Sheet)상의 부직섬유를 접착제로 접착시키거나, 열가소성 섬유를 이용하여 접착시킨 것이다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 접합부의 계면 박리강도가 250 내지 600 psi이다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 접합부의 밀도가 0.3 내지 0.9 g/cm3이다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 부직 섬유 집합체는, 폴리에스테르계 섬유를 포함한다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 폴리에스테르계 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상이다.
본 발명의 제 2 측면에 따르면,
코어층; 상기 코어층의 일면 이상에 적층된 스킨층; 및 상기 코어층과 스킨층을 접착하는 접착층을 포함하고, 상기 코어층은 제1항의 성형체를 사용하는, 샌드위치 패널을 제공한다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 스킨층은 알루미늄, 철, 스테인레스강(SUS), 마그네슘 및 전기아연도금강판(EGI)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상이다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 접착층은 올레핀계 접착제, 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 및 에폭시계 접착제 중 1종 이상을 포함한다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 접착층은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 포함하는 제1접착층과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 포함하는 제2접착층을 포함한다.
본 발명은 부직 섬유 집합체의 계면 간 박리현상을 최소화하기 위한 불꽃 라미네이션 공정을 통해 제조된 샌드위치 패널의 심재용 성형체 및 이를 포함하는 샌드위치 패널을 제공한다.
이를 통하여, 기존의 니들펀칭 공정이나 접착필름을 통해 부직 섬유 집합체 계면을 접합하여 심재를 제조하는 방식과 비교할 때, 동일하거나 또는 뛰어난 박리력을 가지는 심재 및 이를 포함하는 샌드위치 패널을 균일한 품질을 유지하며 빠른 속도로 생산 가능할 뿐 아니라 생산 설비의 보수 및 유지 관리가 쉽다는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 샌드위치 패널을 개략적으로 도식화한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 성형체 및샌드위치 패널에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명자들의 실험 결과, 종래의 샌드위치 패널에 사용되는 심재의 경우, 하나의 Layer로 구성된 일정 중량 이상의 부직 섬유 집합체 구조를 균일하게 제조하는데 어려움이 존재 하였다. 따라서 둘 또는 셋의 Layer로 구성된 고 중량의 부직 섬유 집합체 구조를 제조하기 위해, 물리적 방식인 니들펀칭(Needle Punching) 공정 또는 계면 사이에 접착필름을 도입하는 방식으로 계면을 접합시켜 심재를 제조하였다. 그러나, 니들펀칭 공정은 가공속도의 한계점이 존재하였으며 품질과 중량의 편차가 크다는 문제점이 있었다. 또한 접착필름을 통한 적층의 경우 생산 공정이 복잡하며 심재의 박리력이 떨어진다는 문제점이 있어, 샌드위치 패널용 심재의 부직 섬유 집합체 계면 간의 접합방법 및 박리력 개선에 대한 연구의 필요성이 있었다.
그러나 본 발명자들은, 샌드위치 패널용 심재로 사용되는 부직 섬유 집합체의 계면 간을 불꽃 라미네이션 공정을 이용하여 접합하고, 계면 박리력이 향상되도록 최적의 공정조건에 대하여 연구함으로써, 심재 내부의 계면 박리 현상을 최소화한 코어층(성형체)을 포함하는 샌드위치 패널을 제조하기에 이르렀다.
성형체
본 발명에 따른 성형체는 둘 이상의 부직 섬유 집합체 및 상기 부직 섬유 집합체가 서로 접합된 하나 이상의 접합부를 포함하는 부직 섬유 집합체 구조이다. 또한 상기 접합부의 밀도(g/cm3)는 상기 부직 섬유 집합체의 밀도(g/cm3)의 2 내지 4.5 배이다. 상기 밀도(g/cm3)는 다음의 식과 같이 정의된다.
밀도(g/cm3) = 측정 질량(g) / 측정 부피(cm3)
상기 접합부에 대하여, 상기 성형체를 일정 크기(25mm X 25mm)로 자른 후, 접합부의 계면을 분리한 후 가장 얇은 접합두께를 측정하고 부피 및 질량을 측정할 수 있다. 상기 접합부는 열융착되어 공극이 존재하지 않을 수 있다.
상기 부직 섬유 집합체 구조는 열융착에 의해 둘 이상의 부직 섬유 집합체가 접합된 구조일 수 있다. 부직 섬유 집합체의 일면을 라미네이팅 불꽃발생장치로 가열시켜 계면을 용융된 상태로 만든 후, 이 때의 접합력을 이용하여 둘 이상의 부직 섬유 집합체 계면을 접합시켜 열융착 시킬 수 있다. 불꽃발생장치를 이용한 불꽃 라미네이션 공정을 통해 기존의 물리적 방식인 니들펀칭 공정보다 생산속도를 향상시킬 수 있으며, 접착필름을 통하여 계면을 접착하는 방식보다 계면 간 박리력을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
상기 접합부의 계면 박리강도는 250 내지 600psi, 바람직하게는 300 내지 600 psi, 더 바람직하게는 400 내지 600 psi일 수 있다. 상기 계면 박리강도 범위를 만족하기 때문에 부직 섬유 집합체 계면 간의 박리현상을 방지하며, 샌드위치 패널용 심재로 사용하기에 충분한 기계적 물성을 가질 수 있다.
상기 접합부의 밀도는 0.3 내지 0.9 g/cm3, 바람직하게는 0.5 내지 0.9 g/cm3, 더 바람직하게는 0.7 내지 0.9 g/cm3 일 수 있다. 불꽃 라미네이션 공정을 통하여 성형체를 제조하는 경우, 상기 밀도 범위를 만족하도록 공정을 수행하는 것이 용이함에 따라 샌드위치 패널의 심재로 사용되는 성형체의 품질을 균일하게 제조할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 성형체는, 폴리에스테르계 섬유 및 바인더를 포함하는, 부직 섬유 집합체 구조로 이루어진다.
