KR20220048946A - 성형체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법 - Google Patents

성형체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20220048946A
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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 가장자리부는 상기 중앙부보다 낮은 평량(g/m2)을 갖는 성형체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

성형체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법{MOLDED OBJECT, SANDWICH PANEL USING SAME, AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 출원은 2020년 10월 13일자 한국 특허출원 제10-2020-0131825호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용을 본 명세서의 일부로서 포함한다.
본 발명은 성형체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법, 구체적으로 부직포의 국부적 평량 편차를 이용한 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.
이와 같은 샌드위치 패널에 대하여 심재로 사용되는 통상적인 부직 섬유 집합체 구조의 성형체는 수평 및 수직 방향에서의 물성이 유사하여 위치 별로 다른 물성을 요구하는 샌드위치 패널을 제조하기 위한 국부적 설계 변형이 불가능하다는 문제점이 존재하였다.
다만, 샌드위치 패널의 성형 공정은 중앙부보다는 이를 둘러싼 가장자리부를 대상으로 하는 경우가 많다는 점에서, 상기 가장자리부에 대하여 국부적 설계 변경을 통해 성형성을 향상시킨 성형체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법에 대한 연구개발이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제 10-2017-0140111호, 샌드위치 패널 및 그의 제조방법
본 발명자들은 상기 문제를 해결하기 위하여, 샌드위치 패널의 심재 제조 시 크기와 평량을 달리하는 부직 섬유 집합체 구조의 성형체를 열 압착하는 공정을 통해, 국부적 평량 편차를 가지는 성형체, 이를 사용하는 샌드위치 패널 및 이의 제조방법에 대하여 연구하여, 본 발명을 완성시켰다.
따라서, 본 발명의 목적은 중앙부 대비 가장자리부에서 성형성이 개선된 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 가장자리부는 상기 중앙부보다 낮은 평량(g/m2)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 것일 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 가장자리부의 평량은 100 내지 300 g/m2일 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 중앙부의 평량은 500 내지 700 g/m2일 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 중앙부의 밀도는 0.1 내지 0.5 g/cm3이고, 상기 가장자리부의 밀도는 0.03 내지 0.09 g/cm3 일 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 성형체에 대하여 50kgf/cm2의 압력으로 압입 깊이 실험 시, 상기 중앙부의 압입 깊이는 1.5 내지 1.8mm이고, 상기 가장자리부의 압입 깊이는 1.8 내지 2.2mm일 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 성형체에 대하여 95kgf/cm2의 압력으로 압입 깊이 실험 시, 상기 중앙부의 압입 깊이는 1.8 내지 2.1mm이고, 상기 가장자리부의 압입 깊이는 2.3 내지 2.6mm일 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 성형체에 대하여 140kgf/cm2의 압력으로 압입 깊이 실험 시, 상기 중앙부의 압입 깊이는 2.1 내지 2.4mm이고, 상기 가장자리부의 압입 깊이는 2.6 내지 2.9mm일 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 성형체에 대하여 50kgf/cm2의 압력으로 압입 실험 시, 상기 중앙부의 압입 후 밀도는 0.35 내지 0.5 g/cm3 이고, 상기 가장자리부의 압입 후 밀도는 0.1 내지 0.3 g/cm3 일 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 성형체에 대하여 95kgf/cm2의 압력으로 압입 실험 시, 상기 중앙부의 압입 후 밀도는 0.5 내지 0.65 g/cm3 이고, 상기 가장자리부의 압입 후 밀도는 0.3 내지 0.5 g/cm3 일 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 성형체에 대하여 140kgf/cm2의 압력으로 압입 실험 시, 상기 중앙부의 압입 후 밀도는 0.65 내지 0.9 g/cm3 이고, 상기 가장자리부의 압입 후 밀도는 0.5 내지 0.7 g/cm3 일 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 이상일 수 있다.
