KR20210065032A - 부직 섬유 집합체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단일 성분 섬유인 제 1 폴리에스테르계 섬유; 및 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유인 제 2 폴리에스테르계 섬유;를 포함하는 부직 섬유 집합체에 있어서, 상기 제 2 폴리에스테르계 섬유는 폴리에스테르계 섬유인 코어부(core part); 및 상기 코어부를 둘러싼 시스부(sheath part);를 포함하고, 상기 제 1 폴리에스테르계 섬유 및 제 2 폴리에스테르계 섬유 중 어느 하나 이상은 접착제 성분을 포함하는, 부직 섬유 집합체 및 이를 사용하는 샌드위치 패널과 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

부직 섬유 집합체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법{NON-WOVEN FIBER ASSEMBLY, SANDWICH PANEL USING SAME, AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은 부직 섬유 집합체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법에 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 코어층을 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.
그러나, 상기 샌드위치 패널의 제조방법의 경우, 고밀도이면서 높은 굴곡강도, 인장강도 등의 물성을 확보하였으나, 심재와 스킨층의 접착을 위해 접착층을 형성하고 액상형태 또는 고상형태의 접착제를 사용하는 기존의 성형체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법으로는, 접착층을 형성하는 별도의 접착 공정으로 인해 제조공정이 복잡함에도 접착력 및 기계적 물성이 개선되는데 한계가 있는 문제점이 있었다.
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제 10-2017-0140111호, 샌드위치 패널 및 그의 제조방법
본 발명자들은 상기 문제를 해결하기 위해, 심재 자체에 높은 접착력을 부여하고자 접착성분을 포함하는 부직 섬유 집합체 및 이를 사용하는 샌드위치 패널과 이의 제조방법에 대하여 연구하여, 본 발명을 완성시켰다.
따라서, 본 발명의 목적은 부직 섬유 집합체 내 접착 성분이 포함되어, 기존의 접착층 없이도 심재로 사용되는 부직 섬유 집합체 자체에 직접 열 및 압력을 가하면 심재 자체가 강한 접착력을 가져 스킨층과 접착되는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 샌드위치 패널 제조 시 접착층을 형성하는 별도의 접착공정이 생략되어 제조공정이 단순화된 샌드위치 패널의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 측면에 따르면,
단일 성분 섬유인 제 1 폴리에스테르계 섬유; 및 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유인 제 2 폴리에스테르계 섬유;를 포함하는 부직 섬유 집합체에 있어서, 상기 제 2 폴리에스테르계 섬유는 폴리에스테르계 섬유인 코어부(core part); 및 상기 코어부를 둘러싼 시스부(sheath part);를 포함하고, 상기 제 1 폴리에스테르계 섬유 및 제 2 폴리에스테르계 섬유 중 어느 하나 이상은 접착제 성분을 포함하는, 부직 섬유 집합체를 제공한다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 제 1 폴리에스테르계 섬유는 내부에 접착제 성분을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 제 2 폴리에스테르계 섬유의 시스부는 접착제 성분을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 제 2 폴리에스테르계 섬유에 있어서 상기 코어부와 시스부의 부피비는 2:8 내지 8:2일 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 시스부는 B-스테이지(B-stage) 상태로 반경화된 접착제 성분을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 부직 섬유 집합체를 6mm 두께로 형성하고 상기 부직 섬유 집합체 양면에 0.4mm 두께의 용융아연도금강판(GI)인 스킨층을 적층한 후, 2분 동안 110℃, 5MPa의 조건에서 열압착하여 샌드위치 패널을 제조했을 때, 상기 샌드위치 패널의 굴곡 모듈러스는 35 내지 45GPa일 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 부직 섬유 집합체를 6mm 두께로 형성하고 상기 부직 섬유 집합체 양면에 0.4mm 두께의 용융아연도금강판(GI)인 스킨층을 적층한 후, 2분 동안 110℃, 5MPa의 조건에서 열압착하여 샌드위치 패널을 제조했을 때, 상기 샌드위치 패널의 굴곡강도는 2300 내지 3500N일 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 접착제 성분은 올레핀계 접착제, 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 및 에폭시계 접착제 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 제 1 폴리에스테르계 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 제 2 폴리에스테르계 섬유의 코어부는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 제 2 측면에 따르면,
코어층; 및 상기 코어층의 일면 이상에 적층된 스킨층;을 포함하고,
상기 코어층은 상기 부직 섬유 집합체를 사용하는, 샌드위치 패널을 제공한다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 스킨층은 알루미늄, 철, 스테인레스강(SUS), 마그네슘 및 용융아연도금강판(GI)으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 제 3 측면에 따르면,
a) 단일 성분 섬유인 제 1 폴리에스테르계 섬유 및 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유인 제 2 폴리에스테르계 섬유를 혼합하여 혼합 섬유를 제조하는 단계; b) 상기 혼합 섬유를 분당 펀칭 횟수 300 내지 1000회, 이동속도 1 내지 8 m/min, 펀칭 밀도 100 내지 500 punches/cm2의 니들펀칭 공정을 진행하여 부직 섬유 집합체를 제조하는 단계; c) 상기 부직 섬유 집합체의 일면 이상에 스킨층을 적층하는 단계; 및 d) 상기 부직 섬유 집합체 및 적층된 스킨층 상에 가열 및 가압 처리하여 부직 섬유 집합체와 스킨층을 접착시키는 단계;를 포함하고, 상기 a) 단계에서 제 1 폴리에스테르계 섬유 및 제 2 폴리에스테르계 섬유 중 어느 하나 이상은 접착제 성분을 포함하는, 샌드위치 패널의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 d) 단계는 50 내지 250℃의 가열조건 및 0.5 내지 10MPa의 가압조건에서 부직 섬유 집합체와 스킨층을 접착시키는 단계일 수 있다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널의 제조방법은, 샌드위치 패널의 심재로 사용되는 부직 섬유 집합체 제조 시, 접착제 성분을 포함하는 폴리에스테르계 단일 섬유 또는 이성분 섬유를 사용함으로써 심재 자체에 접착제 성분이 포함되어 스킨층 표면과 심재가 접착층 없이도 기존 대비 우수한 접착력을 가지며, 샌드위치 패널은 우수한 굴곡 모듈러스 및 굴곡강도를 가지게 되는 효과가 있다.