본 발명에 있어서 '부직 섬유 집합체'라 함은, 웹(Web)상 또는 시트(Sheet)상의 부직 섬유를 접착체로 접착시키거나, 열가소성 섬유를 이용하여 접착시킨 것을 말하며, 본 발명에 따른 성형체는 섬유가 서로 엉켜 있는 부직 섬유 집합체를 가지고 있기 때문에, 상기 폴리에스테르계 섬유의 전부 또는 일부는 상기 바인더에 의하여 융착되고, 따라서 상기 성형체 내에는 자연 기공이 포함되어, 통기성이 양호해지고, 경량화를 향상시킬 수 있다. 즉, 섬유들이 서로 엉키면서 형성된 자연 기공을 가지기 때문에, 발포제와 같은 첨가제에 의해 인위적으로 기공을 형성하는 경우와 달리 비발포성 코어이므로, 제조비용을 절감할 수 있으며, 발포 공정을 생략할 수 있어 공정 효율도 높일 수 있다.
본 발명에 따른 성형체에 포함되는 폴리에스테르계 섬유의 평균 길이는 5~100mm인 것이 바람직하다, 상기 섬유의 평균 길이가 5mm 미만인 경우, 섬유의 길이가 짧아 연신율이 높은 효과를 기대하기 어려울 수 있다. 반대로, 100mm를 초과하는 경우, 서로 엉클어지는 섬유의 함량이 많아지기 때문에 성형체의 틈이 차지하는 공간이 감소될 수 있다. 또한, 100mm를 초과하는 경우, 성형체의 제조 시, 섬유의 분산이 원활하게 이루어지지 않아, 성형체의 물성이 저하될 수 있다.
상기 성형체에 포함되는 상기 바인더는 비흡습성 공중합 수지 또는 흡습성 공중합 수지일 수 있다.
특히, 본 발명에서 사용되는 상기 비흡수성 공중합 수지는 공기 중의 수분을 흡수하지 않는 성질을 가지는 수지를 말하며, 구체적으로는 상기 수지를 이용하여 제조되는 본 발명의 성형체를 기준으로, 85℃ 온도 및 상대습도 85%에서 100시간 방치한 후의 성형체의 중량 변화율(즉 수분량의 증가율)이 0.1% 미만, 바람직하게는 0.08% 미만, 더욱 바람직하게는 0.07% 미만인 것을 사용할 수 있다.
일반적으로 성형체에 포함되는 PET 섬유의 흡습도가 0.05% 미만이라는 점에서, 성형체의 중량 변화율이 0.05%를 넘는다는 것은, 성형체 내의 또 다른 구성인 바인더에 의하여 흡수되는 수분의 양이 상당하다는 것을 의미한다. 이러한 점에서, 본 발명에서 사용되는 비흡수성 공중합 수지란, 최종 제조된 성형체를 기준으로 85℃ 온도 및 상대습도 85%에서 100시간 방치한 후의 성형체의 중량 변화율(즉 수분량의 증가율)이 0.1% 미만, 바람직하게는 0.08% 미만, 더욱 바람직하게는 0.07% 미만인 정도로 낮은 흡수율을 가진다는 의미이다.
이러한 비흡습성 공중합 수지로는, 폴리 에스테르계 섬유와, 결정성이 강하고 탄성이 우수한 디올계 단량체와 유연성을 부여할 수 있는 산성분을 함께 공중합하여 제조한 것으로서, 상기 흡수율을 만족하는 것을 사용할 수 있다.
구체적으로, 폴리에스테르계 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있고, 디올계 단량체로는 네오펜틸글리콜, 디에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 폴리(테트라메틸렌)글리콜, 1,4-부탄디올, 1,3-프로판디올, 1,6-헥산디올, 1,4-사이클로헥산디메탄올 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있고, 산성분으로는 이소프탈산, 아디핀산, 2,6-나프탈렌디카르본산, 세바신산, 숙신산 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 성형체에 포함되는 폴리에스테르계 섬유의 전부 또는 일부는 비흡습성 수지인 바인더에 의하여 융착되고, 상기 바인더는 녹는점이 160℃이상일 수 있다.
본 발명에 따른 성형체는 겉보기 밀도가 0.5~0.8 g/cm3이다. 상기 밀도 범위를 만족하기 때문에 대형 화물의 포장 재료 등에 사용하기에 충분한 기계적 강도를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 상기 성형체는, 상기와 같은 기계적 강도를 만족하기 때문에, 샌드위치 패널에 코어층으로 포함되어, 가전용 구조재(TV백커버, 세탁기용 보드 등), 건축용 내외장 보드, 자동차 내외장재, 기차/선박/항공기용 내외장재(칸막기 등의 보드), 각종 칸막이용 보드, 엘레베이터 구조재 등으로 사용할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 상기 부직 섬유 집합체는, 폴리에스테르계 섬유를 포함할 수 있다.
상기 폴리에스테르계 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
또한 상기 부직 섬유 집합체는, 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유를 더 포함할 수 있다. 상기 시스-코어형 이성분 섬유는, 폴리에스테르계 섬유의 코어부(core part); 및 상기 코어부를 둘러싼 비흡습성 공중합 수지인 시스부(sheath part);를 포함하는 것이다. 상기 시스-코어형 이성분 섬유는, 본 발명에 따른 성형체의 제조단계에서 투입되었던 것이 시스부의 수지가 융해되지 않은 상태로 남아 있게 되어, 본 발명에 따른 성형체에 포함될 수 있다.
상기 시스-코어형 이성분 섬유 중 코어부는 폴리에스테르계 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 시스-코어형 이성분 섬유 중 시스부는, 본 발명에 따른 성형체에 포함되는 바인더와 동일한 비흡습성 공중합 수지를 사용할 수 있다.