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 용융아연도금강판(GI)으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 접착층은 올레핀계 접착제, 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 및 에폭시계 접착제 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 제 3 측면에 따르면,
a) 크기가 다른 제 1 성형체 및 제 2 성형체를 준비하는 단계; b) 상기 제 1 성형체의 일면에 제 2 성형체를 적층하는 단계; c) 상기 제 1 성형체 상에 적층된 제 2 성형체를 열 압착하여 코어층을 제조하는 단계; d) 상기 코어층 일면 이상에 접착층을 형성하는 단계; 및 e) 상기 접착층 상에 스킨층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 코어층은 상기 성형체를 사용하는, 샌드위치 패널의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 제 1 성형체는 제 2 성형체보다 가로 및 세로 각각의 길이가 긴 성형체일 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 a)단계는 부직 섬유 집합체에 분당 펀칭 횟수 300 내지 1000회, 이동속도 1 내지 8 m/min, 펀칭 밀도 100 내지 500 punches/cm2의 니들펀칭 공정을 진행하여 제 1 성형체 및 제 2 성형체를 준비하는 단계일 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에 있어서, 상기 c)단계는 180 내지 210℃의 가열 및 1 내지 10MPa의 가압조건에서 3 내지 10분 동안 열 압착하여 코어층을 제조하는 단계일 수 있다.
본 발명은, 샌드위치 패널의 심재로 사용되는 성형체 제조 시에 크기와 평량이 상이한 부직포 간의 열 압착 공정을 통해, 중앙부에서는 기계적 물성을 유지하면서 가장자리부에서는 성형성을 향상시킨 성형체 및 이를 포함하는 샌드위치 패널을 제공한다.
상기 효과를 가지는 성형체 및 이를 포함하는 샌드위치 패널은 가장자리부의 연신율 및 성형성이 향상되어, 가장자리부를 대상으로 하는 단조나 성형 깊이와 관련된 성형 공정에 효과적이다.
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 성형체를 제조하는 공정의 모식도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 샌드위치 패널의 심재로 사용되는 성형체의 평면도를 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 및 샌드위치 패널에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명자들의 실험 결과, 코어층에 사용되는 심재인 부직포 성형체는 단조나 성형 깊이와 관련된 성형 공정상 가장자리부에 대한 높은 성형성이 요구되었으나. 종래 샌드위치 패널에 사용되는 심재의 경우에는 중앙부 및 가장자리부 구분 없이 모든 영역에서 물성이 유사하여 위치 별로 다른 물성을 갖기 위한 국부적인 설계 변형이 어렵다는 문제점이 존재하였습니다.
본 발명의 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 심재로 사용되는 코어층 제조시에 서로 크기 및 평량이 다른 부직포 성형체를 적층한 후 열 압착 공정을 진행하여, 중앙부와 이를 둘러싼 가장자리부의 평량을 달리하여 중앙부에서는 샌드위치 패널로 사용되기 위하여 기본적으로 요구되는 기계적 물성을 확보하고, 가장자리부에서는 성형 공정을 위한 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 가장자리부는 상기 중앙부보다 낮은 평량(g/m2)을 갖는다.
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 성형체는 중앙부; 및 상기 중앙부의 테두리를 따라 형성된 가장자리부;를 포함한다. 상기 가장자리부의 폭은 1 내지 40mm, 바람직하게는 5 내지 35mm, 더 바람직하게는 10 내지 30mm일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 가장자리부의 영역의 우수한 성형성을 활용하여 단조 및 성형 깊이와 관련된 성형 공정을 적용하기에 용이할 수 있다.
상기 가장자리부는 상기 중앙부보다 낮은 평량(g/m2)을 갖는다. 상기 가장자리부는 낮은 평량으로 인하여 중앙부 대비 압입 깊이가 크고, 연신율이 높아 성형 공정을 적용하기에 유리할 수 있다. 반면 상기 중앙부는 가장자리부와 대비하여 높은 평량을 갖는다는 점에서, 기계적 물성이 우수하여 가전용 구조재, 건축용 내외장재, 자동차용 내외장재로 샌드위치 패널이 활용되기 적합한 기능을 할 수 있다.
상기 가장자리부의 평량은 100 내지 300 g/m2, 바람직하게는 130 내지 270 g/m2, 더 바람직하게는 160 내지 240 g/m2 일 수 있다. 상기 100g/m2 미만의 평량을 가장자리부가 갖는 경우, 임계 파단하중이 낮아 성형시 파손될 위험이 있다. 반면, 300g/m2을 초과하는 평량을 가장자리부가 갖는 경우, 굴곡강도 등의 기계적 물성이 가장자리부에서 다소 강화될 수는 있으나 성형성은 저하되어 성형공정을 적용하는데 어려움을 가질 수 있다.
