KR20210156756A - 성형체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 둘 이상의 부직 섬유 집합체를 포함하는 부직 섬유 집합체 구조인 성형체에 있어서, 상기 성형체는 중앙부; 및 상기 중앙부의 테두리를 따라 형성된 가장자리부;를 포함하고, 상기 중앙부는 상기 가장자리부보다 큰 굴곡강도(MPa)를 갖고, 상기 가장자리부는 상기 중앙부보다 큰 연신율(%)을 갖는, 펀칭밀도 편차를 이용하여 제조한 성형체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 성형체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법, 구체적으로 부직포의 펀칭밀도 편차를 이용한 2차원 성형체, 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 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 패널에 심재로 사용되는 성형체는 일정 수준의 기계적 물성의 확보가 가능했으나, 수평 및 수직 방향에서의 물성이 유사하여 위치 별로 다른 물성을 요구하는 샌드위치 패널을 설계하는 경우에는 성형체 구조에 대한 설계 변형이 어려운 문제점이 존재하였다.
구체적으로, 샌드위치 패널의 성형 공정은 패널의 중앙부보다는 가장자리부 영역을 대상으로 하는 경우가 많아 가장자리부 영역에서는 성형성이 추가적으로 요구되는 경향이 있지만, 종래 샌드위치 패널의 구조로는 가장자리부 영역에서의 성형성이 제한적이라는 점이 단점으로 제기되어 왔다.
따라서, 샌드위치 패널의 심재로 사용되는 성형체의 제조 시, 샌드위치 패널의 단조나 성형깊이 등과 관련된 성형공정에서 테두리에 해당하는 가장자리부에서 수평 방향으로의 섬유 배향성을 증가시켜 성형성을 개선시킬 수 있는 성형체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법에 대한 연구개발이 필요한 실정이다.
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제 10-2017-0140111호, 샌드위치 패널 및 그의 제조방법
본 발명자들은 상기 문제를 해결하기 위하여, 샌드위치 패널의 심재로 사용되는 성형체의 제조 시 가장자리부 영역에서는 니들펀칭 공정의 펀칭밀도(Punching density)를 감소시켜 제조된 성형체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법에 대하여 연구하여, 본 발명을 완성시켰다.
따라서, 본 발명의 목적은 샌드위치 패널의 심재로 사용되는 성형체 제조 시의 니들펀칭 공정에 있어서 길이 방향의 가장자리부에서는 분당 스트로크 수를 감소시키고, 폭 방향의 가장자리부에서는 단위면적당 니들의 수를 감소시켜 중앙부 대비 가장자리부 영역에서는 펀칭밀도를 낮게 하고, 이를 통하여 수평방향으로의 섬유 배향성을 높임으로써 성형성을 향상시킨 성형체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 측면에 따르면,
둘 이상의 부직 섬유 집합체를 포함하는 부직 섬유 집합체 구조인 성형체에 있어서, 상기 성형체는 중앙부; 및 상기 중앙부의 테두리를 따라 형성된 가장자리부;를 포함하고, 상기 중앙부는 상기 가장자리부보다 큰 굴곡강도(MPa)를 갖고, 상기 가장자리부는 상기 중앙부보다 큰 연신율(%)을 갖는 성형체를 제공한다.
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 부직 섬유 집합체 구조는 니들펀칭 공정에 의해 둘 이상의 부직 섬유 집합체가 접합된 구조이다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 중앙부의 굴곡강도(MPa)는 가장자리부 대비 1.1 내지 2배이다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 중앙부의 굴곡강도(MPa)는 20 내지 40 MPa이고, 상기 가장자리부의 굴곡강도(MPa)는 10 내지 30 MPa이다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 가장자리부의 연신율(%)은 중앙부 대비 1.1 내지 2배이다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 가장자리부의 연신율(%)은 20 내지 40 %이고, 상기 중앙부의 연신율(%)은 10 내지 30 %이다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 중앙부의 기공 크기는 상기 중앙부의 기공 크기는 5 내지 20 μm이고, 상기 가장자리부의 기공 크기는 15 내지 35 μm일 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 부직 섬유 집합체는 폴리에스테르계 섬유를 포함하고, 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 상기 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 제 3 측면에 따르면,
a) 둘 이상의 부직 섬유 집합체를 준비하는 단계; b) 상기 둘 이상의 부직 섬유 집합체의 계면을 니들펀칭 공정으로 상호 접합시켜 코어층을 제조하는 단계; c) 상기 코어층 일면 이상에 접착층을 형성하는 단계; 및 d) 상기 접착층 상에 스킨층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 부직 섬유 집합체는 중앙부; 및 상기 중앙부의 테두리를 따라 형성된 가장자리부;를 포함하고, 상기 b) 단계에서 상기 가장자리부는 상기 중앙부보다 작은 펀칭밀도(punches/cm2)로 니들펀칭 공정이 진행되고, 상기 코어층은 상기 성형체를 사용하는, 샌드위치 패널의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 b) 단계는 상기 가장자리부에 대하여 펀칭밀도 10 내지 25 punches/cm2로 니들핀칭 공정을 진행하는 단계이다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 b) 단계는 상기 중앙부에 대하여 펀칭밀도 25 내지 40 punches/cm2로 니들핀칭 공정을 진행하는 단계이다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 b) 단계는 상기 부직 섬유 집합체에 대하여 이동속도 1 내지 8 m/min의 니들펀칭 공정을 진행하는 단계이다.