상기의 효과를 가지는 샌드위치 패널은 가전용 구조재(TV백커버, 세탁기용 보드 등), 건축용 내외장 보드, 자동차 내외장재, 기차/선박/항공기용 내외장재, 각종 칸막이용 보드, 엘리베이터 구조재 등에 사용되기에 적합하다.
도 1은 본 발명의 비교예 1 내지 2에 따른 샌드위치 패널을 개략적으로 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예 1 내지 2에 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 부직 섬유 집합체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명자들의 실험 결과, 종래의 샌드위치 패널을 제조하는 경우, 심재와 스킨층 사이에 액상 또는 고상의 접착제를 이용하여 접착층을 형성하는 별도의 공정을 포함함에도 불구하고 샌드위치 패널의 접착력 내지 기계적 물성은 개선되는데 한계가 있어, 이에 대한 연구의 필요성이 있었다.
본 발명의 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 단일 성분의 폴리에스테르계 섬유 또는 이성분의 폴리에스테르계 섬유에 접착제 성분을 포함하는 부직 섬유 집합체인 심재를 제조하여, 별도의 접착층 없이도 우수한 접착력, 굴곡 모듈러스 및 굴곡강도 등의 기계적 물성을 가지는 샌드위치 패널을 제조하기에 이르렀다.
부직 섬유 집합체
본 발명에 따른 부직 섬유 집합체는 단일 성분 섬유인 제 1 폴리에스테르계 섬유; 및 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유인 제 2 폴리에스테르계 섬유;를 포함하는 부직 섬유 집합체에 있어서, 상기 제 2 폴리에스테르계 섬유는 폴리에스테르계 섬유인 코어부(core part); 및 상기 코어부를 둘러싼 시스부(sheath part);를 포함하고, 상기 제 1 폴리에스테르계 섬유 및 제 2 폴리에스테르계 섬유 중 어느 하나 이상은 접착제 성분을 포함한다.
본 발명에 있어서 '부직 섬유 집합체'라 함은, 웹(Web)상 또는 시트(Sheet)상의 부직 섬유를 접착제로 접착시키거나, 열가소성 섬유를 이용하여 접착시킨 것을 말하며, 본 발명에 따른 부직 섬유 집합체는 섬유가 서로 엉켜있기 때문에, 폴리에스테르계 섬유의 전부 또는 일부는 바인더에 의하여 융착되고, 따라서 상기 부직 섬유 집합체 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 부직 섬유 집합체는 단일 성분 섬유인 제 1 폴리에스테르계 섬유를 포함한다. 상기 단일 성분 섬유인 제 1 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 부직 섬유 집합체의 틈이 차지하는 공간이 감소될 수 있다. 또한, 100mm를 초과하는 경우, 부직 섬유 집합체 제조 시, 섬유의 분산이 원활하게 이루어지지 않아, 부직 섬유 집합체의 물성이 저하될 수 있다.
상기 제 1 폴리에스테르계 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 제 1 폴리에스테르계 섬유의 섬도는 바람직하게는 15 내지 30 데니어 일 수 있다.
상기 제 1 폴리에스테르계 섬유는 접착제 성분을 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 제 1 폴리에스테르계 섬유의 내부에 접착제 성분을 포함할 수 있다. 상기 제 1 폴리에스테르계 섬유의 내부에 접착제 성분을 포함함으로써, 별도의 접착층 없이도 금속 재질로 형성된 스킨층과 박리현상이 발생하지 않을 정도의 충분한 접착력을 가질 수 있다. 또한 별도의 접착층을 형성하는 공정 없이도 부직 섬유 집합체 위에 스킨층을 바로 적층한 후, 가압/가열처리하여 부직 섬유 집합체와 스킨층을 합지시킬 수 있다.
상기 제 1 폴리에스테르계 섬유에 포함되는 접착제 성분은 올레핀계 접착제, 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 및 에폭시계 접착제 중 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 에폭시계 접착제 일 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.