상기 중앙부의 평량은 500 내지 700 g/m2, 바람직하게는 530 내지 670 g/m2, 더 바람직하게는 560 내지 640 g/m2 일 수 있다. 상기 500g/m2 미만의 평량을 중앙부가 갖는 경우, 샌드위치 패널의 코어층에 심재로 사용되기 위한 성형체로써 요구되는 굴곡강도, 굴곡강성 등의 기계적 물성이 떨어질 수 있다. 반면, 700g/m2을 초과하는 평량을 중앙부가 갖는 경우, 중앙부와 가장자리부 간의 평량이 현저히 차이를 가지게 되어 제조된 성형체의 안정성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 중앙부의 밀도는 0.1 내지 0.5 g/cm3일 수 있고, 바람직하게는 0.15 내지 0.5 g/cm3일 수 있고, 더 바람직하게는 0.2 내지 0.5g/cm3일 수 있다. 상기 중앙부의 밀도가 상기 범위를 만족하는 경우, 성형체로써 다용도로 활용되기에 충분한 굴곡강도 등의 기계적 물성을 나타낼 수 있다.
상기 가장자리부의 밀도는 0.03 내지 0.09 g/cm3일 수 있고, 바람직하게는 0.03 내지 0.07 g/cm3일 수 있고, 더 바람직하게는 0.03 내지 0.05g/cm3일 수 있다. 상기 가장자리부의 밀도가 0.03 g/cm3 미만인 경우, 성형체의 가장자리부에서 외부 충격에 의해 쉽게 파단이 발생할 수 있다. 반면, 상기 가장자리부의 밀도가 0.09g/cm3을 초과하는 경우, 성형체로 활용하기에 가장자리부의 성형성이 낮은 문제점을 가질 수 있다.
상기 성형체는 샌드위치 패널의 코어층으로 사용된다는 점에서, 용도에 따라 다양하게 성형될 수 있는 충분한 성형성을 갖는지 확인하기 위하여 압입 깊이 실험을 실시할 수 있다.
상기 성형체에 대하여 50kgf/cm2의 압력으로 압입 깊이 실험 시, 상기 중앙부의 압입 깊이는 1.5 내지 1.8mm, 바람직하게는 1.6 내지 1.8mm, 더 바람직하게는 1.7 내지 1.8mm 일 수 있고, 상기 가장자리부의 압입 깊이는 1.8 내지 2.2mm, 바람직하게는 1.9 내지 2.2mm, 더 바람직하게는 2.0 내지 2.2mm 일 수 있다.
상기 성형체에 대하여 95kgf/cm2의 압력으로 압입 깊이 실험 시, 상기 중앙부의 압입 깊이는 1.8 내지 2.1mm, 바람직하게는 1.85 내지 2.1mm, 더 바람직하게는 1.9 내지 2.1mm 일 수 있고, 상기 가장자리부의 압입 깊이는 2.3 내지 2.6mm, 바람직하게는 2.4 내지 2.6mm, 더 바람직하게는 2.5 내지 2.6mm 일 수 있다.
상기 성형체에 대하여 140kgf/cm2의 압력으로 압입 깊이 실험 시, 상기 중앙부의 압입 깊이는 2.1 내지 2.4mm, 바람직하게는 2.15 내지 2.4mm, 더 바람직하게는 2.2 내지 2.4mm 일 수 있고, 상기 가장자리부의 압입 깊이는 2.6 내지 2.9mm, 바람직하게는 2.6 내지 2.8mm, 더 바람직하게는 2.6 내지 2.7mm 일 수 있다.
상기 성형체는 샌드위치 패널의 코어층으로 사용된다는 점에서, 용도에 따라 충분한 밀도 및 기계적 물성을 갖는지 확인하기 위하여 압입 깊이 실험을 실시할 수 있다.
상기 성형체에 대하여 50kgf/cm2의 압력으로 압입 실험 시, 상기 중앙부의 압입 후 밀도는 0.35 내지 0.5 g/cm3, 바람직하게는 0.4 내지 0.5 g/cm3, 더 바람직하게는 내지 0.45 내지 0.5 g/cm3일 수 있고, 상기 가장자리부의 압입 후 밀도는 0.1 내지 0.3 g/cm3 , 바람직하게는 0.1 내지 0.27 g/cm3, 더 바람직하게는 0.1 내지 0.24 g/cm3 일 수 있다.