본 발명은, 샌드위치 패널의 심재로 사용되는 성형체인 부직포 제조시, 중앙부 대비 가장자리부 영역에서의 니들펀칭 공정의 펀칭밀도를 낮게 조절하여 수평방향으로의 섬유 배향성을 높임을 통해, 부직포 중앙부의 우수한 기계적 물성은 그대로 유지하면서 가장자리부 영역에서의 성형성을 향상시킨 성형체 및 이를 포함하는 샌드위치 패널을 제공한다.
상기 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 발명에 따른 샌드위치 패널의 심재로 사용되는 성형체의 평면도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 샌드위치 패널의 심재로 사용되는 성형체의 길이방향단면도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 샌드위치 패널의 심재로 사용되는 성형체의 길이방향단면도를 도시한 도면이다.
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, 중앙부 및 가장자리부 모든 영역에서 물성이 유사하여 위치 별로 다른 물성을 요구하는 경우 국부적인 설계 변형이 어려운 문제점이 존재하였다.
구체적으로, 코어층에 사용되는 심재인 부직포 성형체의 단조나 성형깊이와 관련하여 공정상 높은 성형성이 요구되었으나 기계적 물성의 확보 또한 요구된다는 점에서 설계 변형 상의 어려움이 존재하여, 심재의 기계적 물성을 확보하면서도 성형성을 향상시키기 위한 연구의 필요성이 있었다.
본 발명의 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 심재로 사용되는 부직 섬유 집합체 구조인 성형체를 제조할 때, 중앙부와 가장자리부의 니들펀칭 공정의 조건을 달리하여 중앙부에서는 샌드위치 패널로 사용되기 위하여 기본적으로 요구되는 기계적 물성을 확보하고, 가장자리부에서는 성형성을 확보한 성형체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법에 대하여 발명하기에 이르렀다.
성형체
본 발명에 따른 성형체는, 둘 이상의 부직 섬유 집합체를 포함하는 부직 섬유 집합체 구조인 성형체에 있어서, 상기 성형체는 중앙부; 및 상기 중앙부의 테두리를 따라 형성된 가장자리부;를 포함하고, 상기 중앙부는 상기 가장자리부보다 큰 굴곡강도(MPa)를 갖고, 상기 가장자리부는 상기 중앙부보다 큰 연신율(%)을 갖는다.
본 발명에 따른 성형체는 중앙부; 및 상기 중앙부의 테두리를 따라 형성된 가장자리부;를 포함하는데, 본 명세서 상에서 '가장자리부'는 상기 중앙부의 테두리로부터 성형체의 테두리까지의 영역으로 정의되며, 성형체에서 상기 가장자리부를 제외한 영역은 '중앙부'로 정의된다. 상기 가장자리부는 도 1에 도시된 바와 같이, 길이방향의 가장자리부(210) 및 폭방향의 가장자리부(220)를 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 길이방향의 가장자리부(210)는 상기 중앙부의 각 테두리로부터 성형체의 폭방향을 따라 5 내지 100mm, 바람직하게는 10 내지 80mm, 더 바람직하게는 15 내지 70mm의 폭을 갖는 형태로 형성될 수 있다. 또한 상기 폭방향의 가장자리부(220)는 상기 중앙부의 각 테두리로부터 성형체의 길이방향을 따라 5 내지 100mm, 바람직하게는 10 내지 80mm, 더 바람직하게는 15 내지 70mm의 폭을 갖는 형태로 형성될 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 심재 가장자리부 영역의 우수한 성형성을 활용하여 단조 성형 등의 성형 공정을 통해 코어층을 다양하게 성형하고 설계하는데 용이할 수 있다.
본 명세서 상에서 '길이방향'은 성형체의 평면도 기준 상대적으로 길이가 긴 모서리의 방향으로 정의되고, '폭방향'은 성형체의 평면도 기준 상대적으로 길이가 짧은 모서리의 방향으로 정의된다.
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, 폴리에스테르계 섬유의 전부 또는 일부는 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.
상기 '부직 섬유 집합체 구조'는 둘 이상의 부직 섬유 집합체가 접합된 구조이고, 바람직하게는 니들펀칭 공정에 의해 둘 이상의 부직 섬유 집합체가 접합된 구조이다.