구체적으로 상기 비흡수성 공중합 수지는 공기 중의 수분을 흡수하지 않는 성질을 가지는 수지를 말하며, 구체적으로는 상기 수지를 이용하여 제조되는 본 발명의 성형체를 기준으로, 85℃ 온도 및 상대습도 85%에서 100시간 방치한 후의 성형체의 중량 변화율(즉 수분량의 증가율)이 0.1% 미만, 바람직하게는 0.08% 미만, 더욱 바람직하게는 0.07% 미만인 것을 사용할 수 있다.
일반적으로 성형체에 포함되는 PET 섬유의 흡습도가 0.05% 미만이라는 점에서, 성형체의 중량 변화율이 0.05%를 넘는다는 것은, 성형체 내의 또 다른 구성인 바인더에 의하여 흡수되는 수분의 양이 상당하다는 것을 의미한다. 이러한 점에서, 본 발명에서 사용되는 비흡수성 공중합 수지란, 최종 제조된 성형체를 기준으로 85℃ 온도 및 상대습도 85%에서 100시간 방치한 후의 성형체의 중량 변화율(즉 수분량의 증가율)이 0.1% 미만, 바람직하게는 0.08% 미만, 더욱 바람직하게는 0.07% 미만인 정도로 낮은 흡수율을 가진다는 의미이다.
이러한 비흡성 공중합 수지로는, 폴리 에스테르계 섬유와, 결정성이 강하고 탄성이 우수한 디올계 단량체와 유연성을 부여할 수 있는 산성분을 함께 공중합하여 제조한 것으로서, 상기 흡수율을 만족하는 것을 사용할 수 있다.
구체적으로, 폴리에스테르계 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있고, 디올계 단량체로는 네오펜틸글리콜, 디에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 폴리(테트라메틸렌)글리콜, 1,4-부탄디올, 1,3-프로판디올, 1,6-헥산디올, 1,4-사이클로헥산디메탄올 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있고, 산성분으로는 이소프탈산, 아디핀산, 2,6-나프탈렌디카르본산, 세바신산, 숙신산 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 시스-코어형 이성분 섬유는 상기 코어부의 성분과 시스부의 성분을 사용하여 용융방사하고 연신하여 제조한다.
또한 상기 비흡습성 수지를 시스-코어형 이성분 섬유의 시스성분으로 사용하면 굴곡강도 및 인장강도가 향상되고, 건식공정으로 성형체를 제조할 수 있어 고밀도의 성형층을 제조하기에 용이해진다. 또한, 대형 화물의 포장재 등에 이용하면 고온 다습의 분위기 하에서도 물성과 형태유지성이 양호하여 부직포의 처짐 현상을 방지할 수 있다.
이외에, 본 발명에 따른 상기 성형체는, 유리섬유, 탄소 섬유, 고분자 섬유 등과 같은 충진제를 더 포함할 수 있다. 또한, 브롬계 유기 난연제 등과 같은 난연제를 더 포함할 수도 있다. 이 외에도 충격보강제, 열안정제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
성형체의 제조방법
본 발명에 따른 상기 성형체의 제조방법은 하기와 같은 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 코어층의 제조방법은, a) 둘 이상의 부직 섬유 집합체를 준비하는 단계; 및 b) 상기 둘 이상의 부직 섬유 집합체의 계면을 불꽃 라미네이션 공정으로 상호 접합시키는 단계;를 포함한다.
먼저 a) 단계에서는, 둘 이상의 부직 섬유 집합체를 준비한다. 상기 부직 섬유 집합체를 준비하기 위하여, 폴리에스테르계 섬유를 포함하는 부직 섬유 집합체를 제조한다. 상기 폴리에스테르계 섬유로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
또한, 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유를 더 포함하는 부직 섬유 집합체를 제조할 수 있다. 이 경우, (A) 폴리에스테르계 섬유 및 (B) 폴리에스테르계 섬유의 코어부(core part)와 상기 코어부를 둘러싼 비흡습성 공중합 수지인 시스부(sheath part)를 포함하는 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유를 혼합한 후, 가열 및 가압하여 부직 섬유 집합체를 제조할 수 있다. 이 때, (A) 폴리에스테르계 섬유와 (B) 시스-코어형 이성분 섬유를 1:99 내지 80:20의 중량비로 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 (B) 시스-코어형 이성분 섬유의 함량이 상기 범위를 미달하는 경우에는 섬유간의 융착이 충분하지 않아 부직 섬유 집합체의 물성이 떨어질 수 있다.
상기 성형체의 제조는 부직 섬유 집합체를 이용한 통상의 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어 니들펀칭 공정, 불꽃 라미네이션 공정, 접착필름 도입 등을 통해 성형체를 제조할 수 있으며, 바람직하게는 상기 부직 섬유 집합체를 제조한 후, 불꽃 라미네이션 공정을 수행하여 성형체를 제조할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이후, b) 단계는, 상기 둘 이상의 부직 섬유 집합체의 계면을 불꽃 라미네이션 공정으로 상호 접합시키는 단계이다.
상기 b) 단계는 불꽃온도 700 내지 1000 ℃, 바람직하게는 불꽃온도 770 내지 930 ℃, 더 바람직하게는 불꽃온도 830 내지 910 ℃의 불꽃 라미네이션 공정을 통하여 부직 섬유 집합체의 계면을 접합시키는 단계일 수 있다. 상기 불꽃온도가 700℃ 이하인 경우는 불꽃 라미네이션 공정간 부직 섬유 집합체의 계면이 접합력을 가질 정도로 충분히 용융되지 않아, 계면간 접합 후 박리현상이 일어나는 문제점이 있다. 또한 상기 불꽃온도가 1000℃ 이상인 경우에는 부직 섬유 집합체에 황변현상이 발생하고, 박리강도가 떨어지게 되는 문제점이 있다.