본 발명에 따른 부직 섬유 집합체는 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유인 제 2 폴리에스테르계 섬유를 포함한다. 상기 제 2 폴리에스테르계 섬유는 폴리에스테르계 섬유인 코어부(core part); 및 상기 코어부를 둘러싼 시스부(sheath part);를 포함한다. 상기 시스-코어형 이성분 섬유는, 부직 섬유 집합체의 제조단계에서 투입되었던 것이 시스부의 수지가 융해되지 않은 상태로 남아 있게 되어, 최종 제조되는 샌드위치 패널의 심재에 포함될 수 있다.
상기 시스-코어형 이성분 섬유인 제 2 폴리에스테르계 섬유의 코어부는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 제 2 폴리에스테르계 섬유의 섬도는 바람직하게는 15 내지 30 데니어 일 수 있다.
상기 시스-코어형 이성분 섬유인 제 2 폴리에스테르계 섬유는 접착제 성분을 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 제 2 폴리에스테르계 섬유의 시스부는 접착제 성분을 포함할 수 있다. 상기 제 2 폴리에스테르계 섬유의 시스부에 접착제 성분을 포함함으로써, 별도의 접착층 없이도 금속 재질로 형성된 스킨층과 박리현상이 발생하지 않을 정도의 충분한 접착력을 가질 수 있다. 또한 별도의 접착층을 형성하는 공정 없이도 부직 섬유 집합체 위에 스킨층을 바로 적층한 후, 가압/가열처리하여 부직 섬유 집합체와 스킨층을 합지시킬 수 있다.
상기 시스부는 B-스테이지(B-stage) 상태로 반경화된 접착제 성분을 포함할 수 있다. 구체적으로, 코어부의 외부면에 대하여 B-스테이지 상태로 반경화되도록 접착제 성분을 코팅하여 시스부를 형성할 수 있다. 본 명세서 상에서 상기 B-스테이지는 주제와 경화제가 만나 반응을 시작하여 고분자가 형성되어가는 상태이며, 경화되기 전까지의 상태로 정의될 수 있다.
완전히 반응이 종결된 경화(C-스테이지)상태와 대비하여 반경화(B-스테이지)상태의 접착제 성분을 시스부로 포함하는 경우가 충분한 접착력을 가진다면, 제품 생산 공정을 단순화할 수 있고, 제품의 생산비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
구체적으로, 별도의 접착층을 갖는 경우에는 여러 층의 접착을 위해서 액형 접착액을 바르거나 필름형 접착제를 붙여주는 부가적인 공정이 필수적으로 요구된다는 점에서, 시스부 내에 상기 반경화(B-스테이지) 상태의 접착제를 포함함을 통해 별도의 접착층 없이도 부직 섬유 집합체와 스킨층이 접착되어 공정을 단순화시킬 수 있다.
상기 제 2 폴리에스테르계 섬유에 포함되는 접착제 성분은 올레핀계 접착제, 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 및 에폭시계 접착제 중 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 에폭시계 접착제 일 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.
상기 제 2 폴리에스테르계 섬유에 있어서 상기 코어부와 시스부의 부피비는 2:8 내지 8:2, 바람직하게는 2:8 내지 6:4, 더 바람직하게는 2.5:7.5 내지 5:5, 훨씬 더 바람직하게는 2.5:7.5 내지 3.5:6.5 일 수 있다. 상기 부피비가 2:8 미만인 경우에는 상대적으로 코어부의 비율이 낮아져 제작된 부직포의 기계적 물성이 떨어질 수 있다. 반면, 상기 부피비가 8:2를 초과하는 경우에는 접착제 성분을 포함할 수 있는 시스부의 비율이 상대적으로 낮아져 별도의 접착층을 사용하지 않는 경우에는 낮은 접착력으로 샌드위치 패널의 박리강도가 저하될 수 있다.
상기 시스-코어형 이성분 섬유는 상기 코어부의 성분과 시스부의 성분을 사용하여 용융방사하고 연신하여 제조한다.
상기 부직 섬유 집합체는 바인더를 더 포함할 수 있다. 또한 상기 바인더는 웹(Web)상 또는 시트(Sheet)상의 부직 섬유를 접합시킬 수 있는 구조라면 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 비흡습성 공중합 수지 또는 흡습성 공중합 수지, 더 바람직하게는 비흡습성 공중합 수지 일 수 있다.
특히, 상기 비흡습성 공중합 수지는 공기 중의 수분을 흡수하지 않는 성질을 가지는 수지를 말하며, 구체적으로는 상기 수지를 이용하여 제조되는 본 발명의 부직 섬유 집합체를 기준으로, 85℃ 온도 및 상대습도 85%에서 100시간 방치한 후의 부직 섬유 집합체의 중량 변화율(즉 수분량의 증가율)이 0.1% 미만, 바람직하게는 0.08% 미만, 더욱 바람직하게는 0.07% 미만인 것을 사용할 수 있다.
일반적으로 부직 섬유 집합체에 포함되는 PET 섬유의 흡습도가 0.05% 미만이라는 점에서, 부직 섬유 집합체의 중량 변화율이 0.05%를 넘는다는 것은, 부직 섬유 집합체 내의 또 다른 구성인 바인더에 의하여 흡수되는 수분의 양이 상당하다는 것을 의미한다. 이러한 점에서, 상기 비흡습성 공중합 수지란, 최종 제조된 부직 섬유 집합체를 기준으로 85℃ 온도 및 상대습도 85%에서 100시간 방치한 후의 부직 섬유 집합체의 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, 에스테르계 수지와, 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.