상기 성형체의 중앙부는 상기 성형체의 가장자리부보다 큰 굴곡강도(MPa)를 갖는다. 상기 성형체는 샌드위치 패널의 심재로 사용되는데, 이 경우 경량화와 성형성 뿐만 아니라 우수한 기계적 강도가 요구된다는 점에서 기계적 물성의 확보를 위하여, 상기 중앙부는 상기 가장자리부 대비 큰 굴곡강도의 기계적 물성을 갖는 것이 바람직하다.
상기 중앙부의 굴곡강도(MPa)는 가장자리부 대비 1.1 내지 2배, 바람직하게는 1.2 내지 1.8배, 더 바람직하게는 1.3 내지 1.6배일 수 있다. 상기 중앙부의 굴곡강도가 가장자리부 대비 1.1배 미만인 경우는, 중앙부와 가장자리부의 물성이 유사하여 위치 별로 다른 물성을 요구하는 성형체 설계에는 적절하지 않을 수 있다. 또한 중앙부의 굴곡강도가 가장자리부 대비 2배 이상인 경우는, 하나의 성형체 내에 중앙부와 가장자리부 간의 기계적 물성이 현격히 차이를 가지게 되어 제조된 성형체의 안정성이 떨어질 수 있다.
상기 중앙부의 굴곡강도(MPa)는 20 내지 40MPa, 바람직하게는 25 내지 40MPa, 더 바람직하게는 30 내지 40MPa일 수 있다. 상기 굴곡강도는 ASTM C393에 의거하여 측정되는 것이다. 상기 중앙부가 상기와 같은 범위 내의 기계적 강도를 만족함으로써, 상기 성형체는 샌드위치 패널에 코어층으로 포함되어, 가전용 구조재(TV 백커버, 세탁기용 보드 등), 건축용 내외장 보드, 자동차 내외장재, 기차/선박/항공기용 내외장재(칸막기 등의 보드), 각종 칸막이용 보드, 엘리베이터 구조재 등으로 사용할 수 있게 된다.
상기 가장자리부의 굴곡강도(MPa)는 10 내지 30MPa, 바람직하게는 15 내지 30MPa, 더 바람직하게는 20 내지 30MPa일 수 있다. 상기 굴곡강도 또한 ASTM C393에 의거하여 측정된 것이다. 가장자리부에서는 성형성 확보를 위해 펀칭밀도가 상대적으로 낮게 조절됨으로써, 중앙부 대비 굴곡강도 등의 기계적 물성 값이 낮을 수 있다.
상기 성형체의 가장자리부는 상기 성형체의 중앙부보다 큰 연신율(%)을 갖는다. 상기 성형체의 가장자리부는 중앙부보다 성형공정이 요구되는 경우가 많기 때문에, 상기 가장자리부의 연신율을 높여 향상된 성형성을 확보하는 것이 바람직하다.
상기 가장자리부의 연신율(%)은 중앙부 대비 1.1 내지 2배, 바람직하게는 1.2 내지 1.8배, 더 바람직하게는 1.3 내지 1.6배일 수 있다. 상기 가장자리부의 연신율이 중앙부 대비 1.1배 미만인 경우는, 가장자리부와 중앙부의 물성이 유사하여 위치 별로 다른 물성을 요구하는 성형체 설계에는 적절하지 않을 수 있다. 또한 가장자리부의 연신율이 중앙부 대비 2배 이상인 경우는, 하나의 성형체 내에 가장자리부와 중앙부의 성형성과 관련된 연신율이 현격히 차이를 가지게 되어 제조된 성형체의 안정성이 떨어질 수 있고, 섬유간 결속성이 약해 심재가 파손에 취약한 문제점을 가질 수 있다.
상기 가장자리부의 연신율(%)은 20 내지 40%, 바람직하게는 25 내지 40%, 더 바람직하게는 30 내지 40%일 수 있다. 상기 가장자리부가 상기와 같은 범위 내의 연신율을 만족함으로써, 중앙부보다 단조나 성형깊이 등의 성형 공정이 더 많이 요구되는 가장자리부의 성형성을 향상시킬 수 있다.
상기 중앙부의 연신율(%)은 10 내지 30%, 바람직하게는 15 내지 30%, 더 바람직하게는 20 내지 30%일 수 있다. 중앙부는 기계적 물성 특히, 굴곡강도의 확보를 위해 펀칭밀도가 상대적으로 높게 조절됨으로써, 가장자리부 대비 연신율이 작아 성형성이 떨어질 수 있다.
본 명세서에서 기공 크기란 성형체 내 부직 섬유 집합체가 서로 엉키면서 형성된 기공의 평균 직경으로, 상기 기공을 따라 이동 가능한 입자의 치수를 나타내는 것으로 정의될 수 있다. 상기 기공 크기는, 시료에 질소 등의 가스를 흡착시켜 시료 표면의 비표면적, 기공 분포와 함께 측정될 수 있다.
