KR20230037769A - 친환경적인 자동차용 내장부품 및 이의 제조방법 - Google Patents

친환경적인 자동차용 내장부품 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20230037769A
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preparing
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이명렬
엄기천
임영규
신우승
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
주식회사 에이치블루
대원화성 주식회사
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Abstract

친환경적인 자동차용 내장부품, 이의 제조방법, 및 이의 설계방법에 관한 것으로써, 자동차용 내장부품은 제조방법, 및 설계방법 등을 이용하여 물성 등을 최적으로 보정할 수 있을 뿐만 아니라, 화학물질의 사용을 최소화함으로써 인체 유해성을 크게 낮춰 친환경성을 갖추면서도 천연가죽의 자연스러운 주름 패턴을 구현할 수 있는 장점이 있다.

Description

친환경적인 자동차용 내장부품 및 이의 제조방법{Eco-friendly automotive interior parts and manufacturing method thereof}
친환경적인 자동차용 내장부품, 이의 제조방법, 및 이의 설계방법에 관한 것이다.
최근 생활패턴의 변화로 자동차에서 머무는 시간이 늘어나면서, 자동차 인테리어용 내장재는 다양한 기능 및 성능이 요구되며, 다른 일반적인 자동차 부품에 비해 소비자가 차이점을 쉽게 알고 몸으로 느낄 수 있으므로 감성 요소 및 심미적 요소가 중요하게 대두되고 있다.
기본적으로 자동차용 내장부품은 높은 방염성, 견뢰성, 그리고 각각의 용도에 맞는 강도와 내구성 등이 요구되며, 아울러 방오성, 소취성 등의 부가 성능 및 심미성에 관계되는 항목까지 다양한 특성이 요구되고 있다.
이러한 산업 환경의 변화와 소비자 요구의 증가로 자동차용 내장부품의 친환경화, 고급화, 고물성, 고기능화의 추세에 맞추어 고급스러운 표면효과 및 감성을 가지면서 고물성, 고기능성, 유해물질 발생, 재활용 가능한 환경 친화성을 가지는 피혁 관련 제품의 수요가 꾸준히 증가되고 있다.
특히 자동차용 내장부품으로 사용되는 인조피혁 제품은 천연 가죽을 대체하기 위한 제품으로 많이 사용되고 있다. 다만, 인조피혁을 제조하기 위한 공정에서 유기용제를 사용하므로, 후공정에서 완전한 유기용제의 처리가 이루어지지 않을 경우, 휘발성유해물질(VOC)이 검출되는 문제가 발생될 수 있는 문제가 있었고, 유연성 향상을 위해 첨가되는 가소제는 냄새가 발생하는 등 인체에 유해하다고 밝혀진 바가 있음에도 불구하고, 이의 완전한 대체재가 존재하지 않아 인체에 아직까지 해로운 문제 남아 있을 뿐만 아니라, 장시간 사용 시 가소제는 표면으로 이행이 되고 피막 깨짐(Crack)의 문제가 존재하고 있는 실정이었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1963083호
상기 문제를 해결하기 위한 것으로써, 일 구현예에 따른 자동차용 내장부품은 친환경적인 재생층과 상기 재생층 상에 위치한 물성보강층을 포함하는 재생복합층; 상기 재생복합층의 물성보강층 상에 위치한 표피층; 및 상기 표피층 상에 위치한 표면처리층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 다른 일 구현예에 따른 자동차용 내장부품 제조방법은 재생층을 준비하는 단계; 재생층 상에 물성보강층을 적층시켜 재생복합층을 준비하는 단계; 이형지 상에 초기 표피층을 준비하는 단계; 상기 재생복합층의 물성보강층 상에, 상기 이형지 상에 있는 초기 표피층을 적층시킨 뒤 경화시켜 표피층을 포함하는 적층체를 준비하는 단계; 상기 이형지를 제거하는 단계; 및 상기 적층체의 표피층 상에 표면처리층을 코팅시키는 단계;를 포함한다.