부직 섬유 집합체에 포함되는 폴리에스테르계 섬유의 전부 또는 일부는 비흡습성 수지인 바인더에 의하여 융착될 수 있으며, 상기 바인더는 녹는점이 160℃ 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 부직 섬유 집합체를 사용하는 코어층은 겉보기 밀도가 0.1~1.0g/cm3이다. 상기 밀도 범위를 만족하기 때문에 대형 화물의 포장 재료 등에 사용하기에 충분한 기계적 강도를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 상기 부직 섬유 집합체를 사용한 코어층을 포함하는 샌드위치 패널은, 상기와 같은 기계적 강도를 만족하기 때문에, 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.
이외에, 본 발명에 따른 상기 부직 섬유 집합체는, 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.
상기 부직 섬유 집합체를 6mm 두께로 형성하고 상기 부직 섬유 집합체 양면에 0.4mm 두께의 용융아연도금강판(GI)인 스킨층을 적층한 후, 2분 동안 110℃, 5MPa의 조건에서 열압착하여 샌드위치 패널을 제조했을 때, 상기 샌드위치 패널의 굴곡 모듈러스는 35 내지 45GPa, 바람직하게는 37 내지 45GPa, 더 바람직하게는 37 내지 43GPa 일 수 있다.
상기 부직 섬유 집합체를 6mm 두께로 형성하고 상기 부직 섬유 집합체 양면에 0.4mm 두께의 용융아연도금강판(GI)인 스킨층을 적층한 후, 2분 동안 110℃, 5MPa의 조건에서 열압착하여 샌드위치 패널을 제조했을 때, 상기 샌드위치 패널의 굴곡강도는 2300 내지 3500N, 바람직하게는 2500 내지 3300N, 더 바람직하게는 2500 내지 3000N 일 수 있다.
상기의 굴곡 모듈러스 및 굴곡강도 범위를 만족하는 경우, 별도의 접착층 없이 샌드위치 패널을 제조하였음에도 다용도로 사용하기에 적합한 샌드위치 패널의 기계적 물성을 가질 수 있다.
부직 섬유 집합체의 제조방법
본 발명에 따른 상기 부직 섬유 집합체의 제조방법은 하기와 같은 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 부직 섬유 집합체의 제조방법은, a) 단일 성분 섬유인 제 1 폴리에스테르계 섬유 및 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유인 제 2 폴리에스테르계 섬유를 혼합하여 혼합 섬유를 제조하는 단계; b) 상기 혼합 섬유에 분당 펀칭 횟수 300 내지 1000회, 이동속도 1 내지 8 m/min, 펀칭 밀도 100 내지 500 punches/cm2의 니들펀칭 공정을 진행하여 부직 섬유 집합체를 제조하는 단계;를 포함한다. 이때, 상기 a) 단계에서 제 1 폴리에스테르계 섬유 및 제 2 폴리에스테르계 섬유 중 어느 하나 이상은 접착제 성분을 포함한다.
a) 단계에서는 먼저 단일 성분 섬유인 제 1 폴리에스테르계 섬유 및 시스-코어형 이성분 섬유인 제 2 폴리에스테르계 섬유를 혼합한 혼합 섬유를 제조하기 위하여, (A) 제 1 폴리에스테르계 섬유 및 (B) 제 2 폴리에스테르계 섬유를 준비하여, 1:99 내지 80:20의 중량비로 혼합하여 혼합 섬유를 제조할 수 있다. 상기 (B) 시스-코어형 이성분 섬유의 함량이 상기 범위를 미달하는 경우에는 섬유 간의 융착이 충분하지 않아 부직 섬유 집합체의 물성이 떨어질 수 있다.
이 때, (A) 제 1 폴리에스테르계 섬유로는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있고, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET)을 사용할 수 있다.
상기 제 1 폴리에스테르계 섬유는 접착제 성분을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제 1 폴리에스테르계 섬유의 내부에 올레핀계 접착제, 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 및 에폭시계 접착제 중 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 에폭시계 접착제를 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 (B) 시스-코어형 이성분 섬유인 제 2 폴리에스테르계 섬유는 폴리에스테르계 섬유의 코어부(core part); 및 상기 코어부를 둘러싼 시스부(sheath part);를 포함하는 것이다. 상기 제 2 폴리에스테르계 섬유의 코어부는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있고, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET)을 사용할 수 있다.
상기 제 2 폴리에스테르계 섬유의 시스부는 접착제 성분을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제 2 폴리에스테르계 섬유의 시스부는 올레핀계 접착제, 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 및 에폭시계 접착제 중 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 에폭시계 접착제를 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.
상기 시스부는 B-스테이지(B-stage) 상태로 반경화된 접착제 성분을 포함할 수 있다. 구체적으로, 코어부의 외부면에 대하여 B-스테이지 상태로 반경화되도록 접착제 성분을 코팅하여 시스부를 형성할 수 있다.
이후, b) 단계에서는 상기 혼합 섬유에 분당 펀칭 횟수 300 내지 1000회, 이동속도 1 내지 8 m/min, 펀칭 밀도 100 내지 500 punches/cm2의 니들펀칭 공정을 진행하여 부직 섬유 집합체를 제조할 수 있다.
