KR20220056271A - 자동차용 저중량 헤드 라이너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡음 등을 목적으로 사용되는 섬유층으로 슈퍼 섬유층을 이용함으로써, 흡음 성능이 떨어지지 않게 하면서도 헤드 라이너의 중량을 줄여 자동차연비를 개선할 수 있게 한 자동차용 저중량 헤드 라이너를 제공하는데 그 목적이 있다. 특히, 본 발명은 슈퍼 섬유층으로는 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 그리고 PPS (Polyphenylene sulfide) 섬유 중 적어도 하나로 이루어진 것을 이용함으로써, 고강도와 고내열성을 얻을 수 있게 되어 헤드 라이너를 제조하는 과정에서 주름이나 고온에서의 변형이 생기는 것을 방지하여 품질을 개선할 수 있게 한 자동차용 저중량 헤드 라이너를 제공하는데 다른 목적이 있다.

Description

자동차용 저중량 헤드 라이너{LOW WEIGHT HEADLINER FOR VEHICLE}

본 발명은 자동차용 저중량 헤드 라이너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 흡음 성능을 위해 사용되는 섬유층으로 슈퍼 섬유(Super Fiber)를 이용함으로써, 가벼우면서도 헤드 라이너에서 요구되는 강성을 가지고 쉽게 변형되지 않아 제조 과정이나 제조 후 후에도 변형이 작아 품질을 높일 수 있고, 특히, 중량을 줄여 자동차의 연비를 개선할 수 있게 한 것이다.

자동차용 헤드 라이너는(10), [도 1] 및 [도 2]와 같이, 루프패널(R)과 마주하게 자동차 실내에 장착되는 마감재로, 플로어 패널에 장착되는 마감재인 플로어 카펫과 함께 자동차에서 흡음과 차음 효과를 얻기 위한 가장 큰 마감재 중 하나이다. 이러한 헤드 라이너는 자동차 실내에서 루프패널과 마주하여 장착되므로, 아래의 (특허문헌 1) 내지 (특허문헌 3)과 같이, 가능한 한 가볍게 제작된다.

(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) 한국공개특허 제10-2019-0135148호

차량용 헤드라이너 기재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 차량용 헤드라이너 기재는 인체에 무해하고, 환경친화적일 뿐만 아니라, 무기 섬유 매트층의 양면에 폴리에스테르 시트층을 포함하는 구조를 가져 치수 안정성이 우수하고, 높은 굴곡 탄성률 및 굴곡강도를 가져 외부 충격에 대한 내구성이 뛰어나며, 경량화가 가능하여 차량의 연비 개선이 유리한 이점이 있다.

(특허문헌 3) 한국공개특허 제10-2019-0033722호

기재와 표층으로 이루어진 헤드라이너에서, 기재에 여러 개의 벤트 홀을 형성하고, 표층을 통기성 표층을 이용함으로써, 별도의 에어 벤트 그릴을 사용하지 않고서도 유체 분사 기능을 수행할 수 있다. 특히, 벤트 홀을 통해 통기성 표층을 통과한 유체가 직접 운전자나 탑승자에게 분출되더라도 불쾌감은 느끼지 않고 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있다. 그리고 기존 에어 벤트 그릴과 같은 기능을 하면서도 이러한 기능을 하는 구성이 자동차 실내에 노출되지 않으므로, 헤드라이너의 설계 자유도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 헤드라이너와 자동차 실내 미관을 개선할 수 있다.

한편, 이러한 기존의 헤드 라이너(10)는 주로, [도 2] 및 [도 3]과 같이, 폴리우레탄(11)을 기준으로 양쪽 면에 흡음 성능을 얻기 위한 유리섬유 층(12)과 구조적 강성과 습기 제거 등을 위한 부직포(13)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 폴리우레탄(11)과 유리섬유 층(12) 사이, 그리고 유리섬유 층(12)과 부직포(13) 사이에는 접착제나 접착용 필름(14)을 이용해서 일체로 부착한다.

하지만, 이처럼 유리섬유를 포함하는 기존의 헤드 라이너는 다음과 같은 문제가 발생한다.

(1) 기존의 헤드 라이너는 흡음재로 주로 유리 섬유를 많이 사용한다. 하지만, 유리 섬유는 흡음 성능이 우수하나 중량이 많이 나간다.

(2) 이러한 유리 섬유의 중량은 헤드 라이너의 전체 중량이 많이 나가게 해서 자동차의 연비를 떨어뜨린다.

(3) 한편, 헤드 라이너는 자동차 실내에서 루프패널과 마주하게 장착되므로, 한쪽 면이 실내 측에 노출되게 된다. 이에, 헤드 라이너는 그 중량이 많이 나감에 따라 중력을 받아 휘거나 변형 또는 주름질 우려가 있다.