상기 b) 단계는 발열량 15,000 내지 70,000 kcal, 바람직하게는 발열량 19000 내지 70000 kcal, 더 바람직하게는 발열량 35000 내지 50000 kcal의 불꽃 라미네이션 공정을 통하여 부직 섬유 집합체의 계면을 접합시키는 단계일 수 있다. 상기 발열량은 불꽃 라미네이션 공정간, 부직 섬유 집합체의 계면이 연소되면서 발생한 열량을 열시차주사열량계(DSC)를 통해 측정한 값이다. 상기 발열량의 범위를 만족하는 경우, 연소과정을 통해 계면이 용융되고 이후 접합시 열융착되어 박리현상을 방지할 정도의 충분한 박리력을 구현할 수 있다.
상기 b) 단계는 공기과잉률 0.5 내지 1.1, 바람직하게는 공기과잉률 0.7 내지 1.1, 더 바람직하게는 공기과잉률 0.9 내지 1.1의 불꽃 라미네이션 공정을 통하여 부직 섬유 집합체의 계면을 접합시키는 단계일 수 있다. 본 명세서에서 공기과잉률이란 이론공기량에 대한 실제공기량의 비로 정의된다. 상기 공기과잉률이 1에 가까울수록 완전 연소, 반대로 1에서 멀어질수록 불완전 연소되는 것을 의미한다.
상기 b) 단계는 가스 유속 1.5 내지 7.5 Nm3/h, 바람직하게는 가스 유속 3.0 내지 7.5 Nm3/h, 더 바람직하게는 가스 유속 4.5 내지 7.5 Nm3/h의 불꽃 라미네이션 공정을 통하여 부직 섬유 집합체의 계면을 접합시키는 단계일 수 있다. 상기 가스 유속이 1.5 Nm3/h 이하인 경우, 발열량이 충분치 않아 계면에서의 열융착이 제대로 이루어지지 않고 쉽게 박리가 발생하는 문제가 있다. 또한 상기 가스 유속이 7.0 Nm3/h 이상인 경우, 지나치게 높은 발열량으로 계면에서 오히려 소재의 탄화가 발생하여 박리 물성뿐 만 아니라 기계적 물성까지 저하되는 문제가 있다.
상기 b) 단계에서, 불꽃 라미네이션 공정을 통해 접합하는 부직 섬유 집합체의 접합부의 계면 박리강도는 250 내지 600 psi, 바람직하게는 300 내지 600 psi, 더 바람직하게는 400 내지 600 psi일 수 있다. 상기 계면 박리강도 범위를 만족하기 때문에 부직 섬유 집합체 계면 간의 박리현상을 방지하며, 샌드위치 패널용 심재로 사용하기에 충분한 기계적 물성을 가질 수 있다.
상기 b) 단계에서, 불꽃 라미네이션 공정을 통해 접합하는 부직 섬유 집합체의 접합부 밀도는 0.3 내지 0.9 g/cm3, 바람직하게는 0.5 내지 0.9 g/cm3, 더 바람직하게는 0.7 내지 0.9 g/cm3 일 수 있다. 불꽃 라미네이션 공정을 통하여 성형체를 제조하는 경우, 상기 밀도 범위를 만족하도록 공정을 수행하는 것이 용이함에 따라 샌드위치 패널의 심재로 사용되는 성형체의 품질을 균일하게 제조할 수 있다는 장점이 있다.
상기 b) 단계에서, 불꽃 라미네이션의 공정속도는 2 내지 8 m/min, 바람직하게는 3 내지 7 m/min, 더 바람직하게는 4 내지 6 m/min 일 수 있다. 상기 공정속도가 2 m/min 이하인 경우, 융착이 일어나는 부분에 지나치게 높은 발열량이 가해짐에 따라 소재의 탄화로 물성이 저하되는 문제점이 있으며, 8 m/min 이상인 경우, 가해지는 발열량이 충분하지 않아 열융착이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 발생할 수 있다. 불꽃 라미네이션 공정을 통해, 기존의 니들펀칭 공정 대비 향상된 공정속도를 통해 박리력은 향상되면서도 동시에 심재의 빠른 생산 속도를 가질 수 있는 장점을 가진다.
상기 조건의 불꽃 라미네이션 공정 이후, 상기 부직포를 가열 프레스로 이송한 후, 170 내지 210℃의 온도조건 및 1 내지 10 MPa의 압력조건에서 가열 및 가압하여 성형체를 제조한다.
상기 가열 프레스는, 통상 업계에서 사용하는 것이라면 특별한 제한은 없으며, 구체적인 일례로 더블 벨트 프레스(Double Belt Press) 등을 사용할 수 있다.
샌드위치 패널
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 샌드위치 패널은 코어층; 상기 코어층의 일면 이상에 적층된 스킨층; 및 상기 코어층과 스킨층을 접착하는 접착층을 포함하고, 상기 코어층은 상기 성형체를 사용한다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널의 코어층(10)은, 앞서 살펴본 본 발명에 따른 상기 성형체로 구성된다. 상기 코어층의 두께는 0.1 내지 10mm인 것이 바람직하다. 두께가 0.1mm 미만이면 우수한 기계적 강도를 유지하기 어려운 문제가 있고, 두께가 10mm를 초과하게 되면 샌드위치 패널을 굽히거나 딥 드로잉(deep drawing) 성형시에 성형성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널은 상기 코어층(10)의 일면 이상에 적층된 스킨층(20)을 포함한다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널의 스킨층(20)은 금속 재질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄, 철, 스테인레스강(SUS), 마그네슘 및 전기아연도금강판(EGI)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 일례로, 우수한 성형성 및 굴곡강성을 가지기 위해, 전기아연도금강판(EGI)을 포함하는 스킨층(20)을 샌드위치 패널에 적용할 수 있다. 또한, 경량화를 가지기 위해 알루미늄을 포함하는 스킨층(20)을 샌드위치 패널에 적용할 수 있다.