상기 중앙부의 기공크기(μm)는 5 내지 20μm, 바람직하게는 8 내지 17μm, 더 바람직하게는 11 내지 15μm일 수 있다. 상기 중앙부가 상기와 같은 범위 내의 기공크기를 만족함으로써, 동일 밀도의 성형체에서 기공이 상기 범위를 초과하여 큰 경우 성형체에 하중이 인가될 시 발생할 수 있는 파단에 취약해지는 문제점을 방지할 수 있다. 또한 상기 기공크기를 초과하는 경우, 성형체 제조시에 니들펀칭의 밀도를 증가시켜 분산성을 개선시켜 기공크기를 줄일 수 있다.
상기 가장자리부의 기공크기(μm)는 15 내지 35μm, 바람직하게는 19 내지 31μm, 더 바람직하게는 23 내지 27μm일 수 있다. 상기 가장자리부 또한 상기 범위의 기공크기를 만족하는 경우, 하중 인가시에 발생할 수 있는 파단의 발생가능성을 줄일 수 있다.
상기 중앙부가 상기 가장자리부 대비 기공 크기가 작은 경우에는, 중앙부가 가장자리부보다 상대적으로 바인더 및 섬유 간 분산성이 우수할 수 있고, 섬유 간 물리적 결속 수 및 바인딩이 일어나는 위치(Binding point)의 수가 클 수 있다. 즉, 재료의 결함으로 작용할 수 있는 기공의 크기가 감소함에 따라 파단에 대한 저항력이 증가하여 중앙부의 기계적 물성이 증가하는 효과가 있다.
상기 부직 섬유 집합체는 폴리에스테르계 섬유를 포함한다. 상기 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 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, 성형체의 제조단계에서 투입되었던 것이 시스부의 수지가 융해되지 않은 상태로 남아 있게 되어, 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, 성형체에 포함될 수 있는 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 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, 상기 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.
상기 부직 섬유 집합체 구조는 바인더를 더 포함할 수 있다. 또한 상기 바인더는 비흡습성 공중합 수지 또는 흡습성 공중합 수지일 수 있다.
특히, 상기 비흡수성 공중합 수지는 상기 시스-코어형 이성분 섬유 중 시스부에 포함될 수 있는 비흡성 공중합 수지와 동일한 것을 사용할 수 있다.
성형체에 포함되는 폴리에스테르계 섬유의 전부 또는 일부는 비흡습성 수지인 바인더에 의하여 융착될 수 있으며, 상기 바인더는 녹는점이 160℃ 이상일 수 있다.
상기 부직 섬유 집합체 구조인 성형체는 겉보기 밀도가 0.1~0.6g/cm3, 바람직하게는 0.2~0.4g/cm3일 수 있다. 상기 밀도 범위를 만족하기 때문에 대형 화물의 포장 재료 등에 사용하기에 충분한 기계적 강도를 가질 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 성형체의 제조방법은,
a) 둘 이상의 부직 섬유 집합체를 준비하는 단계; 및 b) 상기 둘 이상의 부직 섬유 집합체의 계면을 니들펀칭 공정으로 상호 접합시켜 성형체(코어층)를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 부직 섬유 집합체는 중앙부; 및 상기 중앙부의 테두리를 따라 형성된 가장자리부;를 포함하고, 상기 b) 단계에서 상기 가장자리부는 상기 중앙부보다 작은 펀칭밀도(punches/cm2)로 니들펀칭 공정이 진행되고, 상기 코어층은 상기 성형체를 사용한다.
a) 단계에서는, 먼저 둘 이상의 부직 섬유 집합체를 준비하기 위하여, (A) 폴리에스테르계 섬유 및 (B) 저융점 섬유(Low melting Fiber)를 1:99 내지 80:20의 중량비로 혼합하여 부직 섬유 집합체를 제조할 수 있다. 상기 범위를 벗어나는 경우에는 섬유간의 융착이 충분하지 않아 부직 섬유 집합체의 물성이 떨어 질 수 있다.
상기 폴리에스테르계 섬유로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
이후, b) 단계에서는 니들펀칭 공정을 통하여 둘 이상의 부직 섬유 집합체의 계면을 상호 접합시켜 코어층으로 사용되는 성형체를 제조할 수 있다. 상기 b) 단계에서 분당 스트로크수는 200 내지 1000 strokes/min, 이동속도는 1 내지 8m/min, 바람직하게는 분당 스트로크수는 200 내지 700 strokes/min, 이동속도는 1.5 내지 6m/min인 니들펀칭 공정을 진행하여 부직 섬유 집합체 구조의 성형체를 제조할 수 있다.
상기 분당 스트로크 수는 200 strokes/min보다 적으면, 부직 섬유 집합체 간의 결착 정도가 떨어지는 문제가 있고, 1000 strokes/min보다 많으면 부직 섬유 집합체의 파단이 발생하는 문제가 있다. 또한, 상기 부직 섬유 집합체의 이동속도가 1 m/min 보다 느리면 생산 속도가 너무 느려지는 문제가 있고, 8 m/min 보다 빠르면 펀칭 밀도의 조절이 용이하지 않은 문제가 있다.