(4) 또한, 강도를 충분히 확보하지 않으면 헤드 라이너를 제작할 때 주름이 생기거나 고온에서 변형이 발생하여 제조 불량이나 품질 불량으로 이어질 수도 있다.

(5) 이러한 문제를 해결하기 위한 한 가지 방법으로 헤드 라이너의 강성을 보강할 수 있으나, 이는 보강재를 별도로 제작하여 부가함에 따른 제조비용이 상승할 뿐만 아니라 제조공정이 늘어나게 되어 생산성을 떨어뜨린다.

한국공개특허 제10-2019-0117938호 (공개일: 2019.10.17) 한국공개특허 제10-2019-0135148호 (공개일: 2019.12.06) 한국공개특허 제10-2019-0033722호 (공개일: 2019.04.01)

본 발명은 이러한 점을 고려한 것으로, 흡음 등을 목적으로 사용되는 섬유층으로 슈퍼 섬유층을 이용함으로써, 흡음 성능이 떨어지지 않게 하면서도 헤드 라이너의 중량을 줄여 자동차연비를 개선할 수 있게 한 자동차용 저중량 헤드 라이너를 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 슈퍼 섬유층으로는 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 그리고 PPS (Polyphenylene sulfide) 섬유 중 적어도 하나로 이루어진 것을 이용함으로써, 고강도와 고내열성을 얻을 수 있게 되어 헤드 라이너를 제조하는 과정에서 주름이나 고온에서의 변형이 생기는 것을 방지하여 품질을 개선할 수 있게 한 자동차용 저중량 헤드 라이너를 제공하는데 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차용 저중량 헤드 라이너는, 자동차의 루프패널과 마주하게 자동차 실내에 장착되는 자동차용 저중량 헤드 라이너에서; 폴리우레탄 폼(100)을 중심으로 양쪽 면에 각각, 접착층(110); 슈퍼 섬유층(120); 접착 필름(130); 및 부직포(140);가 차례로 적층되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 슈퍼 섬유층(12)은, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 및 PPS(Polyphenylene sulfide) 섬유 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슈퍼 섬유층(12)은, 굽힘 강도가 55~65kgf/㎠인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동차용 저중량 헤드 라이너는 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 흡음 등을 목적으로 슈퍼 섬유를 이용함으로써, 흡음 성능이 같거나 우수하면서도 헤드 라이너의 전체 중량을 줄일 수 있다.

(2) 이처럼 헤드 라이너의 중량 감소는 자동차의 연비 개선으로 이어진다.

(3) 한편, 슈퍼 섬유로는 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 및 PPS(Polyphenylene sulfide) 섬유 중 적어도 하나로 이루어진 것을 사용함으로써, 차종에 따라 헤드 라이너에서 요구되는 강성이나 중량에 맞춰서 적절한 슈퍼 섬유를 선택해서 사용할 수 있어 헤드 라이너의 중량 감소 효과를 극대화할 수 있다.

(4) 또한, 슈퍼 섬유는 고강성과 내열성을 가지므로, 슈퍼 섬유층을 가진 헤드 라이너를 제조하는 과정에서 가해지는 압력이나 열에도 헤드 라이너의 변형이나 주름 등이 생기는 것을 방지하여 품질을 개선할 수 있다.

[도 1]은 헤드 라이너가 장착된 자동차의 전체 형상을 보여주는 측면도이다.
[도 2]는 종래 헤드 라이너의 전체 형상을 보여주는 사시도이다.
[도 3]은 종래 헤드 라이너의 층 구조를 보여주는 단면도이다.
[도 4]는 본 발명에 따른 헤드 라이너의 층 구조를 보여주는 단면도이다.
[도 5]는 본 발명에 따른 슈퍼 섬유층에 사용되는 섬유를 보여주는 사진으로, (a)는 탄성 섬유를, (b)는 아라마이드를 각각 보여준다.
[도 6]은 종래 헤드 라이너에 사용되는 섬유층의 하중-변위량을 보여주는 그래프이다.
[도 7]은 본 발명에 따른 헤드 라이너에 사용되는 섬유층의 하중-변위량을 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.

[자동차용 저중량 헤드 라이너의 구성]

본 발명에 따른 자동차용 저중량 헤드 라이너는, [도 4] 내지 [도 7]과 같이, 폴리우레탄 폼(100)을 중심으로 양쪽 면에 각각, 접착층(110); 슈퍼 섬유층(120); 접착 필름(130); 그리고 부직포(140);를 차례로 적층해서 구성한 것이다.

