KR20210098569A - 자동차용 헤드라이너 및 그 제조방법 - Google Patents

자동차용 헤드라이너 및 그 제조방법 Download PDF

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권충호
조하니
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(주)대한솔루션
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Abstract

헤드라이너를 구성하는 여러 층 중 어느 한 층에 실란 커플링제(Silane Coupling Agent) 용액을 도포하여 일체로 형성함으로써, 헤드라이너의 늘어나는 중량을 최소화하면서도 굴곡 강도와 굴곡탄성률과 같은 굴곡 특성을 향상하여 헤드라이너의 형태 안정성을 높일 수 있다. 특히, 헤드라이너를 구성하는 글라스 매트와 폴리머 필름 사이에 실란 커플링제 용액을 도포하여 일체로 형성함으로써, 실란 커플링제 용액이 글라스 매트에 잘 스며들게 하면서도 폴리머 필름에 견고하게 부착하게 하여 헤드라이너의 형태 안정성을 더욱더 높일 수 있다. 또한, 실란 커플링제 용액을 스프레이 방식으로 분사하여 일체로 형성함으로써, 원하는 두께로 쉽고 편리하게 도포하여 일체로 형성하면서도 헤드라이너의 형태 안정성을 높일 수 있다.

Description

자동차용 헤드라이너 및 그 제조방법{HEADLINER FOR VEHICLE AND ITS MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 자동차용 헤드라이너 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 헤드라이너를 구성하는 글라스 매트와 폴리머 필름 사이에 실란 커플링제(Silane Coupling Agent) 용액을 도포하여 일체로 형성함으로써, 헤드라이너의 굴곡 특성을 높여 형태 안정성을 유지할 수 있게 한 것이다.
자동차의 실내에 루프패널과 마주하게 장착하는 헤드라이너는 단열과 내장재 그리고 소음 성능 등 여러 가지 기능을 할 수 있도록, 아래의 (특허문헌 1) 내지 (특허문헌 2)와 같이, 다양한 재질로 제작한다.
(특허문헌 1) 한국공개특허 제10-2019-0117938호
부직포를 제작할 때 케미컬 바인더를 사용하지 않고 물리적인 방법으로 제작한 스펀레이스 부직포를 이용하여 헤드라이너를 제작하므로, 케미컬 바인더 사용으로 발생할 수 있는 포름알데히드와 같이 인체에 해를 끼치는 휘발성 유기화합물(VOSs: Volatile Organic Compounds)의 발생을 막아 안전하게 사용할 수 있게 한 자동차용 헤드라이너를 제공하는 데 그 목적이 있다. 특히, 스펀레이스 부직포 제작에 사용하는 섬유로 PET(Polyethylene terephthalate) 섬유를 이용하므로, 가벼우면서도 잘 깨기지 않을 뿐만 아니라 안전하게 사용하면서 기존 헤드라이너와 동등한 강성을 확보할 수 있게 한 자동차용 헤드라이너를 제공하는 데 다른 목적이 있다.
(특허문헌 2) 한국등록특허 제10-2058477호
제1 부직포층; 제1 무기섬유 매트층; 폴리에스테르 수지 발포시트층; 제2 무기섬유 매트층; 및 제2 부직포층이 순차 적층되고, 상기 제1 부직포층과 제1 무기섬유 매트층 사이, 및 제2 부직포층과 제2 무기섬유 매트층은 사이에는 글래스 촙(glass chop)이 분산된 형태의 차량용 헤드라이너 기재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상기 차량용 헤드라이너 기재는 내구성이 우수하고, 우수한 굴곡강도 및 굴곡 탄성율의 특성을 갖는다.