본 명세서에서 펀칭밀도(punches/cm2)는 하기 수학식 1에 의해 정의된다.
(상기 수학식 1에서 F(punches/cm2)는 펀칭밀도(punching density), S(strokes/min)는 분당 스트로크 수(frequency of strokes of needle board), N(numbers/cm2)은 단위면적당 니들의 수(number of needles per unit area of needle board), W(cm)는 니들보드의 폭(width of needle board in the machine direction), L(cm)은 니들보드의 길이(length of needle board in the transverse direction), V(cm/min)는 이동속도(delivery speed), n은 니들보드 당 전체 니들의 개수(Total number of needles per needle board), advance는 스트로크 당 거리(distance per stroke)임)
또한 상기 b) 단계에서 상기 가장자리부는 상기 중앙부보다 작은 펀칭밀도(punches/cm2)로 니들펀칭 공정이 진행된다. 상기 가장자리부에 대하여 펀칭밀도를 낮춤으로써 연신율을 크게하여 성형성을 향상시키고, 상대적으로 중앙부에 대해서는 펀칭밀도를 높임으로써 굴곡강도를 크게하여 심재의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.
상기 b)단계는 상기 가장자리부에 대하여 펀칭밀도가 10 내지 25 punches/cm2, 바람직하게는 13 내지 21 punches/cm2, 더 바람직하게는 15 내지 18 punches/cm2로 니들펀칭 공정을 진행하는 단계일 수 있다. 상기 가장자리부가 상기와 같은 범위 내의 펀칭밀도를 만족함으로써, 가장자리부의 연신율을 높일 수 있어 중앙부보다 단조나 성형깊이 등의 성형 공정이 더 많이 요구되는 가장자리부의 성형성을 향상시킬 수 있다.
상기 b)단계는 상기 중앙부에 대하여 펀칭밀도가 25 내지 40 punches/cm2, 바람직하게는 28 내지 37 punches/cm2, 더 바람직하게는 30 내지 35 punches/cm2로 니들펀칭 공정을 진행하는 단계일 수 있다. 상기 중앙부가 상기와 같은 범위 내의 펀칭밀도를 만족함으로써, 중앙부의 굴곡강도를 향상시킬 수 있어 샌드위치 패널의 우수한 기계적 물성의 확보가 가능할 수 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, 코어층으로 사용되는 성형체의 인장 강도와 같은 물성이 향상되며, 이를 통하여 최종 제조된 샌드위치 패널의 전단 강성 강도와 처짐 정도가 향상될 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리에스테르계 섬유 및 저융점 섬유를 혼합 한 후 카딩기를 사용하여 카딩을 진행한 후, 상기 조건의 니들 펀칭 공정을 수행하여 500 내지 4000 gsm, 바람직하게는 600 내지 2000 gsm의 평량의 부직섬유 집합체(부직포)를 제조한다.
이후, 상기 제조된 부직 섬유 집합체(부직포)를 복수의 언와인딩 장치에 장착한 후, 가열 프레스로 이동시킨다. 이때, 제조된 부직 섬유 집합체 1 내지 10장을 개수에 맞게 복수의 언와인딩 장치에 장착한 후, 성형체 제조를 위한 가열 프레스로 이동시킬 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.
이후, 상기 가열 프레스로 이동된 복수의 부직 섬유 집합체(부직포)를 180 내지 210℃의 온도조건 및 1 내지 10 MPa의 압력조건에서 가열 및 가압하여 부직 섬유 집합체 구조의 성형체를 제조한다.
상기 가열 프레스는, 통상 업계에서 사용하는 것이라면 특별한 제한은 없으며, 구체적인 일례로 더블 벨트 프레스(Double Belt Press), 히팅롤 프레스(Heating Roll Press) 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 성형체의 제조방법은,
상기 b) 단계의 니들 펀칭 공정을 진행한 후, 180 내지 230℃의 온도 조건에서 3 내지 10분간 예열하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
샌드위치 패널
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 코어층은, 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.
상기 샌드위치 패널은 상기 코어층의 일면 이상에 적층된 스킨층을 포함한다.
상기 스킨층은 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 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.
상기 샌드위치 패널은 코어층과 스킨층을 접착하는 접착층을 포함한다.