상기 성형체에 대하여 95kgf/cm2의 압력으로 압입 실험 시, 상기 중앙부의 압입 후 밀도는 0.5 내지 0.65 g/cm3, 바람직하게는 0.52 내지 0.65 g/cm3, 더 바람직하게는 0.54 내지 0.65g/cm3 일 수 있고, 상기 가장자리부의 압입 후 밀도는 0.3 내지 0.5 g/cm3, 바람직하게는 0.3 내지 0.47 g/cm3, 더 바람직하게는 0.3 내지 0.44 g/cm3 일 수 있다.
상기 성형체에 대하여 140kgf/cm2의 압력으로 압입 실험 시, 상기 중앙부의 압입 후 밀도는 0.65 내지 0.9 g/cm3, 바람직하게는 0.7 내지 0.9 g/cm3, 더 바람직하게는 0.75 내지 0.9 g/cm3 일 수 있고, 상기 가장자리부의 압입 후 밀도는 0.5 내지 0.7 g/cm3, 바람직하게는 0.5 내지 0.65 g/cm3, 더 바람직하게는 0.5 내지 0.6 g/cm3 일 수 있다.
상기 범위를 만족하는 경우, 중앙부에서는 샌드위치 패널의 심재로 사용되는 성형체로써 기계적 물성을 만족할 수 있고, 구조적인 설계 변경을 통해 가장자리부에서의 성형성을 확보할 수 있다.
상기 부직 섬유 집합체는 폴리에스테르계 섬유를 포함할 수 있다. 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 비흡습성 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 비흡습성 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, 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.
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 비흡습성 공중합 수지는 상기 시스-코어형 이성분 섬유 중 시스부에 포함될 수 있는 비흡습성 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 0.15~0.6g/cm3, 바람직하게는 0.18~0.54g/cm3일 수 있다. 상기 밀도 범위를 만족하기 때문에 샌드위치 패널로 가전용 구조재, 건축용 내외장재 및 자동차 내외장재 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) 크기가 다른 제 1 성형체 및 제 2 성형체를 준비하는 단계; b) 상기 제 1 성형체의 일면에 제 2 성형체를 적층하는 단계; 및 c) 상기 제 1 성형체 상에 적층된 제 2 성형체를 열 압착하여 코어층을 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 코어층은 상기 전술한 성형체를 사용한다.
a) 단계에서는, 먼저 크기가 다른 제 1 성형체 및 제 2 성형체를 준비하기 위하여, (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 폴리에스테르계 섬유로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
이후, 니들펀칭 공정 및 가열프레스를 통하여 둘 이상의 부직 섬유 집합체의 계면을 상호 접합시켜 제 1 성형체 및 제 2 성형체를 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 부직 섬유 집합체에 분당 펀칭 횟수 300 내지 1000회, 이동속도 1 내지 8 m/min, 펀칭 밀도 100 내지 500 punches/cm2의 니들펀칭 공정을 진행하여 부직 섬유 집합체 구조를 갖는 제 1 성형체 및 제 2 성형체를 준비할 수 있다.
상기 니들펀칭 공정은, 상기 혼합된 부직 섬유 집합체에 분당 펀칭 횟수를 300 내지 1000회로, 부직 섬유 집합체의 이동속도를 1 내지 8 m/min로, 펀칭 밀도를 100 내지 500 punches/cm2 로 하여, 니들 펀칭 공정을 진행할 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 부직 섬유 집합체에 분당 펀칭 횟수를 400 내지 700회로, 부직 섬유 집합체의 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 섬유 집합체 간의 결착 정도가 떨어지는 문제가 있고, 1000회 보다 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. 또한, 상기 펀칭 밀도가 100 punches/cm2　보다　적으면　부직　섬유 집합체 간의　결착　정도가　떨어지는　문제가　있고，500　punches/cm2　보다　많으면　부직　섬유 집합체의　파단이　발생하는　문제가　있다．
상기 범위의 니들펀칭 공정을 수행함에 따라서, 니들펀칭에 의한 물리적 결합력이 향상되어, 제 1 성형체 및 제 2 성형체의 인장 강도와 같은 기계적 물성이 향상될 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.