상기 니들펀칭 공정은, 상기 혼합 섬유에 분당 펀칭 횟수를 300 내지 1000회로, 이동속도를 1 내지 8 m/min로, 펀칭 밀도를 100 내지 500 punches/cm2 로 하여, 니들 펀칭 공정을 진행할 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 혼합 섬유에 분당 펀칭 횟수를 400 내지 700회로, 이동속도를 1.5 내지 6 m/min으로, 펀칭 밀도를 200 내지 400 punches/cm2 로 하여 니들 펀칭 공정을 진행할 수 있다.
상기 분당 펀칭 횟수가 300회 보다 적으면 부직 섬유간의 결착 정도가 떨어지는 문제가 있고, 1000회 보다 많으면 부직 섬유의 파단이 발생하는 문제가 있다. 또한, 상기 이동속도가 1 m/min 보다 느리면 생산 속도가 너무 느려지는 문제가 있고, 8 m/min 보다 빠르면 펀칭 밀도의 조절이 용이하지 않은 문제가 있다. 또한, 상기 펀칭 밀도가 100 punches/cm2　보다　적으면　부직　섬유간의　결착　정도가　떨어지는　문제가　있고，500　punches/cm2　보다　많으면　부직　섬유의　파단이　발생하는　문제가　있다．
상기 니들펀칭 공정은 2회 이상 실시할 수 있다. 니들 펀칭 공정을 2회 이상 실시하게 되면, 층간 섬유들의 결착력을 증가시킬 수 있어, 층간 박리를 방지하는데 효과적이다.
상기 범위의 니들펀칭 공정을 수행함에 따라서, 니들펀칭에 의한 물리적 결합력이 향상되어, 부직 섬유 집합체를 사용하는 코어층의 인장 강도와 같은 물성이 향상되며, 이를 통하여 최종 제조된 샌드위치 패널의 전단 강성 강도와 처짐 정도가 향상될 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 폴리에스테르계 섬유 및 제 2 폴리에스테르계 섬유를 혼합 한 후 카딩기를 사용하여 카딩을 진행한 후, 상기 조건의 니들 펀칭 공정을 수행하여 100 내지 4000 gsm의 평량의 부직 섬유 집합체를 제조한다. 이후 니들펀칭 공정을 반복시켜 부직 섬유간의 물리적 재결속을 형성시켜, 부직 섬유 집합체를 제조할 수 있다.
이 후, 제조된 부직 섬유 집합체 1 내지 10장을 개수에 맞게 복수의 언와인딩 장치에 장착할 수 있다. 이렇게 복수의 언와인딩 장치를 사용하여 복수의 부직 섬유 집합체를 사용하게 되면, 각각의 부직 섬유 집합체의 두께가 얇아지기 때문에, 하나의 언와인딩 장치에 권취되는 부직 섬유 집합체의 길이가 길어지게 된다. 따라서 연속적인 공정 중에 연속적으로 투입되는 부직 섬유 집합체 사이를 이어주기 위한 연폭기의 사용 횟수를 줄일 수 있기 때문에, 공정을 단순화 시킬 수 있다는 장점이 있다.
샌드위치 패널
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 샌드위치 패널은 접착제 성분을 포함하는 코어층(11); 및 상기 코어층의 일면 이상에 적층된 스킨층(30);을 포함하고, 상기 코어층은 상기 부직 섬유 집합체를 사용한다.
구체적으로 상기 부직 섬유 집합체의 일면 이상에 스킨층을 적층한 후, 상기 부직 섬유 집합체와 적층된 스킨층에 대하여 가열 및 가압 처리를 통해 별도 접착층 없이 접착시켜 샌드위치 패널을 제조할 수 있다. 상기 방법을 통해 제조된 샌드위치 패널의 심재는 코어층에 해당될 수 있다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널의 코어층은, 앞서 살펴본 본 발명에 따른 상기 부직 섬유 집합체로 구성된다. 상기 코어층의 두께는 0.1 내지 10mm인 것이 바람직하다. 두께가 0.1mm 미만이면 우수한 기계적 강도를 유지하기 어려운 문제가 발생할 수 있고, 두께가 10mm를 초과하게 되면 샌드위치 패널을 굽히거나 딥 드로잉(deep drawing) 성형 시에 성형성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널은 상기 코어층의 일면 이상에 적층된 스킨층을 포함한다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널의 스킨층은 금속 재질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄, 철, 스테인레스강(SUS), 마그네슘 및 용융아연도금강판(GI)으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 일례로, 우수한 성형성 및 굴곡강성을 가지기 위해, 용융아연도금강판(GI)을 포함하는 스킨층을 샌드위치 패널에 적용할 수 있다. 또한, 경량화를 가지기 위해 알루미늄을 포함하는 스킨층을 샌드위치 패널에 적용할 수 있다.
상기 스킨층의 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 코어층과 스킨층을 접착시키는 접착층 없이도, 코어층으로 사용되는 부직 섬유 집합체에 포함된 접착제 성분으로 인하여 부직 섬유 집합체와 스킨층을 적층한 후 가열/가압처리를 통하여 부직 섬유 집합체와 스킨층을 합지 시킬 수 있다. 상기 접착제 성분은 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.