상기 접착층은 상기 코어층과 스킨층 사이에 도포되어, 코어층과 스킨층을 접착하는 것이다. 상기 접착층은 점도를 고려하여 균일한 두께로 도포하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 코어층과 스킨층을 적층한 후, 경화시켜 샌드위치 패널을 제조할 수 있고, 또는 코어층과 스킨층을 적층한 후, 이를 열 압착하여 샌드위치 패널을 제조할 수 있다. 이때, 경화 또는 열압착하는 과정에서 접착제가 코어층으로 파고 들어가면서, 코어층을 이루는 성분들과의 화학적 결합뿐만 아니라, 기계적 결합에 의해 스킨층과 코어층의 접착력이 향상되는 효과가 있다. 상기 화학적 결합은 접착제가 코어층의 상부면, 하부면과의 공유결합, 수소결합, 반데르발스 결합, 이온결합 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. 코어층에 포함된 자연 기공에 의해, 접착제가 코어층 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 내지 300㎛의 두께로 도포될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 접착층을 상기 스킨층의 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 접착제는 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 내지 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, 코어층, 스킨층이 순차적으로 적층되어 형성되며, 상기 코어층과 스킨층 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 니들펀칭 공정으로 상호 접합시켜 코어층을 제조하는 단계; c) 상기 코어층 일면 이상에 접착층을 형성하는 단계; 및 d) 상기 접착층 상에 스킨층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 부직 섬유 집합체는 중앙부; 및 상기 중앙부의 테두리를 따라 형성된 가장자리부;를 포함하고, 상기 b) 단계에서 상기 가장자리부는 상기 중앙부보다 작은 펀칭밀도(punches/cm2)로 니들펀칭 공정이 진행되고, 상기 코어층은 상기 성형체를 사용한다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널의 코어층은, 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 형성할 수 있다.
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 내지 300㎛의 두께로 도포될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 접착층을 상기 스킨층의 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 접착제는 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 내지 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 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널의 스킨층은 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 스킨층을 샌드위치 패널에 적용할 수 있다. 또한, 경량화를 가지기 위해 알루미늄을 포함하는 스킨층을 샌드위치 패널에 적용할 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, 굴곡강도와 연신율이 좋은 코어층을 사용함으로써, 기계적 강도뿐만 아니라 성형성도 우수하다.
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.
성형체(코어층)의 제조 : 실시예 1 및 비교예 1 내지 7
[실시예 1]
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유 (도레이 케미칼社, RPF, 섬도 4데니어, 섬유 길이 51㎜)와 저융점 섬유(Low melting fiber) (EZBON-L, 섬도 4 데니어, 섬유 길이 64mm)를 준비한 후, 이들을 30:70의 중량비로 혼합하였다.
상기 섬유에 대하여 혼합 이후, 카딩기를 사용하여 카딩을 진행하였다. 이후, 부직포 니들펀칭에 사용하는 폭 22cm 및 길이 100cm인 니들보드(Needle Board)를 준비하고, 니들펀칭 공정을 진행하되 중앙부(100);와 폭방향의 가장자리부(220); 및 길이방향의 가장자리부(210);에 대하여 각각 공정 조건을 하기 표 1과 같이 달리하여, 1800 gsm의 평량을 가지는 부직섬유집합체(부직포)를 제조하였다.
구체적으로 부직섬유집합체의 상기 가장자리부는 도 1에 도시된 바와 같이, 테두리를 따라 위치하는데, 폭방향의 가장자리부(220);는 부직섬유집합체의 길이방향을 따라 폭 1.8cm로, 길이방향의 가장자리부(210);는 부직섬유집합체의 폭방향을 따라 폭 1.5cm로 위치하도록 하였다. 그 외 가장자리부를 제외한 부분에는 중앙부(100);가 위치되도록 부직섬유집합체를 제조하였다.
| 중앙부 | 폭방향의 가장자리부 | 길이방향의 가장자리부 | |
| 분당 스트로크수(strokes/min) | 600 | 600 | 300 |
| 단위면적당 니들의 수(numbers/cm2) | 0.91 | 0.45 | 0.91 |
| 이동속도(m/min) | 3.6 | 3.6 | 3.6 |
| 펀칭밀도(punches/cm2) | 33.33 | 16.67 | 16.67 |
상기 제조된 부직 섬유 집합체를 2개의 언와인딩 장치에 장착한 후, 상기 중앙부;와 폭방향 및 길이방향의 가장자리부;에 대하여 상기 표 1의 공정 조건으로 니들펀칭 공정을 반복시켜 부직 섬유 집합체 간에 물리적 재 결속을 형성시켰다.
니들펀칭으로 결합된 상기 부직 섬유 집합체를 챔버 내 온도가 180℃인 예열 챔버에 진입시킨 후 3분간 예열시켰다.
이후 상기 부직 섬유 집합체를 5 m/분의 속도로 더블 벨트 프레스(double Belt Press)에 이송시켰다. 이 때 더블 벨트 프레스의 가열온도는 180℃, 압력은 5MPa이었으며, 2분간 가열 / 가압처리하여 부직 섬유 집합체 구조의 코어층(성형체)을 제조하였다.
[비교예 1 내지 3]
니들보드의 중앙부 및 가장자리부(길이방향 및 폭방향의 가장자리부 모두 포함) 모든 영역에 대하여 하기 표 2의 동일한 공정 조건을 적용하여 니들펀칭 공정을 진행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 코어층(성형체)을 제조하였다.
[비교예 4 및 5]
니들보드의 중앙부에 대하여만 하기 표 2의 공정 조건을 적용하여 니들펀칭 공정을 진행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 코어층(성형체)을 제조하였다.