이후, 상기 제조된 부직 섬유 집합체를 복수의 언와인딩 장치에 장착한 후, 가열 프레스로 이동시킨다. 이때, 제조된 부직 섬유 집합체 1 내지 10장을 개수에 맞게 복수의 언와인딩 장치에 장착한 후, 제 1 성형체 또는 제 2 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 집합체를 180 내지 210℃의 온도조건 및 1 내지 10 MPa의 압력조건에서 가열 및 가압하여 부직 섬유 집합체 구조의 제 1 성형체 또는 제 2 성형체를 제조할 수 있다.
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.
니들 펀칭 공정을 진행한 후, 110 내지 230℃의 온도 조건에서 3 내지 10분간 예열하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 제조된 제 1 성형체 및 제 2 성형체는 크기 및 평량이 서로 상이할 수 있다. 이후 진행되는 적층 및 열 압착 단계를 통하여 국부적으로 다른 평량을 가지는 코어층을 설계하기 위하여, 크기 및 평량이 서로 상이할 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 성형체는 상기 제 2 성형체보다 가로 및 세로 각각의 길이가 긴 성형체일 수 있다. 가로 및 세로의 길이가 긴 제 1 성형체의 일면 중앙에 제 2 성형체가 적층되어 열 압착됨으로써, 양 성형체가 열 압착된 중앙부와 나머지 가장자리부 간의 평량 편차를 가지도록 성형체(코어층)가 설계될 수 있다.
또한 제 1 성형체는 제 2 성형체보다 평량(g/m2)이 낮을 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.
b) 단계에서는, 상기 제 1 성형체의 일면에 제 2 성형체를 적층할 수 있다.
구체적으로, 열 압착 공정을 진행하기 이전 제 2 성형체보다 가로 및 세로 길이가 긴 제 1 성형체의 일면 중앙에 제 2 성형체를 적층할 수 있다.
c) 단계에서는, 상기 제 1 성형체 상에 적층된 제 2 성형체를 열 압착하여 코어층을 제조할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 성형체와 적층된 제 2 성형체에 대하여 180 내지 210℃의 가열 및 1 내지 10 MPa의 가압조건에서 3 내지 10분동안 열 압착하여, 제 1 성형체 상에 제 2 성형체가 열 압착되어 형성된 중앙부 및 이를 둘러싸는 가장자리부를 포함하는 부직 섬유 집합체 구조의 코어층을 제조할 수 있다.
상기 가열 및 가압은 가열 프레스를 통해 진행될 수 있으며, 상기 가열 프레스는 통상적으로 업계에서 사용하는 것이라면 특별한 제한은 없으며, 구체적인 일례로 더블 벨트 프레스(Double Belt Press), 히팅롤 프레스(Heating Roll Press) 등을 사용할 수 있다.
상기 가장자리부의 평량은 100 내지 300 g/m2, 바람직하게는 130 내지 270 g/m2, 더 바람직하게는 160 내지 240 g/m2 일 수 있고, 상기 중앙부의 평량은 500 내지 700 g/m2, 바람직하게는 530 내지 670 g/m2, 더 바람직하게는 560 내지 640 g/m2 일 수 있다.
상기 열압착 단계를 통해 제조된 상기 부직 섬유 집합체 구조의 코어층에 대하여는 추가적으로 단조 공정을 진행할 수 있다, 구체적으로, 금형을 체결한 콜드프레스(Cold Press)로 하중, 시간, 하강속도, 스트로크(Stroke) 등 공정 조건을 조절하여, 중앙부는 초기의 두께를 유지하면서 가장자리부에 대하여만 압입하여 두께를 감소시키는 공정을 진행할 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 전술한 상기 성형체를 사용한다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널의 코어층은, 앞서 살펴본 본 발명에 따라 중앙부와 가장자리부를 포함하는 전술한 성형체로 구성된다. 상기 코어층의 두께는 0.2 내지 10mm인 것이 바람직하다. 두께가 0.2mm 미만이면 우수한 기계적 강도를 유지하기 어려운 문제가 있고, 두께가 10mm를 초과하게 되면 샌드위치 패널을 굽히거나 딥 드로잉(deep drawing) 성형시에 성형성이 저하되며, 우수한 기계적 강도를 유지하기 어려운 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 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 7% 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 7% 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 열 압착하는 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 열 압착시킴으로써, 샌드위치 패널을 제조할 수 있다. 상기 열 압착은 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) 크기가 다른 제 1 성형체 및 제 2 성형체를 준비하는 단계; b) 상기 제 1 성형체의 일면에 제 2 성형체를 적층하는 단계; c) 상기 제 1 성형체 상에 적층된 제 2 성형체를 열 압착하여 코어층을 제조하는 단계; d) 상기 코어층 일면 이상에 접착층을 형성하는 단계; 및 e) 상기 접착층 상에 스킨층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 코어층은 상기 성형체를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널의 코어층은, 앞서 살펴본 본 발명에 따른 상기 성형체로 구성된다. 상기 성형체는 중앙부와 가장자리부를 포함하는 전술한 성형체이다.