상기 스킨층(20)의 두께는 패널 전체의 두께 대비 6% 이하 일 수 있다. 종래의 샌드위치 패널의 스킨층은 심재의 기계적 강도가 떨어지는 관계로, 스킨층의 두께가 두꺼워야만 했으며, 이로 인하여 샌드위치 패널의 중량이 증가하게 되는 문제가 있었으나, 본 발명에 따른 샌드위치 패널은 심재의 기계적 강도가 개선됨에 따라서, 스킨층의 두께를 패널 전체의 두께 대비 6% 이하로 할 수 있으며, 이에 따라서 경량화를 할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널은 코어층(10)과 스킨층(20)을 접착하는 접착층을 포함한다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널의 접착층은 상기 코어층(10)과 스킨층(20) 사이에 도포되어, 코어층(10)과 스킨층(20)를 접착하는 것이다. 상기 접착층은 점도를 고려하여 균일한 두께로 도포하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 코어층(10)과 스킨층(20)을 적층한 후, 경화시켜 샌드위치 패널을 제조할 수 있고, 또는 코어층(10)과 스킨층(20)을 적층한 후, 이를 열 압착하여 샌드위치 패널을 제조할 수 있다. 이때, 경화 또는 열압착하는 과정에서 접착제가 코어층(10)으로 파고 들어가면서, 코어층(10)을 이루는 성분들과의 화학적 결합뿐만 아니라, 기계적 결합에 의해 스킨층(20)과 코어층(10)의 접착력이 향상되는 효과가 있다. 상기 화학적 결합은 접착제가 코어층의 상부면, 하부면과의 공유 결합, 수소결합, 반데르발스 결합, 이온 결합 등이 되는 것을 의미한다.
상기 기계적 결합은 접착제가 코어층에 스며들어가면서 고리가 서로 걸려 있는 것처럼 물리적으로 걸려 있는 형태를 의미한다. 이러한 형태를 Mechanical interlocking이라고도 한다. 코어층(10)에 포함된 자연 기공에 의해, 접착제가 코어층 (10)의 상부면과 하부면에 스며든다.
상기 접착층을 이루는 접착제는 올레핀계 접착제, 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 및 에폭시계 접착제 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 올레핀계 접착제는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 비정질 폴리알파올레핀 접착제로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 우레탄계 접착제는 우레탄 구조(-NH-CO-O-)를 포함하는 접착제라면 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 아크릴계 접착제는 폴리메틸메타크릴레이트 접착제, 히드록시기 함유 폴리아크릴레이트 접착제 및 카르복시기 함유 폴리아크릴레이트 접착제 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 에폭시계 접착제는 비스페놀-A형 에폭시 접착제, 비스페놀-F형 에폭시 접착제, 노볼락 에폭시 접착제, 선형 지방족 에폭시 접착제 (Linear aliphatic epoxy resins) 및 고리형 지방족 에폭시 접착제(cycloaliphatic epoxy resins) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 접착제는 광경화성 접착제, 핫멜트형 접착제 또는 열경화성 접착제를 포함할 수 있고, 광경화 방법 및 열경화 방법 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 예를 들어, 스킨층, 코어층, 접착제가 포함된 적층물을 열경화시킴으로써, 샌드위치 패널을 제조할 수 있다. 상기 열경화는 에폭시 수지의 경화 온도인 50~110℃에서 대략 5분 내지 2시간 동안 수행될 수 있으며, 상온에서도 대략 1~10시간 동안 경화가 수행될 수도 있다.
상기 접착층은 대략 20~300㎛의 두께로 도포될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 접착층을 상기 스킨층(20)의 일면에 도포하는 방법은 다이 코팅법, 그라비아 코팅법, 나이프 코팅법 또는 스프레이 코팅법 중 선택된 어느 하나의 방법을 이용할 수 있다.
상기 접착층에 사용되는 또 다른 접착체는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 포함하는 제 1 접착층과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 포함하는 제 2 접착층을 포함할 수 있다.
상기 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)은 밀도가 0.940 내지 0.965 g/cm3 이고, 상기 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 0.910 내지 0.925 g/cm3 일 수 있다.
상기 접착층을 구성하는 접착제는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 포함하는 제 1 접착층과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 포함하는 제 2 접착층을 형성할 수 있다면 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 필름 압출기를 사용하여 공압출하여 제조한다.
상기 접착층은 대략 20~300㎛의 두께로 도포될 수 있으며, 제 1 접착층과 제 2 접착층은 각각 10 내지 150㎛의 두께를 가지도록 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 제 1 접착층과 제 2 접착층의 두께는 동일할 수도, 상이할 수도 있다.
접착층 상에 스킨층을 형성하기 위하여, 접착층 상에 스킨층을 위치 시킨 후, 스킨층, 코어층, 접착제가 포함된 적층물을 열압착시킴으로써, 샌드위치 패널을 제조할 수 있다. 상기 열압착은 150 ~ 200℃에서 대략 3분 내지 10분 동안 2 내지 10 MPa의 압력으로 수행될 수 있다.
이 때, 코어층과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 접착제가 붙고, 스킨층과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 접착제가 맞붙도록 위치 시킨다. 이렇게 스킨층은 상대적으로 낮은 열로도 쉽게 잘 붙을 수 있도록 LDPE 접착제를 사용하고, 코어층의 경우에는 열에 의해 용융된 접착제가 코어 내부로 모두 스며들어 접착력을 발휘하지 못하는 것을 방지하기 위하여 HDPE 접착제를 사용함으로써, 각 구성들간의 접착력을 향상시킬 수 있다.