[비교예 6 및 7]
니들보드의 가장자리부에 대하여만 하기 표 2의 공정 조건을 적용하여 니들펀칭 공정을 진행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 코어층(성형체)을 제조하였다.
| 비교예 1 (모든 영역) |
비교예 2 (모든 영역) |
비교예 3 (모든 영역) |
비교예 4 (중앙부) |
비교예 5 (중앙부) |
비교예 6 (가장자리부) | 비교예 7 (가장자리부) | |
| 분당 스트로크수(strokes/min) | 600 | 300 | 600 | 400 | 700 | 300 | 700 |
| 단위면적당 니들의 수(numbers/cm2) | 0.91 | 0.91 | 0.45 | 0.68 | 1.07 | 0.39 | 1 |
| 이동속도(m/min) | 3.6 | 3.6 | 3.6 | 3.6 | 3.6 | 3.6 | 3.6 |
| 펀칭밀도(punches/cm2) | 33.33 | 16.67 | 16.67 | 15 | 46 | 7 | 42 |
실험예 : 성형체(코어층)의 물성 측정
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 7에서 제조된 성형체에 대하여, 하기의 방법으로 굴곡강도 및 연신율을 측정하여 그 결과를 하기 표 3 및 표 4에 나타내었다.
- 굴곡강도(MPa): ASTM C393에 의거하여 성형체의 굴곡 강도를 측정하였다.
- 연신율(%): ASTM D638에 의거하여 성형체의 연신율을 측정하였다.
- 기공 크기(μm): 비표면적 및 기공분포 측정장치(제조사명: Micromeritics, 장치명: ASAP 2020)를 사용하여, 기공부피(V) 및 비표면적(S)을 측정한 후, 성형체의 평균 기공 크기(D=4V/S)를 계산하였다.
| 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | |||
| 중앙부 | 폭방향의 가장자리부 | 길이방향의 가장자리부 | ||||
| 굴곡강도 (MPa) |
31 | 23 | 20 | 31 | 20 | 23 |
| 연신율(%) | 23 | 30 | 33 | 23 | 33 | 30 |
| 기공 크기(μm) | 13 | 23 | 25 | 14 | 25 | 24 |
상기 표 3과 같이 실시예 1의 경우, 성형체의 중앙부에서는 30 Mpa 이상의 우수한 굴곡강도를 가지는 동시에 성형체의 가장자리부에서는 30% 이상의 큰 연신율을 가져 우수한 성형성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
반면, 중앙부와 가장자리부에 대하여 펀칭밀도의 차이를 두지 않고 모든 영역에서 동일한 공정 조건으로 니들펀칭을 진행한 비교예 중 비교예 1의 경우, 굴곡강도가 우수하여 기계적 물성은 확보했으나 가장자리부에서 성형성이 떨어졌다.
또한 비교예 2 및 3은 연신율이 높아 성형성은 우수하였으나, 중앙부에서의 굴곡강도가 저하되어 기계적 물성의 확보가 어려운 것을 확인할 수 있었다.
또한 성형체의 중앙부 및 가장자리부에서 기공 크기를 측정한 결과, 실시예 1의 중앙부에서는 니들 펀칭밀도가 가장자리부보다 높은 점에서 섬유의 분산성이 증가하여 15μm 이하의 기공 크기를 가져, 하중이 인가될 시에 파단 발생가능성이 상대적으로 낮은 것을 확인할 수 있었다.
반면, 모든 영역에서 동일하게 높은 니들 펀칭밀도로 공정을 진행한 비교예 1은 기공 크기가 작았지만 가장자리부에서 연신율의 확보가 어려워 성형체로 사용되기에는 성형성이 저하된 문제점이 있었고, 반대로 비교예 2 및 3은 니들 펀칭밀도가 낮다는 점에서 모든 영역에서 기공의 크기가 24μm 이상으로 크게 형성되어 성형체에 하중 인가시 파단에 취약한 것을 알 수 있었다.
| 비교예 4 (중앙부) |
비교예 5 (중앙부) |
비교예 6 (가장자리부) |
비교예 7 (가장자리부) |
|
| 굴곡강도 (MPa) |
16 | 5 | 8 | 15 |
| 연신율(%) | 33 | 18 | 37 | 18 |
상기 표 4에는 비교예 4, 5의 중앙부 및 비교예 6, 7의 가장자리부를 대상으로 굴곡강도 및 연신율을 측정하고 결과를 나타내었다.
성형체의 중앙부에 대하여 25 punches/cm2 미만의 펀칭밀도로 공정을 진행한 비교예 4의 경우에는, 낮은 펀칭밀도로 부직 섬유 집합체 간의 결착정도가 떨어지고 바인딩 섬유가 균일하지 않게 분산되어, 실시예 1의 중앙부 굴곡강도 대비 10MPa 이상 저하된 물성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 또한 중앙부에 대하여 40 punches/cm2을 초과하는 펀칭밀도로 공정을 진행한 비교예 5의 경우에는 지나치게 높은 펀칭밀도로 부직 섬유 집합체의 파단이 발생하여 기계적 물성이 현저히 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.