따라서, 상기 a) 단계, b) 단계 및 c)단계는 앞서 살펴본 성형체의 제조방법과 동일하다.
이후, d) 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, e) 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 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.
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 110~200℃에서 대략 30초 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 중앙부에서는 기계적 강도가 우수하면서도, 가장자리부에서는 성형성이 우수한 코어층을 사용함으로써, 국부적인 평량 편차를 이용하여 성형 공정에 적합한 성형체 및 이를 사용하는 샌드위치 패널을 제조할 수 있다는 장점이 있다.
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, 2
[실시예 1]
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 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 부직 섬유 집합체(부직포)를 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 형성시켰다.
니들펀칭으로 결합된 상기 부직 섬유 집합체를 챔버 내 온도가 220℃인 예열 챔버에 진입시킨 후 3분간 예열시켰다.
이후 상기 부직 섬유 집합체를 5 m/분의 속도로 히팅롤 프레스(Heating Roll Press)에 이송시켰다. 이 때 히팅롤 프레스의 가열온도는 180℃, 압력은 5MPa이었으며, 2분간 가열 / 가압처리하여 부직 섬유 집합체 구조의 제 1 성형체(평량 200g/m2, 1750mm x 1000mm) 및 제 2 성형체(평량 400g/m2, 1730mm x 980mm)를 각각 제조하였다.
이후 상기 제 1 성형체의 일면 중앙에 제 2 성형체를 적층한 후 적층된 성형체에 대한 열 압착을 위하여 히팅롤 프레스의 가열온도 180℃ 및 압력 5MPa로 5분간 가열 / 가압처리하여, 제 1 성형체 상에 제 2 성형체가 열 압착되어 형성된 중앙부(평량 600g/m2) 및 이를 둘러싸는 가장자리부(평량 200g/m2)를 포함하는 하나의 성형체인 코어층을 제조하였다.
[비교예 1]
제 2 성형체의 제조단계, 제 1, 2 성형체 간의 적층단계 및 최종 열 압착 단계 없이, 상기 제 1 성형체만을 사용하여 코어층(평량 200g/m2, 1750mm x 1000mm)을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 코어층을 제조하였다.
[비교예 2]
동일한 크기(1750mm x 1000 mm)의 제 1 성형체(평량 200g/m2) 및 제 2 성형체(평량 400g/m2)를 사용하여 코어층(평량 600 g/m2)을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 코어층을 제조하였다.
실험예 : 성형체(코어층)의 물성 측정
상기 실시예 1 및 비교예 1, 2에서 제조된 3mm 두께의 성형체에 대하여, 하기의 방법으로 기계적 물성과 성형성을 확인하기 위하여 밀도, 굴곡강도, 압입 깊이 및 압입 이후 밀도를 측정하는 실험을 실시하였다.
- 밀도(g/cm3) : 실시예 1 및 비교예 1, 2에서 제조된 성형체의 중앙부 및 가장자리부에서의 밀도를 측정하였다. 본 실험예 상의 밀도(g/cm3)는 겉보기 밀도를 계산한 것으로, 상기 성형체의 중앙부 및 가장자리부 각각을 동일한 크기(1cm x 1cm)로 재단한 총 10개의 샘플에 대하여 질량 및 두께를 측정한 후, 하기 식에 의해 계산된 값들의 평균 값으로 정의될 수 있다.
밀도(g/cm3) = 측정 질량(g) / 측정 부피(cm3)
실시예 1 비교예 1
(모든 영역)		 비교예 2
(모든 영역)
중앙부 가장자리부
밀도
(g/cm3)		 0.2 0.066 0.066 0.2
상기 표 1과 같이, 실시예 1을 통해 제조된 성형체에 있어서 중앙부의 밀도는 0.1 내지 0.5 g/cm3이고 가장자리부의 밀도는 0.03 내지 0.09 g/cm3로 국부적 밀도편차를 갖는 성형체가 제조된 것을 확인하였다.