(특허문헌 3) 한국등록특허 제10-2068692호
차량 헤드라이닝용 PCM 적용 폴리우레탄 폼, 그의 제조방법 및 PCM 적용 폴리우레탄 폼 기반 차량 헤드라이닝을 제공한다. 이와 같은 구성에 따른 차량 헤드라이닝용 PCM 적용 폴리우레탄 폼, 그의 제조방법 및 PCM 적용 폴리우레탄 폼 기반 차량 헤드라이닝은 PCM(Phase Change Material)가 적용된 폴리우레탄 폼의 사용으로 고온이나 저온 조건에서 차량 헤드라이닝의 온도조절 기능이 극대화되고, 특히 폴리우레탄 폼 표면 아래의 오픈 셀(open cell) 구조의 기공 내부에 기공 폐쇄없이 PCM이 배치되는 PCM 진공함침 구조에 의해 높은 통기성을 유지되어 PCM이 원활하게 기능하게 되는 동시에 PCM이 폴리우레탄 폼 내부에만 배치되면서 폴리우레탄 폼 표면의 접착성이 향상되어 핫멜트와 같은 접착물질 없이도 표면에서의 각종 물질 접착이 원활하게 이루어지는 기술적 특징을 갖는다.
이러한 종래의 헤드라이너(헤드라이닝)는 통상 폴리우레탄을 기재로 형태 안정과 필요한 강성을 얻으려고 여러 가지 필름이나 부직포 등을 추가한 다층 구조로 제작하나 다음과 같은 문제가 생긴다.
(1) 헤드라이너에 OHC(Over Head Console)와 보조 손잡이(Assist Handle) 그리고 실내등과 같이 편의시설 등을 미리 장착하여 하나의 모듈 형태로 제작하고, 모듈 형태로 제작한 헤드라이너만 루프패널에 장착하면 다른 구성도 한 번에 장착할 수 있게 제작한다.
(2) 이에, 기존 헤드라이너는 운전자와 탑승자의 편의를 위해 추가 구성하는 편의시설을 지지할 수 있는 강성이 요구된다.
(3) 또한, 이러한 추가 구성으로 인해 기존 헤드라이너에 가해지는 무게로 헤드라이너의 형상과 모양이 변할 수 있어 형태 안정성이 더욱더 필요하다.
(4) 특히, 헤드라이너는 자동차 실내의 천장에 장착하는 하나의 내장재이므로, 헤드라이너의 형상과 모양이 변하면 자동차 실내의 마감 효과가 떨어질 뿐만 아니라 헤드라이너나 여기에 장착한 구성이 아래로 처지면 운전자의 운전 시야를 방해하거나 탑승자의 안전을 위협할 수도 있다.
(5) 이러한 문제를 해결하려면 헤드라이너에 추가하는 추가구성의 중량을 충분히 견디면서도 헤드라이너의 형상과 모양을 유지할 수 있도록 강성 강화를 위한 추가 구성이 필요하다.
(6) 이에, 헤드라이너에 별도의 강성 강화를 위해 구성을 추가함에 따라 그만큼 제조 공정과 비용을 늘어날 뿐만 아니라 헤드라이너를 루프패널에 장착할 늘어난 중량만큼 더 견고하게 지지 고정해야 하는 부담이 생긴다.
한국공개특허 제10-2019-0117938호 (공개일: 2019.10.17) 한국등록특허 제10-2058477호 (등록일: 2019.12.17) 한국등록특허 제10-2068692호 (등록일: 2020.01.15)
본 발명은 이러한 점을 고려한 것으로, 헤드라이너를 구성하는 여러 층 중에서 어느 한 층에 실란 커플링제(Silane Coupling Agent) 용액을 도포하여 일체로 형성함으로써, 헤드라이너의 늘어나는 중량을 최소화하면서도 굴곡 강도와 굴곡탄성률과 같은 굴곡 특성을 향상하여 헤드라이너의 형태 안정성을 높일 수 있게 한 자동차용 헤드라이너 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 헤드라이너를 구성하는 글라스 매트와 폴리머 필름 사이에 실란 커플링제 용액을 도포하여 일체로 형성함으로써, 실란 커플링제 용액이 글라스 매트에 잘 스며들게 하면서도 폴리머 필름에 견고하게 부착하게 하여 헤드라이너의 형태 안정성을 더욱더 높일 수 있게 한 자동차용 헤드라이너 및 그 