특히, 상기 슈퍼 섬유층(120)은 다른 섬유나 흡음 재질에 비해 중량이 적게 나가면서도 흡음 성능이 기존 섬유나 흡음 재질에 비교해서 같거나 유사함으로, 헤드 라이너의 중량을 줄이면서도 같거나 유사한 흡음 성능을 얻을 수 있게 한 것이다.

또한, 상기 슈퍼 섬유층(120)은 고강성과 내열성 특성을 가지므로, 이러한 특성을 이용해서 헤드 라이너를 제작할 때 가해지는 열과 압력에서도 헤드 라이너의 변형이나 주름 등이 생기지 않게 하여 헤드 라이너의 품질을 개선할 수 있게 한 것이다.

그리고 이러한 슈퍼 섬유층(120)을 구성하는 재질로는, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 그리고 PPS(Polyphenylene sulfide) 섬유 중 적어도 하나로 이루어진 것을 사용하게 한 것이다.

이하, 이러한 구성에 관해 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

가. 폴리우레탄 폼

폴리우레탄 폼(100)은, [도 4]와 같이, 헤드 라이너의 기재가 되는 층으로, 폴리올과 디이소시아네이트를 혼합해서 만들어진 스펀지 상태의 다공질 물질을 말한다. 이러한 폴리우레탄 폼(100)은 본 발명이 속하는 기술분야에서 흡음재나 헤드 라이너의 기재로 사용되는 것을 그대로 사용할 수 있다.

나. 접착층

접착층(110)은, [도 4]와 같이, 상술한 폴리우레탄 폼(100)과 후술할 슈퍼 섬유층(120)을 하나로 부착할 때 사용하기 위한 일종의 접착제이다. 이러한 접착층(110)은 이들 폴리우레탄 폼(100)과 슈퍼 섬유층(120)을 하나로 접착할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 이용할 수 있다. 특히, 상기 접착층(110)은 평면 형태로 이루어진 폴리우레탄 폼(100) 표면과 섬유를 압착해서 이루어진 슈퍼 섬유층(120)을 하나로 부착할 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 접착층(110)으로는 상기 폴리우레탄 폼(100) 표면에 도포해서 바르고 그 위에 슈퍼 섬유층(120)을 올려놓고 압착하거나 압착과 더불어 열을 가하면서 일체로 부착할 수 있게 구성한다.

이러한 접착층(110)은, [도 4]와 같이, 상술한 폴리우레탄 폼(100)의 양쪽 면에 각각 도포해서 폴리우레탄 폼(100)의 양쪽 면에 각각 슈퍼 섬유층(120)이 일체가 되게 구성한다.

다. 슈퍼 섬유층

슈퍼 섬유층(120)은, [도 4]와 같이, 상술한 폴리우레탄 폼(100)에 접착층(110)을 매개로 부착되는 층이다. 여기서, 슈퍼 섬유(Super Fiber)는 금속과 같거나 그 이상의 강도를 가진 섬유로 제작된 것으로, 섬유 자체로 사용하기보다는 플라스틱이나 금속과 함께 복합재료로 많이 쓰여 섬유강화 플라스틱이나 섬유강화 금속이라고 불린다.

특히, 상기 슈퍼 섬유는 가벼워서 헤드 라이너의 중량을 줄여 자동차 연비를 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 고강도이면서도 내열성이 우수하여 헤드 라이너를 제조하는 과정에서 받는 열이나 압력에도 쉽게 변형되거나 주름이 생기지 않아 헤드 라이너의 품질을 높일 수 있게 해 준다.

이러한 슈퍼 섬유로는, 예시적으로, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 그리고 PPS (Polyphenylene sulfide) 섬유 중 적어도 하나로 이루어진 것을 이용할 수 있다. 여기서, 탄소 섬유는, [도 5(a)]와 같이, 철보다 강하고 알루미늄보다 가벼우며 내피로성이 우수할 뿐만 아니라 순도 높은 탄소가 공유결합되어 있어 인장강도·내열성이 우수한 것으로 잘 알려졌다. 아라미드 섬유는, [도 [5(b)]와 같이, 밀도가 강철보다 작으면서도 인장강도는 유리나 강철보다 클 뿐만 아니라 섬유 보강재로 많이 사용되는 것으로 알려졌다. PPS(Polyphenylene sulfide) 섬유는 결정성의 고기능 열가소성 엔지니어링 플라스틱인 폴리페닐렌설파이드 수지를 섬유화한 것으로, 내약품성, 내열성, 난연성, 전기특성, 내증열성, 단열성 등에 있어서 우수한 것으로 알려졌다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 슈퍼 섬유층(120)은, 굽힘 강도가 55~65kgf/㎠인 것을 사용하는 것이 가장 바람직하다.