이때 부직 섬유 집합체에 포함된 접착제 성분은 화학적 결합에 의해 스킨층과 부직 섬유 집합체의 접착력을 향상시키는 효과가 있다. 상기 화학적 결합은 접착제 성분이 코어층의 상부면, 하부면과의 공유 결합, 수소결합, 반데르발스 결합, 이온 결합 등이 되는 것을 의미한다.
상기 샌드위치 패널은 35 내지 45GPa, 바람직하게는 37 내지 45GPa, 더 바람직하게는 37 내지 43GPa의 굴곡 모듈러스를 가질 수 있다. 또한 상기 샌드위치 패널은 2300 내지 3500N, 바람직하게는 2500 내지 3300N, 더 바람직하게는 2500 내지 3000N의 굴곡강도를 가질 수 있다.
샌드위치 패널의 제조방법
본 발명에 따른 샌드위치 패널은 상기 스킨층, 접착제 성분을 포함하는 부직 섬유 집합체, 스킨층이 순차적으로 적층되어 형성된다. 상기의 구성들이 적층된 이후, 가열/가압 단계가 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로, 본 발명에 따른 샌드위치 패널의 제조방법은,
a) 단일 성분 섬유인 제 1 폴리에스테르계 섬유 및 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유인 제 2 폴리에스테르계 섬유를 혼합하여 혼합 섬유를 제조하는 단계; b) 상기 혼합 섬유를 분당 펀칭 횟수 300 내지 1000회, 이동속도 1 내지 8 m/min, 펀칭 밀도 100 내지 500 punches/cm2의 니들펀칭 공정을 진행하여 부직 섬유 집합체를 제조하는 단계; c) 상기 부직 섬유 집합체의 일면 이상에 스킨층을 적층하는 단계; 및 d) 상기 부직 섬유 집합체 및 적층된 스킨층 상에 가열 및 가압 처리하여 부직 섬유 집합체와 스킨층을 접착시키는 단계;를 포함한다. 이때, 상기 a) 단계에서 제 1 폴리에스테르계 섬유 및 제 2 폴리에스테르계 섬유 중 어느 하나 이상은 접착제 성분을 포함한다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널의 코어층은, 앞서 살펴본 본 발명에 따른 상기 부직 섬유 집합체로 구성된다. 상기 a) 단계 및 b) 단계는 앞서 살펴본 부직 섬유 집합체의 제조방법과 동일하다.
이후, c) 단계에서는 상기 부직 섬유 집합체 일면 이상에 스킨층을 적층할 수 있다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널의 스킨층은 금속 재질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄, 철, 스테인레스강(SUS), 마그네슘 및 용융아연도금강판(GI)으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 일례로, 우수한 성형성 및 굴곡강성을 가지기 위해, 용융아연도금강판(GI)을 포함하는 스킨층을 샌드위치 패널에 적용할 수 있다. 또한, 경량화를 가지기 위해 알루미늄을 포함하는 스킨층을 샌드위치 패널에 적용할 수 있다.
d) 단계에서는 상기 부직 섬유 집합체 및 적층된 스킨층 상에 가열 및 가압 처리하여 부직 섬유 집합체와 스킨층을 접착시킬 수 있다. 상기 d) 단계는 50 내지 250℃의 가열조건 및 0.5 내지 10MPa의 가압조건에서 부직 섬유 집합체와 스킨층을 접착시키는 단계일 수 있다.
부직 섬유 집합체 상에 스킨층을 접착시키기 위하여, 가열경화 방법, 습기경화 방법, 경화제 첨가방법 및 열압착 방법 중 어느 하나 이상을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 가열경화 및 열압착 방법 중 어느 하나 이상을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 스킨층, 접착제가 포함된 코어층을 가열경화 및 열압착함으로써, 샌드위치 패널을 제조할 수 있다.
상기 가열경화는 에폭시 수지의 경화 온도인 50~110℃에서 대략 1분 내지 2시간 동안 수행될 수 있으며, 상온에서도 대략 1~10시간 동안 경화가 수행될 수도 있다.
상기 열압착은 100 ~ 250℃에서 대략 2분 내지 10분 동안 0.5 내지 10 MPa의 압력으로 수행될 수 있다. 상기 열압착 조건을 벗어나는 경우, 미접착으로 인하여 샌드위치 패널의 기계적 물성이 저하되거나, 층간 박리현상이 일어날 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 샌드위치 패널은 별도의 접착층 형성 공정이 없이도 접착제 성분을 내부에 포함하는 부직 섬유 집합체를 코어층으로 사용함으로써, 제조 공정을 단순화하고 샌드위치 패널의 기계적 강도, 성형성을 개선시킨 장점을 가진다. 구체적으로 상기 부직 섬유 집합체를 사용하는 상기 샌드위치 패널의 코어층은 굴곡 모듈러스가 35 내지 45 GPa이고, 굴곡 강도가 2300 내지 3500N 일 수 있다.