또한, 또 다른 일 구현예에 따른 자동차용 내장부품의 설계방법은 재생층과 물성보강층의 두께를 설정하여 제1 설정값을 도출하는 제1 설정 단계(S100); 재생층 내 천연가죽 단섬유와 합성 섬유의 중량비를 설정하여 제2 설정값을 도출하는 제2 설정 단계(S200); 물성보강층의 조직을 설정하여 제3 설정값을 도출하는 제3 설정 단계(S300); 상기 제1 설정값, 제2 설정값, 및 제3 설정값으로부터 자동차용 내장 부품의 인장강도를 연산하는 연산 단계(S400); 및 연산 후, 두께, 중량비, 조직 등을 보정하는 보정 단계(S500);를 포함한다.
일 측면에 따른 자동차용 내장부품은 재생층과 상기 재생층 상에 위치한 물성보강층을 포함하는 재생복합층; 상기 재생복합층의 물성보강층 상에 위치한 표피층; 및 상기 표피층 상에 위치한 표면처리층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 재생층은 천연가죽 단섬유와 합성 섬유가 교락된 것일 수 있다.
상기 천연가죽 단섬유와 합성 섬유의 중량비는 60~99 : 1~40일 수 있다.
상기 물성보강층은 나일론, PET, PTT, PP, TC, 리놀사, 및 면으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 섬유를 포함할 수 있다.
상기 물성보강층은 직물류, 부직포류, 경편물류, 환편물류 로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 조직으로 이루어진 것일 수 있다.
상기 재생층의 두께는 0.5mm 내지 2.0mm 이고, 물성보강층이 0.1mm 내지 3.0mm일 수 있다.
상기 재생복합층의 두께는 0.6mm 내지 5.0mm일 수 있다.
상기 표피층은 수분산 폴리우레탄(PU), 무용제 하이솔리드(High-solid), 무용제 폴리우레탄(PU), 용제형 폴리우레탄(PU) 아크릴계 폴리우레탄수지, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 및 실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 표피층의 두께는 0.01mm 내지 0.5mm일 수 있다.
상기 표면처리층은 폴리우레탄 수지, 및 광택조절제를 포함할 수 있다.
상기 표면처리층의 Wet 도포량은 3.0g/ft²이하로 도포될 수 있다.
상기 자동차용 내장부품은 자동차용 시트, 도어트림, 콘솔, 크러쉬 패드, 및 스티어링 휠로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 용도로 사용될 수 있다.
다른 일 측면에 따른 자동차용 내장부품 제조방법은 재생층을 준비하는 단계; 재생층 상에 물성보강층을 적층시켜 재생복합층을 준비하는 단계; 이형지 상에 초기 표피층을 준비하는 단계; 상기 재생복합층의 물성보강층 상에, 상기 이형지 상에 있는 초기 표피층을 적층시킨 뒤 경화시켜 표피층을 포함하는 적층체를 준비하는 단계; 상기 이형지를 제거하는 단계; 및 상기 적층체의 표피층 상에 표면처리층을 코팅시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 재생층을 준비하는 단계는 천연가죽 단섬유와 폴리에스터 섬유를 교락시켜 초기 재생층을 준비하는 단계; 상기 초기 재생층에 수분을 1차로 제거하는 제1 건조시키는 단계; 상기 제1 건조된 초기 재생층의 6가 크롬을 제거하는 크롬 제거 단계; 및 상기 6가 크롬이 제거된 초기 재생층의 수분을 2차로 제거하는 제2 건조시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 초기 표피층의 두께는 0.01mm 내지 0.5mm일 수 있다.
일 구현예에 따른 자동차용 내장부품은 화학물질의 사용을 최소화함으로써 인체 유해성을 크게 낮춰 친환경성을 갖출 뿐만 아니라, 천연가죽의 자연스러운 주름 패턴을 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 자동차용 내장부품(1)의 단면도이다.
도 2는 다른 일 구현예에 따른 자동차용 내장부품 제조방법의 재생층 준비 단계 중 초기 재생층을 준비하는 과정을 도시한 개념도이다.
이상의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.
종래 자동차용 내장재로 사용되는 인조피혁 등은 휘발성유해물질(VOC)이 검출되는 문제가 발생하거나 가소제 첨가로 인한 인체에 해로운 문제와 표면 이행에 의한 피막 깨짐의 문제가 존재하고 있는 실정이었다.