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 이러한 실란 커플링제 용액을 스프레이 방식으로 분사·도포하여 일체로 형성함으로써, 원하는 두께로 쉽고 편리하게 도포하여 일체로 형성하면서도 헤드라이너의 형태 안정성을 높일 수 있게 한 자동차용 헤드라이너 및 그 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차용 헤드라이너의 제조방법은, 폴리우레탄(10)을 기준으로 양쪽에 각각 글라스 매트(20)와 폴리머 필름(30) 그리고 부직포(40)를 차례로 적층하여 일체로 형성하되;, 상기 글라스 매트(20)와 폴리머 필름(30) 사이에는, 실란 커플링제 용액(21)을 도포하여 일체로 열 성형한 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 실란 커플링제 용액(21)은, 커플링제로 3(methacryoyloxy)propyltrimethoxysilane을 전체 용액의 2.5~3중량% 만큼 첨가한 다음, 20~30℃ 온도로 유지하면서 스프레이 방식으로 분사하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 실란 커플링제 용액(21)은, 110~130℃에서 건조하는 것을 특징으로 한다.
마지막으로, 본 발명은 상술한 자동차용 헤드라이너의 제조방법으로 제조한 자동차용 헤드라이너를 포함한다.
본 발명에 따른 자동차용 헤드라이너 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 실란 커플링제를 이용하여 서로 다른 성능을 가진 재질을 하나로 결합할 수 있을 뿐만 아니라, 이처럼 하나로 결합한 재질의 성능을 향상하거나 접착 강도를 올릴 수 있다.
(2) 즉, 실란 커플링제 용액을 분사하여 글라스 매트와 폴리머 필름을 하나로 결합함에 따라 하나의 복합 소재와 같이 결합하여 굴곡 특성을 높일 수 있어 결과적으로 헤드라이너의 형태 안정성을 추구할 수 있게 된다.
(3) 특히, 실란 커플링제는 수산화기와 메탈크릴기(Metacrylate)를 통해 이들 글라스 매트와 폴리머 필름을 하나로 결합하여 복합 소재를 구성하게 하므로, 이러한 복합 소재를 포함하는 헤드라이너의 굴곡 강성을 한층 더 강화하여 형태 안정성을 유지할 수 있게 된다.
(4) 한편, 이러한 실란 커플링제는 용액에 함유한 다음 스프레이 방식으로 분사·도포하여 일체로 형성하므로, 글라스 매트와 폴리머 필름을 쉽고 편리하게 하나의 복합 소재로 제작할 수 있어 제조 효율을 높일 수 있다.
(5) 게다가, 이러한 스프레이 방식은 본 발명이 속한 기술분야에서 사용하는 분사 방식을 그대로 채용할 수 있으므로, 본 발명에 따른 복합소재를 제조할 때 자동화할 수 있어 제조 효율을 더욱더 높일 수 있다.
[도 1]은 본 발명에 따른 자동차용 헤드라이너의 제조방법으로 제조한 헤드라이너의 한 가지 예를 보여주는 평면도이다.
[도 2]는 발명에 따른 자동차용 헤드라이너의 제조방법으로 제조한 헤드라이너의 층 구조를 보여주는 단면도이다.
[도 3]은 본 발명에 따른 실란 커플링제 용액으로 글라스 매트와 폴리머 필름을 하나로 결합하여 복합소재화한 상태를 보여주는 개념도이다.
[도 4]는 폴리우레탄을 기준으로 양쪽에 각각 글라스 매트와 폴리머 필름 그리고 부직포를 차례로 적층하여 일체로 형성한 종래 헤드라이너(비교예)의 굴곡 특성을 보여주는 그래프이다.