또한, 샌드위치 패널의 전단강성, 처짐 정도 문제가 개선되어, 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
부직 섬유 집합체의 제조: 제조예 1 내지 4
[제조예 1]
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유 (도레이 케미칼社, RPF, 섬유길이 51mm) 및 시스부(아민 경화제(국도화학)로 에폭시 접착제를 B-스테이지 상태로 반경화 시킨 시스부)를 포함하는 이성분 시스-코어형 PET 섬유(시스부 경화온도 150℃, 섬유길이 51mm)를 준비한 후, 이들을 30:70의 중량비로 혼합하였다. 이때, 상기 이성분 시스-코어형 PET 섬유에 대하여 컷팅 후 단면을 전자주사현미경(SEM)으로 분석한 결과 '코어부'와 '에폭시 접착제가 B-스테이지 상태로 반경화된 시스부'의 부피비가 5:5였다.
상기 섬유에 대하여 혼합 이후, 카딩기를 사용하여 카딩을 진행한 후，　분당　펀칭　횟수를 500회,　부직 섬유 집합체의　이동속도를 2 m/min,　펀칭　밀도를 200 punches/cm2 로　하는 니들펀칭 공정을 통해 3600gsm의 평량을 가지는 부직 섬유 집합체를 제조하였다.
상기 부직 섬유 집합체를 2개의 언와인딩 장치에 장착한 후, 분당　펀칭　횟수를 500회,　부직 섬유 집합체의　이동속도를 2 m/min,　펀칭　밀도를 200 punches/cm2 로　하는 니들펀칭 공정을 반복시켜 부직 섬유 집합체 간에 물리적 재 결속을 형성시켜, 6mm 두께의 부직 섬유 집합체를 제조하였다.
[제조예 2]
'코어부'와 '에폭시 접착제가 B-스테이지 상태로 반경화된 시스부'의 부피비가 3:7인 이성분 시스-코어형 PET 섬유를 사용한 것을 제외하고, 제조예 1과 동일한 방법으로 부직 섬유 집합체를 제조하였다.
[제조예 3]
섬유 혼합 시에 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유 (도레이 케미칼社, RPF, 섬유길이 51mm) 및 시스부가 비흡습성 수지인 이성분 시스-코어형 PET 섬유(시스부 녹는점 164℃)를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 부직 섬유 집합체를 제조하였다.
상기 시스-코어형 PET 섬유의 경우 컷팅 후 단면을 전자주사현미경(SEM)으로 측정한 결과, '코어부'와 '시스부'의 부피비는 5:5였다.
[제조예 4]
섬유 혼합 시에 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유 (도레이 케미칼社, RPF, 섬유길이 51mm) 및 시스부로 저융점 폴리에스테르계 섬유를 포함하는 이성분 시스-코어형 PET 섬유(시스부 녹는점 120℃)를 사용하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 부직 섬유 집합체를 제조하였다.
상기 시스-코어형 PET 섬유의 경우 컷팅 후 단면을 전자주사현미경(SEM)으로 측정한 결과, '코어부'와 '시스부'의 부피비는 5:5였다.
샌드위치 패널의 제조: 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3
[실시예 1]
상기 제조예 1에서 제조된 부직 섬유 집합체의 양면에 용융아연도금강판으로 형성된 스킨층(SGC570)을 0.4mm 두께로 직접 형성한 후, 적층된 결과물을 2분 동안, 110℃, 5MPa의 조건에서 열압착하여 샌드위치 패널을 제조하였다.
[실시예 2]
상기 제조예 2를 통해 제조된 부직 섬유 집합체를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 샌드위치 패널을 제조하였다.
[비교예 1]
상기 제조예 3에서 제조된 부직 섬유 집합체의 양면에, 먼저 에폭시 접착제(국도화학)를 도포하고, 그 위에 용융아연도금강판으로 형성된 스킨층(SGC570)을 0.4mm 두께로 형성한 후, 적층된 결과물을 2분 동안, 110℃에서 열경화 및 5MPa 압력을 가하여 샌드위치 패널을 제조하였다.
[비교예 2]
상기 제조예 4를 통해 제조된 부직 섬유 집합체를 사용한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 샌드위치 패널을 제조하였다.
[비교예 3]
상기 제조예 4를 통해 제조된 부직 섬유 집합체를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 샌드위치 패널을 제조하였다.
실험예 : 샌드위치 패널의 물성 측정
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 샌드위치 패널을 시편으로 제작한 후, ASTM C393 및 ASTM 7250에 의거하여 굴곡 모듈러스 및 굴곡강도를 측정하고, 하기 표 1에 결과를 나타내었다.
굴곡 모듈러스(GPa) 굴곡강도(N)
실시예 1 37.5 2500
실시예 2 41.5 3000
비교예 1 34.5 2250
비교예 2 31 1900
비교예 3 25 1600
상기 표 1을 참조하면, 스킨층과 심재 간의 접착을 위해 접착제를 도포하여 접착층을 형성하는 접착 공정을 포함하여 샌드위치 패널을 제조하는 비교예 1, 2와 대비하여 실시예 1, 2는 B-스테이지 상태로 에폭시계 접착제가 반경화된 시스부를 포함하는 시스-코어형의 이성분 폴리테레프탈레이트 섬유(PET)를 통한 접착력으로, 별도의 접착층이 생략되었음에도 불구하고 우수한 굴곡 모듈러스 및 굴곡강도를 가지는 것을 확인할 수 있었다.