성형체의 가장자리부에 대하여 10 punches/cm2 미만의 펀칭밀도로 공정을 진행한 비교예 6의 경우에는, 연신율이 높더라도 굴곡강도가 10MPa 미만으로 성형체로 사용되기에 부족한 굴곡강도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 또한 가장자리부에 대하여 25 punches/cm2을 초과하는 펀칭밀도로 공정을 진행한 비교예 7의 경우에는 부직 섬유 집합체 간의 결속의 증가에 따른 연신율의 감소로 성형성이 저하된 것을 확인할 수 있었다.
100 : 중앙부
200 : 가장자리부
210 : 길이방향의 가장자리부
220 : 폭방향의 가장자리부
200 : 가장자리부
210 : 길이방향의 가장자리부
220 : 폭방향의 가장자리부
Claims (16)
- 둘 이상의 부직 섬유 집합체를 포함하는 부직 섬유 집합체 구조인 성형체에 있어서,
상기 성형체는 중앙부; 및 상기 중앙부의 테두리를 따라 형성된 가장자리부;를 포함하고,
상기 중앙부는 상기 가장자리부보다 큰 굴곡강도(MPa)를 갖고,
상기 가장자리부는 상기 중앙부보다 큰 연신율(%)을 갖는, 성형체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 부직 섬유 집합체는 웹(Web)상 또는 시트(Sheet)상의 부직섬유를 접착제로 접착시키거나, 열가소성 섬유를 이용하여 접착시킨 것인, 성형체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 부직 섬유 집합체 구조는 니들펀칭 공정에 의해 둘 이상의 부직 섬유 집합체가 접합된 구조인, 성형체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 중앙부의 굴곡강도(MPa)는 가장자리부 대비 1.1 내지 2배인, 성형체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 중앙부의 굴곡강도(MPa)는 20 내지 40 MPa이고,
상기 가장자리부의 굴곡강도(MPa)는 10 내지 30 MPa인, 성형체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 가장자리부의 연신율(%)은 중앙부 대비 1.1 내지 2배인, 성형체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 가장자리부의 연신율(%)은 20 내지 40 %이고,
상기 중앙부의 연신율(%)은 10 내지 30 %인, 성형체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 중앙부의 기공 크기는 5 내지 20 μm이고,
상기 가장자리부의 기공 크기는 15 내지 35 μm인, 성형체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 부직 섬유 집합체는 폴리에스테르계 섬유를 포함하고,
상기 폴리에스테르계 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인, 성형체.
- 코어층;
상기 코어층의 일면 이상에 적층된 스킨층; 및
상기 코어층과 스킨층을 접착하는 접착층을 포함하고,
상기 코어층은 제1항의 성형체를 사용하는, 샌드위치 패널.
- 제 10 항에 있어서,
상기 스킨층은 알루미늄, 철, 스테인레스강(SUS), 마그네슘 및 전기아연도금강판(EGI)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인, 샌드위치 패널.
- 제 10 항에 있어서,
상기 접착층은 올레핀계 접착제, 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 및 에폭시계 접착제 중 1종 이상을 포함하는, 샌드위치 패널.
- a) 둘 이상의 부직 섬유 집합체를 준비하는 단계;
b) 상기 둘 이상의 부직 섬유 집합체의 계면을 니들펀칭 공정으로 상호 접합시켜 코어층을 제조하는 단계;
c) 상기 코어층 일면 이상에 접착층을 형성하는 단계; 및
d) 상기 접착층 상에 스킨층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 부직 섬유 집합체는 중앙부; 및 상기 중앙부의 테두리를 따라 형성된 가장자리부;를 포함하고,
상기 b) 단계에서 상기 가장자리부는 상기 중앙부보다 작은 펀칭밀도(punches/cm2)로 니들펀칭 공정이 진행되고,
상기 코어층은 제 1항의 성형체를 사용하는, 샌드위치 패널의 제조방법.
- 제 13항에 있어서,
상기 b) 단계는 상기 가장자리부에 대하여 펀칭밀도 10 내지 25 punches/cm2로 니들핀칭 공정을 진행하는 단계인, 샌드위치 패널의 제조방법.
- 제 13항에 있어서,
상기 b) 단계는 상기 중앙부에 대하여 펀칭밀도 25 내지 40 punches/cm2로 니들핀칭 공정을 진행하는 단계인, 샌드위치 패널의 제조방법.
- 제 13항에 있어서,
상기 b) 단계는 상기 부직 섬유 집합체에 대하여 이동속도 1 내지 8 m/min의 니들펀칭 공정을 진행하는 단계인, 샌드위치 패널의 제조방법.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| KR20200074178 | 2020-06-18 | ||
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| KR20170140111A (ko) | 2016-06-10 | 2017-12-20 | (주)엘지하우시스 | 샌드위치 패널 및 그의 제조방법 |
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2021
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