반면, 비교예 1 및 2는 국부적 밀도 편차 없이 모든 영역에서 일정한 밀도를 갖는 성형체가 제조된 것을 확인하였다.
- 굴곡강도(MPa): ASTM C393에 의거하여 실시예 1 및 비교예 1, 2에서 제조된 성형체에 대하여 굴곡 강도를 측정하였다.
실시예 1 비교예 1
(모든 영역)		 비교예 2
(모든 영역)
중앙부 가장자리부
굴곡강도
(MPa)		 71.4 17.4 17.4 71.2
- 압입 깊이(mm): 실시예 1 및 비교예 1, 2의 성형체(초기 두께 3mm, 25mm x 25mm)에 대하여, 압입 하중을 50, 95, 140kgf/cm2으로 달리하면서 중앙부 및 가장자리부에 대하여 프레스(현대 HCP-150 프레스)를 이용하여 압입 깊이(mm)를 측정하였다.
압입 깊이(mm)
실시예 1 비교예 1
(모든 영역)		 비교예 2
(모든 영역)
중앙부 가장자리부
압입 하중
(kgf/cm2)		 50 1.71 2.02 2.02 1.71
95 1.93 2.51 2.51 1.93
140 2.22 2.64 2.64 2.22
상기 표 2 및 표 3과 같이 실시예 1의 경우, 성형체의 중앙부에서는 71.4 MPa의 우수한 굴곡강도를 가지는 동시에 가장자리부에서는 각 압입 하중에서 중앙부 대비 0.3mm 이상 깊은 압입 깊이를 가져 우수한 성형성을 확보한 것을 확인할 수 있었다. 이를 통하여, 성형체에 있어서 밀도가 상대적으로 큰 중앙부에서는 기계적 물성인 굴곡강도가 우수하고, 밀도가 상대적으로 작은 가장자리부에서는 성형성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
반면, 중앙부와 가장자리부에 대하여 평량의 편차를 두지 않은 비교예 1의 경우는 2mm 이상의 압입 깊이로부터 성형성이 우수한 것을 확인할 수 있었으나, 실시예 1의 중앙부 대비 굴곡강도는 상대적으로 떨어지는 것을 알 수 있었다.
비교예 2 역시 71.2 MPa의 굴곡강도를 통해 기계적 물성이 우수한 것은 확인할 수 있었으나, 실시예 1의 가장자리부 대비 압입 깊이가 작아 성형성은 상대적으로 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.
- 성형체 압입 이후 밀도 측정(g/cm3): 실시예 1 및 비교예 1, 2의 성형체(초기 두께 3mm, 25mm x 25mm)에 대하여, 압입 하중을 50, 95, 140kgf/cm2으로 달리하면서 중앙부 및 가장자리부에 대하여 프레스(현대 HCP-150 프레스)를 이용하여 압입한 후 각 압입 하중에서의 밀도(g/cm3)를 측정하였다.
본 실험예 상의 밀도(g/cm3)는 겉보기 밀도를 계산한 것으로, 상기 성형체의 중앙부 및 가장자리부 각각을 동일한 크기(1cm x 1cm)로 재단한 총 10개의 샘플에 대하여 질량 및 두께를 측정한 후, 하기 식에 의해 계산된 값들의 평균 값으로 정의될 수 있다.
밀도(g/cm3) = 측정 질량(g) / 측정 부피(cm3)
압입 이후 밀도(g/cm3)
실시예 1 비교예 1
(모든 영역)		 비교예 2
(모든 영역)
중앙부 가장자리부
압입 하중
(kgf/cm2)		 50 0.47 0.20 0.20 0.47
95 0.56 0.41 0.41 0.56
140 0.77 0.56 0.56 0.77
상기 표 4와 같이, 상기 실시예 1 및 비교예 1, 2의 성형체에 대하여 각 하중에서 압입을 실시한 결과 국부적으로 높은 밀도를 갖는 중앙부에서 압입 이후에도 밀도가 높고, 가장자리부에서는 밀도가 낮은 것을 확인할 수 있었다. 이를 통하여, 압입 이후에도 성형체가 중앙부와 가장자리부에서 국부적으로 밀도 편차를 갖는 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.