[도 5]는 본 발명에 따라 폴리우레탄을 기준으로 양쪽에 각각 글라스 매트와 폴리머 필름 그리고 부직포를 차례로 적층하여 일체로 형성하되, 글라스 매트와 폴리머 필름 사이에 실란 커플링제 용액을 분사·도포하여 일체로 복합 소재화한 헤드라이너(실시예)의 굴곡 특성을 보여주는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 한가지 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
(제조방법)
본 발명에 따른 자동차용 헤드라이너(H)의 제조방법은, [도 1] 내지 [도 5]와 같이, 폴리우레탄(10)을 기준으로 양쪽에 각각 글라스 매트(20)와 폴리머 필름(30) 그리고 부직포(40)를 차례로 적층하여 일체로 형성한다.
이때, 상기 글라스 매트(20)와 폴리머 필름(30) 사이에는, 실란 커플링제 용액(21)을 도포하여 일체로 열 성형함으로써, 실란 커플링제를 이용하여 글라스 매트(20)와 폴리머 필름(30)을 동시에 일체로 견고하게 고정하게 하여 마치 고강성 복합 구조를 갖게 하여 헤드라이너의 강성 강화와 더불어 형태 안정성을 유지할 수 있게 한 것이다.
이하, 이러한 구성에 관해 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
가. 헤드라이너의 층 구조
본 발명에 따른 헤드라이너(H)의 제조방법은, [도 1] 및 [도 2]와 같이, 폴리우레탄(10)을 기준으로 양쪽에 각각 글라스 매트(20)와 폴리머 필름(30) 그리고 부직포(40)를 차례로 적층하여 일체로 구성한다. 이때, 이런 층 구조대로 각 층을 적층한 다음 미리 정한 온도와 압력을 가하면서 열 성형하여 원하는 형태의 헤드라이너를 제조한다.
여기서, [도 2]와 같이, 이러한 구성은 각각 본 발명이 속한 기술분야에서 사용하는 통상의 기술로 제작한 것을 사용한다. 즉, 상기 폴리우레탄(10)은 헤드라이너(H)의 중앙에 위치하여 흡음 작용을 하는 소재이고, 상기 글라스 매트(20)는 상기 폴리우레탄(10)의 양쪽 면에 각각 구성하여 흡음 작용과 더불어 헤드라이너(H)의 강성을 보강하는 소재이다. 또한, 상기 폴리머 필름(30)은 차음성능과 더불어 열 성형으로 용융하여 글라스 매트(20)와 부직포(40)에 침투하게 하여 일체로 부착하는 부착제 기능을 한다. 그리고 상기 부직포(40)는 헤드라이너(H)가 쉽게 찢어지지 않게 하고 또한, 헤드라이너(H) 표면이나 주변의 습기를 머금게 하여 흡습 작용과 소음 억제 작용 등을 한다.
이처럼 이루어진 헤드라이너(H)의 층 구조에서, [도 2]와 같이, 상기 글라스 매트(20)와 폴리머 필름(30) 사이에는 실란 커플링제 용액(21)을 분사·도포하여 일체로 형성한다.
나. 실란 커플링제 용액
실란 커플링제 용액(21)은, [도 2]와 같이, 상술한 글라스 매트(20)와 폴리머 필름(30)을 동시에 일체로 고정하여 마치 하나의 고강도 복합 소재와 같이 일체로 결합하기 위한 용액이다.
여기서, 실란 커플링제 용액(21)은 물, 물과 알코올을 혼합한 용액에 실란 커플링제를 가수분해한 것을 말한다. 여기서, 실란 커플링제는 이러한 용액에 가수분해시키면 분자 중에 2개 이상의 다른 반응기를 가지며, 그 하나의 반응기는 무기질재료(유리, 금속, 모래 등)와 화학 결합하는 반응기(메톡시기, 에톡시기 등)이고, 다른 하나의 반응기는 유기질재료(각종 합성수지)와 화학 결합하는 반응기(비닐기, 에폭시기, 아미노기, 메타크릴기 등)이다. 따라서, 상기 실란 커플링제는 이처럼 다른 반응기에 통상적으로는 결합하기 어려운 유기재료와 무기질 재료를 연결할 때 많이 사용하는 통상의 기술로 제작한 것을 말한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 실란 커플링제 용액(21)은 다음과 같은 처리 조건에 따라 분사한다.