다만, 실시예 1, 2와 같이 접착층을 포함하지 않는 경우라도, 비교예 3과 같이 시스부에 에폭시계 접착제 대신 저융점 폴리에스테르계 성분을 포함하는 경우에는 현저히 떨어지는 굴곡 모듈러스 및 굴곡강도의 물성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
이를 통해, B-스테이지 상태로 에폭시계 접착제가 반경화된 시스부를 포함하는 시스-코어형의 이성분 섬유를 사용하는 경우에는, 저융점 섬유를 시스부에 사용하는 통상적인 경우에 대비하여 별도의 접착층이 없더라도 접착력이 현저히 우수하여 샌드위치 패널의 굴곡 모듈러스 및 굴곡강도를 개선시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
특히, '코어부'와 '접착제가 B-스테이지 상태로 반경화된 시스부'의 부피비가 3:7인 실시예 2의 경우는, 5:5의 부피비를 가지는 실시예 1 대비 '코어부'의 부피가 감소하더라도 높은 기계적 강도를 나타내는 'B-스테이지 상태로 반경화된 접착제가 포함된 시스부'의 부피 증가를 통하여, 가장 우수한 굴곡 모듈러스 및 굴곡강도를 가진다는 것을 확인할 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
11 : 접착제 성분을 포함하는 코어층
20 : 접착층
30 : 스킨층

Claims (14)

  1. 단일 성분 섬유인 제 1 폴리에스테르계 섬유; 및 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유인 제 2 폴리에스테르계 섬유;를 포함하는 부직 섬유 집합체에 있어서,
    상기 제 2 폴리에스테르계 섬유는 폴리에스테르계 섬유인 코어부(core part); 및 상기 코어부를 둘러싼 시스부(sheath part);를 포함하고,
    상기 제 1 폴리에스테르계 섬유 및 제 2 폴리에스테르계 섬유 중 어느 하나 이상은 접착제 성분을 포함하는, 부직 섬유 집합체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 폴리에스테르계 섬유는 내부에 접착제 성분을 포함하는, 부직 섬유 집합체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 폴리에스테르계 섬유의 시스부는 접착제 성분을 포함하는, 부직 섬유 집합체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 폴리에스테르계 섬유에 있어서 상기 코어부와 시스부의 부피비는 2:8 내지 8:2인, 부직 섬유 집합체.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 시스부는 B-스테이지(B-stage) 상태로 반경화된 접착제 성분을 포함하는, 부직 섬유 집합체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 부직 섬유 집합체를 6mm 두께로 형성하고 상기 부직 섬유 집합체 양면에 0.4mm 두께의 용융아연도금강판(GI)인 스킨층을 적층한 후, 2분 동안 110℃, 5MPa의 조건에서 열압착하여 샌드위치 패널을 제조했을 때,
    상기 샌드위치 패널의 굴곡 모듈러스는 35 내지 45GPa인, 부직 섬유 집합체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 부직 섬유 집합체를 6mm 두께로 형성하고 상기 부직 섬유 집합체 양면에 0.4mm 두께의 용융아연도금강판(GI)인 스킨층을 적층한 후, 2분 동안 110℃, 5MPa의 조건에서 열압착하여 샌드위치 패널을 제조했을 때,
    상기 샌드위치 패널의 굴곡강도는 2300 내지 3500N인, 부직 섬유 집합체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착제 성분은 올레핀계 접착제, 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 및 에폭시계 접착제 중 1종 이상을 포함하는, 부직 섬유 집합체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 폴리에스테르계 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인, 부직 섬유 집합체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 폴리에스테르계 섬유의 코어부는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인, 부직 섬유 집합체.
  11. 코어층; 및
    상기 코어층의 일면 이상에 적층된 스킨층;을 포함하고,
    상기 코어층은 제1항의 부직 섬유 집합체를 사용하는, 샌드위치 패널.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 스킨층은 알루미늄, 철, 스테인레스강(SUS), 마그네슘 및 용융아연도금강판(GI)으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인, 샌드위치 패널.
  13. a) 단일 성분 섬유인 제 1 폴리에스테르계 섬유 및 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유인 제 2 폴리에스테르계 섬유를 혼합하여 혼합 섬유를 제조하는 단계;
    b) 상기 혼합 섬유를 분당 펀칭 횟수 300 내지 1000회, 이동속도 1 내지 8 m/min, 펀칭 밀도 100 내지 500 punches/cm2의 니들펀칭 공정을 진행하여 부직 섬유 집합체를 제조하는 단계;
    c) 상기 부직 섬유 집합체의 일면 이상에 스킨층을 적층하는 단계; 및
    d) 상기 부직 섬유 집합체 및 적층된 스킨층 상에 가열 및 가압 처리하여 부직 섬유 집합체와 스킨층을 접착시키는 단계;를 포함하고,
    상기 a) 단계에서 제 1 폴리에스테르계 섬유 및 제 2 폴리에스테르계 섬유 중 어느 하나 이상은 접착제 성분을 포함하는, 샌드위치 패널의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 d) 단계는 50 내지 250℃의 가열조건 및 0.5 내지 10MPa의 가압조건에서 부직 섬유 집합체와 스킨층을 접착시키는 단계인, 샌드위치 패널의 제조방법.
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