이러한 슈퍼 섬유층(120)은, [도 4]와 같이, 상술한 폴리우레탄 폼(100)의 양쪽 면에 각각 부착된 접착층(110)에 각각 하나씩 일체로 적층된다.

라. 접착 필름

접착 필름(130)은, [도 4]와 같이, 상술한 슈퍼 섬유층(120)과 후술할 부직포(140)를 부착하기 위한 일종의 접착 필름이다. 이러한 접착 필름(130)은 이들 슈퍼 섬유층(120)과 부직포(140)를 일체로 부착할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 또한, 상술한 접착층(110)과 같은 재질로 이루어진 것을 사용할 수도 있으나, 가장 바람직하게는 핫멜트를 이용해서 슈퍼 섬유층(120)과 부직포(140)를 일체로 부착하는 것이 가장 바람직하다.

이러한 접착 필름(130)은, [도 4]와 같이, 상술한 폴리우레탄 폼(100)의 양쪽 면에 각각 부착된 슈퍼 섬유층(120)의 외부에 노출된 면에 각각 하나씩 적층하여 구성한다.

마. 부직포

부직포(140)는, [도 4]와 같이, 상술한 접착 필름(130)에 적층하게 된다. 이때, 상기 부직포(140)는 폴리우레탄 폼(100)의 양쪽에 각각 부착된 슈퍼 섬유층(120)에 각각 적층되게 구성한다. 여기서, 상기 부직포(140)는 헤드 라이너의 강성을 보강해서 쉽게 찢어지거나 파손되지 않게 하면서도 습기를 흡입해서 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있게 하기 위한 것이다. 이러한 상기 부직포(140)는 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 기술로 제작된 것을 사용할 수 있다.

이상과 같이 이루어진 본 발명은 슈퍼 섬유층을 통해 내열성과 강성을 강화할 수 있을 뿐만 아니라 특히, 헤드 라이너의 중량을 줄여 자동차의 연비를 개선하면서도 흡음 성능이 떨어지지 않게 한다. 또한, 이러한 슈퍼 섬유층은 헤드 라이너를 제조하는 과정에서 가해지는 열과 압력에도 쉽게 변형되거나 주름이 생기지 않게 하여 헤드 라이너의 품질을 개선할 수 있게 된다.

[굽힘 강도 측정]

이처럼 이루어진 본 슈퍼 섬유층(실시예)과 유리유리층으로 이루어진 비교예에 대해 하중(LOAD) 변화에 변위량(DISP)를 비교해 보면 다음과 같이 실시예가 우수한 것을 알 수 있다. 여기서, [도 5]는 비교예의 수치(하중-변위량) 그래프를, [도 6]은 실시예의 (하중-변위량) 그래프를 각각 나타낸다. 또한, [도 5] 및 [도 6]에서, 세로축은 하중(LOAD)(Kgf)을, 가로축은 변위량(DISP)(㎝)을 각각 나타낸다. 또한, 시험은 시편 크기를 50×4㎜을 지간 거리 10㎝에서 하중(LOAD)을 가하면서 변위량을 검출했다.

그 결과, [도 5] 및 [도 6]과 같이, 실시예가 비교예보다 최대하중이 클 뿐만 아니라 이에 따라 변위량도 더 커진 것을 알 수 있으며, 이를 통해서 얻을 수 있는 탄성 계수와 굽힘 저항에서도 아래의 [표 1]과 같이, 실시예가 비교예보다 우수한 것을 알 수 있다.

항목	단위	비교예	실시예
시편 크기	㎜	50×4
최대하중	Kgf	2.57	3.2
굽힘강도	Kgf/㎠	48.218	60.038
지간거리	㎝	10
최대변위	㎝	0.395	0.647
탄성계수	Kgf/㎠	10492.51	6721.763
굴곡저항	Kgf/㎠	13.43	8.604

10: 폴리우레탄 폼
11: 접착층
12: 슈퍼 섬유층
13: 접착 필름
14: 부직포

Claims (3)

1. 자동차의 루프패널과 마주하게 자동차 실내에 장착되는 자동차용 저중량 헤드 라이너에서,
   폴리우레탄 폼(100)을 중심으로 양쪽 면에 각각,
   접착층(110);
   슈퍼 섬유층(120);
   접착 필름(130); 및
   부직포(140);가
   차례로 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 저중량 헤드 라이너.
   
2. 제1항에서,
   상기 슈퍼 섬유층(12)은,
   탄소 섬유, 아라미드 섬유, 및 PPS(Polyphenylene sulfide) 섬유 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 저중량 헤드 라이너.
   
3. 제1항 또는 제2항에서,
   상기 슈퍼 섬유층(12)은,
   굽힘 강도가 55~65kgf/㎠인 것을 특징으로 하는 자동차용 저중량 헤드 라이너.

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