도포 방법
실란 커플링제 종류
용액 온도
실란커플링제
건조 온도

스프레이
3(methacryoyloxy)propyltrimethoxysilane
20~30℃
2.5~3중량%
110~130℃

1) 도포 방법: 은 폴리우레탄(10) 위에 적층한 글라스 매트(20)의 외부에 노출한 면에 실란 커플링제 용액(21)을 스프레이 분사 방식으로 분사하여 도포함.

2) 용액 온도: 스프레이로 도포할 대의 실란 커플링제 용액의 온도.

3) 실란커플링제: 전체 실란 커플링제 용액(21) 중 실란 커플링제의 함유량.

4) 건조 온도: 열 성형할 때의 건조 온도.
이처럼 글라스 매트(20) 위에 실란 커플링 용액(21)을 스프레이 분사한 다음 그 위에 폴리머 필름(30)을 적층한 다음 열 성형함에 따라, [도 3]과 같이, 글라스 매트(20)와 폴리머 필름(30) 사이에 유기 폴리머가 유리섬유나 무기물로 강화할 때, 폴리머와 유리섬유 사이의 계면영역을 높이면서 복합 재료의 특성을 향상하게 된다. 이에, 실란 커플링제는 결합강도를 강화하게 하므로, 헤드라이너의 굴곡 특성을 향상하여 형태 안정성을 높여준다.
이처럼 이루어진 본 발명에 따른 헤드라이너의 굴곡 특성을 측정한 결과는 다음과 같다.
[굴곡 특성 측정 결과]
비교예는 폴리우레탄을 기준으로 양쪽에 각각 글라스 매트와 폴리머 필름 그리고 부직포를 차례로 적층하여 일체로 형성한 것을, 실시예는 비교예와 같은 구성이나 글라스 매트와 폴리머 필름 사이에 실란 커플링제 용액을 분사·도포하여 일체로 열 성형한 것이다. 또한, 비교예와 실시예는 각각 시편 크기를 50㎜×4㎜로 자른 것을 각각 5개씩 사용하여 시료번호 1~5번으로 부여했다. 이러한 실시예와 비교예의 시료를 가지고 굴곡 특성을 시험한 결과는 [도 4]에서 비교예의 굴곡 특성 측정 결과를, [도 5]에서 실시예의 굴곡 특성 측정 결과를 각각 보여준다. [도 4] 및 [도 5]에서, 그래프의 세로축과 가로축은 하중(Load)과 변위(DISP)(㎝)를 각각 나타내고, 표 안에는 색깔에 맞춰서 번호로 시편을 구분하였다.
비교예의 굴곡 특성을 보여주는 [도 4] 및 [표 2], 그리고 실시예의 굴곡 특성을 보여주는 [도 5] 및 [표 3]과 같이, 비교예보다 실시예가 굴곡 특성이 대체로 우수한 것을 알 수 있다.

시료번호
시편 크기
최대하중
(kgf)
굽힘강도
(kgf/㎠)
탄성계수
(kgf/㎠)
굴곡저항
(kgf/㎝)

1






50×4
2.58
48.405
3664.6
4.691

2
2.54
47.655
2708.6
3.467

4
2.55
47.842
3505.3
4.487

8
2.91
54.597
3345.9
4.283

10
2.63
49.343
3027.3
3.875

시료번호
시편 크기
최대하중
(kgf)
굽힘강도
(kgf/㎠)
탄성계수
(kgf/㎠)
굴곡저항
(kgf/㎝)

1






50×4
3.76
70.544
4939.3
6.322

2
2.97
55.722
4620.6
5.914

3
3.59
67.355
4779.9
6.118

4
3.56
66.792
4779.9
6.118

5
3.1
58.161
5417.2
6.934
특히, 최대하중·굽힘강도·탄성계수 및 굴곡 저항의 평균값을 비교해 보면, 아래의 [표 4]와 같이, 비교예보다 실시예가 더 우수한 것을 알 수 있다.

구분
최대하중(kgf)
굽힘강도(kgf/㎠)
탄성계수(kgf/㎠)
굴곡저항(kgf/㎝)

비교예의 평균
2.642
49.5684
3250.35
4.1606

실시예의 평균
3.396
63.7148
4907.38
6.2812
이상과 같이 본 발명은 헤드라이너를 구성하는 층 중에서 글라스 매트와 폴리머 필름 사이에 실란 커플링제 용액(21)을 도포하여 일체로 성형함으로써, 이들 글라스 매트와 폴리머 필름이 복합 소재와 같이 굴곡 특성을 강화하여 형태 안정성을 높일 수 있게 된다.
( 헤드라이너 )
본 발명은 상술한 자동차용 헤드라이너의 제조방법으로 제조한 자동차용 헤드라이너를 포함한다.
10: 폴리우레탄
20: 글라스 매트
30: 폴리머 필름
40: 부직포

Claims (4)

  1. 폴리우레탄(10)을 기준으로 양쪽에 각각 글라스 매트(20)와 폴리머 필름(30) 그리고 부직포(40)를 차례로 적층하여 일체로 형성하되,
    상기 글라스 매트(20)와 폴리머 필름(30) 사이에는,
    실란 커플링제 용액(21)을 도포하여 일체로 열 성형한 것을 특징으로 하는 자동차용 헤드라이너의 제조방법.
  2. 상기 실란 커플링제 용액(21)에는,
    커플링제로 3(methacryoyloxy)propyltrimethoxysilane을 전체 용액의 2.5~3중량% 만큼 첨가한 다음, 20~30℃ 온도로 유지하면서 스프레이 방식으로 분사하는 것을 특징으로 하는 자동차용 헤드라이너의 제조방법.
  3. 제2항에서,
    상기 실란 커플링제 용액(21)은,
    110~130℃에서 건조하는 것을 특징으로 하는 자동차용 헤드라이너의 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 의한 자동차용 헤드라이너의 제조방법으로 제조한 자동차용 헤드라이너.
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