100 : 제 1 성형체
200 : 제 2 성형체
300 : 중앙부
400 : 가장자리부

Claims (19)

  1. 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 가장자리부는 상기 중앙부보다 낮은 평량(g/m2)을 갖는, 성형체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부직 섬유 집합체는 웹(Web)상 또는 시트(Sheet)상의 부직섬유를 접착제로 접착시키거나, 열가소성 섬유를 이용하여 접착시킨 것인, 성형체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가장자리부의 평량은 100 내지 300 g/m2인, 성형체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중앙부의 평량은 500 내지 700 g/m2인, 성형체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 중앙부의 밀도는 0.1 내지 0.5 g/cm3이고,
    상기 가장자리부의 밀도는 0.03 내지 0.09 g/cm3 인, 성형체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형체에 대하여 50kgf/cm2의 압력으로 압입 깊이 실험 시,
    상기 중앙부의 압입 깊이는 1.5 내지 1.8mm이고,
    상기 가장자리부의 압입 깊이는 1.8 내지 2.2mm인, 성형체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형체에 대하여 95kgf/cm2의 압력으로 압입 깊이 실험 시,
    상기 중앙부의 압입 깊이는 1.8 내지 2.1mm이고,
    상기 가장자리부의 압입 깊이는 2.3 내지 2.6mm인, 성형체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형체에 대하여 140kgf/cm2의 압력으로 압입 깊이 실험 시,
    상기 중앙부의 압입 깊이는 2.1 내지 2.4mm이고,
    상기 가장자리부의 압입 깊이는 2.6 내지 2.9mm인, 성형체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형체에 대하여 50kgf/cm2의 압력으로 압입 실험 시,
    상기 중앙부의 압입 후 밀도는 0.35 내지 0.5 g/cm3 이고,
    상기 가장자리부의 압입 후 밀도는 0.1 내지 0.3 g/cm3 인, 성형체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형체에 대하여 95kgf/cm2의 압력으로 압입 실험 시,
    상기 중앙부의 압입 후 밀도는 0.5 내지 0.65 g/cm3 이고,
    상기 가장자리부의 압입 후 밀도는 0.3 내지 0.5 g/cm3 인, 성형체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형체에 대하여 140kgf/cm2의 압력으로 압입 실험 시,
    상기 중앙부의 압입 후 밀도는 0.65 내지 0.9 g/cm3 이고,
    상기 가장자리부의 압입 후 밀도는 0.5 내지 0.7 g/cm3 인, 성형체.
  12. 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.
  13. 코어층;
    상기 코어층의 일면 이상에 적층된 스킨층; 및
    상기 코어층과 스킨층을 접착하는 접착층을 포함하고,
    상기 코어층은 제 1 항의 성형체를 사용하는, 샌드위치 패널.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 스킨층은 알루미늄, 철, 스테인레스강(SUS), 마그네슘 및 용융아연도금강판(GI)으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인, 샌드위치 패널.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 접착층은 올레핀계 접착제, 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 및 에폭시계 접착제 중 1종 이상을 포함하는, 샌드위치 패널.
  16. a) 크기가 다른 제 1 성형체 및 제 2 성형체를 준비하는 단계;
    b) 상기 제 1 성형체의 일면에 제 2 성형체를 적층하는 단계;
    c) 상기 제 1 성형체 상에 적층된 제 2 성형체를 열 압착하여 코어층을 제조하는 단계;
    d) 상기 코어층 일면 이상에 접착층을 형성하는 단계; 및
    e) 상기 접착층 상에 스킨층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 코어층은 제 1 항의 성형체를 사용하는, 샌드위치 패널의 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 성형체는 제 2 성형체보다 가로 및 세로 각각의 길이가 긴 성형체인, 샌드위치 패널의 제조방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 a)단계는
    부직 섬유 집합체에 분당 펀칭 횟수 300 내지 1000회, 이동속도 1 내지 8 m/min, 펀칭 밀도 100 내지 500 punches/cm2의 니들펀칭 공정을 진행하여 제 1 성형체 및 제 2 성형체를 준비하는 단계인, 샌드위치 패널의 제조방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 c)단계는
    180 내지 210℃의 가열 및 1 내지 10MPa의 가압조건에서 3 내지 10분 동안 열 압착하여 코어층을 제조하는 단계인, 샌드위치 패널의 제조방법.
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