샌드위치 패널의 제조방법
본 발명에 따른 샌드위치 패널은 상기 스킨층(20), 코어층(10), 스킨층(20)이 순차적으로 적층되어 형성되며, 상기 코어층(10)과 스킨층(20) 사이에 접착층을 도포하여 제조된다. 상기의 구성들이 적층된 이후, 경화 및 압착단계가 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로, 본 발명에 따른 샌드위치 패널의 제조방법은,
a) 둘 이상의 부직 섬유 집합체를 준비하는 단계; b) 상기 둘 이상의 부직 섬유 집합체의 계면을 불꽃 라미네이션 공정으로 상호 접합시켜 코어층을 제조하는 단계; c) 상기 코어층의 일면 이상에 접착층을 형성하는 단계; 및 d) 상기 접착층 상에 스킨층을 형성하는 단계를 포함하는 단계이다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널의 코어층(10)은, 앞서 살펴본 본 발명에 따른 상기 성형체로 구성된다. 따라서, 상기 a) 단계 및 b) 단계는 앞서 살펴본 성형체의 제조방법과 동일하다.
이후, c) 단계에서는 상기 코어층의 일면 이상에 접착층을 형성한다.
상기 접착층을 이루는 접착제는 올레핀계 접착제, 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 및 에폭시계 접착제 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 올레핀계 접착제는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 비정질 폴리알파올레핀 접착제로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 우레탄계 접착제는 우레탄 구조(-NH-CO-O-)를 포함하는 접착제라면 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 아크릴계 접착제는 폴리메틸메타크릴레이트 접착제, 히드록시기 함유 폴리아크릴레이트 접착제 및 카르복시기 함유 폴리아크릴레이트 접착제 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 에폭시계 접착제는 비스페놀-A형 에폭시 접착제, 비스페놀-F형 에폭시 접착제, 노볼락 에폭시 접착제, 선형 지방족 에폭시 접착제 (Linear aliphatic epoxy resins) 및 고리형 지방족 에폭시 접착제(cycloaliphatic epoxy resins) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 접착제는 광경화성 접착제, 핫멜트형 접착제 또는 열경화성 접착제를 포함할 수 있고, 광경화 방법 및 열경화 방법 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 예를 들어, 스킨층, 코어층, 접착제가 포함된 적층물을 열경화시킴으로써, 샌드위치 패널을 제조할 수 있다. 상기 열경화는 에폭시 수지의 경화 온도인 50~110℃에서 대략 5분 내지 2시간 동안 수행될 수 있으며, 상온에서도 대략 1~10시간 동안 경화가 수행될 수도 있다.
상기 접착층은 대략 20~300㎛의 두께로 도포될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 접착층을 상기 스킨층(20)의 일면에 도포하는 방법은 다이 코팅법, 그라비아 코팅법, 나이프 코팅법 또는 스프레이 코팅법 중 선택된 어느 하나의 방법을 이용할 수 있다.
상기 접착층에 사용되는 또 다른 접착체는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 포함하는 제 1 접착층과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 포함하는 제 2 접착층을 포함할 수 있다.
상기 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)은 밀도가 0.940 내지 0.965g/cm3 이고, 상기 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 0.910 내지 0.925 g/cm3 일 수 있다.
상기 접착층을 구성하는 접착제는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 포함하는 제 1 접착층과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 포함하는 제 2 접착층을 형성할 수 있다면 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 필름 압출기를 사용하여 공압출하여 제조한다.
상기 접착층은 대략 20~300㎛의 두께로 형성될 수 있으며, 제 1 접착층과 제 2 접착층은 각각 10 내지 150㎛의 두께를 가지도록 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 제 1 접착층과 제 2 접착층의 두께는 동일할 수도, 상이할 수도 있다.
이후, d) 단계에서는 상기 접착층 상에 스킨층을 형성한다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널의 스킨층(20)은 금속 재질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄, 철, 스테인레스강(SUS), 마그네슘 및 전기아연도금강판(EGI)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 일례로, 우수한 성형성 및 굴곡강성을 가지기 위해, 전기아연도금강판(EGI)을 포함하는 스킨층(20)을 샌드위치 패널에 적용할 수 있다. 또한, 경량화를 가지기 위해 알루미늄을 포함하는 스킨층(20)을 샌드위치 패널에 적용할 수 있다.
상기 d) 단계는 코어층, 접착제 및 스킨층을 적층한 후, 광경화 또는 열경화시켜 스킨층을 형성할 수 있다. 접착층 상에 스킨층을 형성하기 위하여, 광경화 방법, 열경화 방법 및 열압착 방법 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 예를 들어, 스킨층, 코어층, 접착제가 포함된 적층물을 열경화시키거나 열압착함으로써, 샌드위치 패널을 제조할 수 있다.
상기 열경화는 에폭시 수지의 경화 온도인 50~110℃에서 대략 5분 내지 2시간 동안 수행될 수 있으며, 상온에서도 대략 1~10시간 동안 경화가 수행될 수도 있다.
상기 열압착은 상기 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 포함하는 제 1 접착층과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 포함하는 제 2 접착층을 포함하는 접착제를 사용하는 경우, 접착층 상에 스킨층을 위치 시킨 후, 스킨층, 코어층, 접착제가 포함된 적층물을 열압착시킴으로써, 샌드위치 패널을 제조할 수 있다. 상기 열압착은 150 ~200℃에서 대략 3분 내지 10분 동안 2 내지 10 MPa의 압력으로 수행될 수 있다.
이 때, 코어층과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 접착제가 붙고, 스킨층과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 접착제가 맞붙도록 위치 시킨다. 이렇게 스킨층은 상대적으로 낮은 열로도 쉽게 잘 붙을 수 있도록 LDPE 접착제를 사용하고, 코어층의 경우에는 열에 의해 용융된 접착제가 코어 내부로 모두 스며들어 접착력을 발휘하지 못하는 것을 방지하기 위하여 HDPE 접착제를 사용함으로써, 각 구성들간의 접착력을 향상시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 샌드위치 패널은 경량이면서도, 기계적 물성이 좋은 코어층을 사용함으로써, 기계적 강도뿐만 아니라 성형성도 우수하다. 또한, 샌드위치 패널용 심재 내부의 계면 간을 불꽃 라미네이션을 통해 접합함으로써 계면 박리력을 개선하여, 가전용 구조재(TV백커버, 세탁기용 보드 등), 건축용 내외장 보드, 자동차 내외장재, 기차/선박/항공기용 내외장재(칸막기등의 보드), 각종 칸막이용 보드, 엘레베이터 구조재 등으로 사용하기에 적합하다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예: 샌드위치 패널의 제조
코어층(성형체)의 제조 : 제조예 1 내지 11
[제조예 1 내지 9]
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유 (도레이 케미칼社, RPF, 섬도 4데니어, 섬유 길이 51㎜)와 시스부가 비흡습성 수지인 시스-코어형 PET 섬유(도레이 케미칼社, EZBON-L, 섬도 4데니어, 시스부 녹는점 164℃, 섬유 길이 64 ㎜)를 준비한 후, 이들을 30:70의 중량비로 혼합하였다.
상기 혼합된 섬유를 롤러 카딩기로 카딩하고 가열프레스를 사용하여, 190℃의 온도에서 10초간 열접착하여 부직포를 제조하였다.
상기 부직포의 일면을 라미네이팅 불꽃발생장치(Flame Laminating Machine, World F.L.Y)로 가열시켜 계면이 용융된 상태를 만든 후, 상기 부직포 2장 각각의 용융된 계면을 상호 접합시켜 3,600gsm의 평량을 가지는 부직포를 제조하였다. 이때, 상기 뷸꽃 라미네이션 공정의 조건은 하기 표 1과 같다.
불꽃온도(℃) 발열량(kcal) 가스유속(Nm3/h) 공기과잉률
제조예 1 730 17,004 1.8 1.03
제조예 2 745 18,893 2.0 0.93
제조예 3 800 20,782 2.2 1.00
제조예 4 820 26,450 2.8 0.94
제조예 5 840 39,495 1.7 0.58
제조예 6 860 41,818 1.8 0.67
제조예 7 890 42,037 4.45 0.94
제조예 8 900 47,232 5.0 0.84
제조예 9 980 68,014 7.2 0.58
이후 상기 부직포를 5 m/min의 속도로 더블 벨트 프레스(double Belt Press)에 이송시켰다. 이 때 더블 벨트 프레스의 가열온도는 180℃, 압력은 5MPa이었으며, 2분간 가열/가압처리를 하여 5.7 ㎜ 두께의 코어층을 제조하였다.
[제조예 10]
혼합 섬유를 카딩 및 가열프레스로 열 접착하여 제조한 부직포를 2개의 언와인딩 장치에 장착한 후, 분당 펀칭 횟수를 500회, 펀칭 밀도를 200 punches/cm2로 하는 니들펀칭 공정을 반복적으로 실시하여 부직포 간에 물리적 재결속을 형성시켰다. 이후 니들펀칭으로 결합된 상기 부직포를 챔버 내 온도가 180℃인 예열 챔버에 진입시킨 후 3분간 예열시켜, 3,600gsm의 평량을 가지는 부직포를 제조하는 것을 제외하고는, 제조예 1 내지 9와 동일한 방법으로 코어층을 제조하였다.
[제조예 11]
혼합 섬유를 카딩 및 가열프레스로 열접착하여 제조한 부직포의 일 계면에 접착제(DI-1030, 삼성그라테크)를 도포하여 접착필름을 형성한 후, 다른 부직포의 일 계면이 접착필름과 맞붙도록 적층한다. 이후 상기 부직포를 챔버 내 온도가 180℃인 예열 챔버에 진입시킨 후 3분간 예열시켜, 3,600gsm의 평량을 가지는 부직포를 제조하는 것을 제외하고는, 제조예 1 내지 9와 동일한 방법으로 코어층을 제조하였다.
샌드위치 패널의 제조 : 실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 2
[실시예 1]
상기 제조예 1에서 제조된 코어층의 양면에, 에폭시 접착제(국도화학)를 도포한 후, 전기아연도금강판으로 형성된 스킨층을 0.4mm 두께로 형성한 후, 적층된 결과물을 100℃에서 열경화하여 샌드위치 패널을 제조하였다.
[실시예 2 내지 9]
하기 표 2에 따라 상기 제조예 2 내지 9에서 제조된 코어층을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 샌드위치 패널을 제조하였다.
[비교예 1 내지 2]
하기 표 2에 따라 상기 제조예 10 내지 11에서 제조된 코어층을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 샌드위치 패널을 제조하였다.
사용한 코어층
실시예 1 제조예 1
실시예 2 제조예 2
실시예 3 제조예 3
실시예 4 제조예 4
실시예 5 제조예 5
실시예 6 제조예 6
실시예 7 제조예 7
실시예 8 제조예 8
실시예 9 제조예 9
비교예 1 제조예 10
비교예 2 제조예 11
실험예 : 박리강도, 공정속도, 불꽃 라미네이션 접합부의 밀도 측정
(박리강도, 공정속도 측정)
상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 샌드위치 패널을 시편(25mm x 25mm)으로 제작한 후, ASTM C297에 따라 만능시험기(INSTRON)를 이용하여 코어층 내 부직포 Layer간의 박리강도를 측정하였다. 각 시편 당 박리강도를 5회 측정하여, 그 평균값을 표 3에 나타내었다.
박리강도(psi) 공정속도(m/min)
실시예 1 270.98 5
실시예 2 274.72 5
실시예 3 284.37 5
실시예 4 329.34 5
실시예 5 437.28 5
실시예 6 463.68 5
실시예 7 491.24 5
실시예 8 577.12 5
실시예 9 360.40 5
비교예 1 443.72 1
비교예 2 145.39 5
표 3을 참조하면 불꽃 라미네이션 공정을 실시한 실시예 1 내지 9는, 니들펀칭 공정을 실시한 비교예 1의 경우에 대비하여 공정속도가 향상된 것을 알 수 있었다. 또한 실시예 1 내지 9는 접착필름을 사용한 비교예 2의 경우에 대비하여 박리강도가 향상된 것을 알 수 있었다. 특히, 실시예 5 내지 8의 경우 5m/min의 우수한 공정속도와 함께 400psi 이상의 우수한 박리강도를 가진다는 것을 알 수 있었다.
(불꽃 라미네이션 접합부의 밀도 측정)
실시예 1 내지 9의 샌드위치 패널을 시편(25mm x 25mm)으로 제작하였다. 그 후, 불꽃 라미네이션을 통해 접합된 접합부 중 가장 얇은 접합두께를 가진 곳의 계면을 칼로 떼어 낸 후, 두께 및 질량을 측정하여 접합부의 밀도를 측정하고 하기 표 4으로 나타내었다.
접합부 밀도(g/cm3)
실시예 1 0.43
실시예 2 0.43
실시예 3 0.43
실시예 4 0.53
실시예 5 0.61
실시예 6 0.61
실시예 7 0.65
실시예 8 0.76
실시예 9 0.53
표 4를 참조하면, 불꽃 라미네이션을 통한 접합부의 밀도가 클수록, 코어층 내 부직포 Layer간의 박리강도가 향상된 것을 알 수 있었다. 특히, 실시예 8의 불꽃 라미네이션 공정 조건에서 접합부 밀도가 가장 크며, 부직포 Layer간의 박리강도가 가장 뛰어난 것을 알 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것이며, 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10 : 코어층
20 : 스킨층

Claims (11)

  1. 둘 이상의 부직 섬유 집합체 및 상기 부직 섬유 집합체가 서로 접합된 하나 이상의 접합부를 포함하는 부직 섬유 집합체 구조이고,
    상기 접합부의 밀도(g/cm3)는 상기 부직 섬유 집합체의 밀도(g/cm3)의 2 내지 4.5 배인, 성형체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부직 섬유 집합체 구조는 열융착에 의해 둘 이상의 부직 섬유 집합체가 접합된 구조인, 성형체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 부직 섬유 집합체는 웹(Web)상 또는 시트(Sheet)상의 부직섬유를 접착제로 접착시키거나, 열가소성 섬유를 이용하여 접착시킨 것인, 성형체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합부의 계면 박리강도가 250 내지 600 psi인, 성형체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합부의 밀도가 0.3 내지 0.9 g/cm3인, 성형체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 부직 섬유 집합체는, 폴리에스테르계 섬유를 포함하는, 성형체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 폴리에스테르계 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인, 성형체.
  8. 코어층;
    상기 코어층의 일면 이상에 적층된 스킨층; 및
    상기 코어층과 스킨층을 접착하는 접착층을 포함하고,
    상기 코어층은 제1항의 성형체를 사용하는, 샌드위치 패널.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 스킨층은 알루미늄, 철, 스테인레스강(SUS), 마그네슘 및 전기아연도금강판(EGI)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상 인, 샌드위치 패널.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 접착층은 올레핀계 접착제, 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 및 에폭시계 접착제 중 1종 이상을 포함하는, 샌드위치 패널.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 접착층은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 포함하는 제1접착층과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 포함하는 제2접착층을 포함하는, 샌드위치 패널.
KR1020190127275A 2019-10-14 2019-10-14 성형체 및 이를 사용하는 샌드위치 패널 KR20210044363A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190127275A KR20210044363A (ko) 2019-10-14 2019-10-14 성형체 및 이를 사용하는 샌드위치 패널
PCT/KR2020/013916 WO2021075817A1 (ko) 2019-10-14 2020-10-13 성형체, 이를 사용하는 샌드위치 패널, 성형체의 제조방법 및 샌드위치 패널의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190127275A KR20210044363A (ko) 2019-10-14 2019-10-14 성형체 및 이를 사용하는 샌드위치 패널

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210044363A true KR20210044363A (ko) 2021-04-23

Family

ID=75738183

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190127275A KR20210044363A (ko) 2019-10-14 2019-10-14 성형체 및 이를 사용하는 샌드위치 패널

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210044363A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170140111A (ko) 2016-06-10 2017-12-20 (주)엘지하우시스 샌드위치 패널 및 그의 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170140111A (ko) 2016-06-10 2017-12-20 (주)엘지하우시스 샌드위치 패널 및 그의 제조방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102163085B1 (ko) 샌드위치 패널 및 그의 제조방법
US11772362B2 (en) Sandwich panel and a manufacturing method thereof
KR102317515B1 (ko) 샌드위치 패널 및 그의 제조방법
KR102269941B1 (ko) 샌드위치 패널 및 그의 제조방법
US11260626B2 (en) Sandwich panel and a manufacturing method thereof
KR102317518B1 (ko) 샌드위치 패널 및 그의 제조방법
KR102655190B1 (ko) 성형체의 제조방법 및 샌드위치 패널의 제조방법
KR20210044363A (ko) 성형체 및 이를 사용하는 샌드위치 패널
KR20210065032A (ko) 부직 섬유 집합체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법
KR102317516B1 (ko) 샌드위치 패널 및 그의 제조방법
KR102317517B1 (ko) 샌드위치 패널 및 그의 제조방법
KR102673286B1 (ko) 성형체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법
US20230356499A1 (en) Molded Body, Sandwich Panel Using Same And Method For Manufacturing Same
KR20210068988A (ko) 성형체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법
KR20220091768A (ko) 샌드위치 패널 및 이의 제조방법
KR20220048946A (ko) 성형체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application