이에, 본 발명자들은 상기 문제를 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 친환경적인 재생층과 상기 재생층 상에 위치한 물성보강층을 포함하는 재생복합층; 상기 재생복합층의 물성보강층 상에 위치한 표피층; 및 상기 표피층 상에 위치한 표면처리층;을 포함시켜 자동차용 내장재를 제조하는 경우, 화학물질의 사용을 최소화함으로써 친환경성을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 천연가죽의 자연스러운 주름 패턴을 구현할 수 있는 장점을 발견하고 일 구현예에 따른 자동차용 내장재를 제조하였다.
도 1은 일 구현예에 따른 자동차용 내장부품(1)의 단면도이다. 이를 참고하면, 재생층(130)과 상기 재생층 상에 위치한 물성보강층(150)을 포함하는 재생복합층(10); 상기 재생복합층의 물성보강층 상에 위치한 표피층(20); 및 상기 표피층 상에 위치한 표면처리층(30);을 포함한다.
상기 재생복합층(10)은 재생층(130)과 상기 재생층 상에 위치한 물성보강층(150)을 포함할 수 있다.
먼저, 재생층(130)은 친환경적이면서도 난연성을 갖는 층으로써 천연가죽 단섬유와 합성 섬유(단섬유) 교락된 것일 수 있다.
재생층을 제조하기 위해서는 먼저 천연가죽 가루, 조각, 부산물 또는 폐기물을 분쇄하여 천연가죽 단섬유를 제조한다. 예를 들면, 천연가죽 가루 등을 60분 내지 120분 정도 비팅(beating) 처리하면 미세섬유가 노출되어 천연가죽 단섬유를 얻을 수 있다. 이렇게 제조된 천연가죽 단섬유에 합성 섬유를 넣어 혼합을 한다. 상기 천연가죽 단섬유는 동물가죽의 단섬유를 포함할 수 있고, 예를 들어, 소가죽, 양가죽, 및 돈피로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상 가죽의 단섬유를 포함할 수 있고, 바람직하게는 사용량이 많고, 내구성과 탄성이 우수하여 손상이 적으며, 회수율이 높은 소가죽의 단섬유를 포함할 수 있다. 또한, 상기 합성 섬유(단섬유)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유, 재생 PET, 나일론, 재생 나일론, PTT, PLA, PP, TC, 리놀사, 및 기타 식물성 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 섬유를 포함할 수 있고, 바람직하게는 탄성, 강도, 형태안정성이 우수하고 흡습이 적어, 천연섬유와 가장 많이 혼방하여 사용하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유를 포함할 수 있다.
상기 천연가죽 단섬유와 합성 섬유는, 중량비로 60~99 : 1~40, 바람직하게는 70~95 : 5~30 일 수 있다. 단, 물성 등 제품특성을 위해서 섬유의 중량비는 조정이 가능하다. 상기 범위를 벗어나, 천연가죽 단섬유의 중량비가 너무 낮으면 친환경적 요소와 특히 난연성 성능이 약해짐으로 인해 자동차 내장재 사용을 위한 연소성 법규인 102mm/min 이하의 연소속도를 초과하는 문제점을 야기할 수 있다. 또한, 천연가죽 단섬유의 중량비가 너무 높으면 섬유 간의 결합력이나 강도가 자동차 내장부품 용도로 사용하기엔 부족한 단점이 있다.
혼합된 단섬유는 일정두께로 웹을 형성하고 여기에 수압으로 섬유를 교락(entangling)시키는 워터젯 공정을 사용할 수 있다. 즉, 고압의 물을 분사하여 단섬유들이 서로 얽히도록 하여 일정한 강도와 신율을 제공할 수 있다. 수압을 이용한 워터젯 섬유 교락방법은 50kg/cm²G이상의 고압수류를 사용하므로 섬유의 손상을 매우 효과적으로 회피 할 수 있고, 따라서 천연가죽과 같은 고가의 원단을 제조하는데 유리하다.
상기 특징을 만족하는 재생층의 두께는 0.5mm 내지 2.0mm 이다.
통상적으로 자동차 내장부품의 커버링에 사용되는 가죽원단은 0.5mm 이상의 원단이 사용되며, 상기 범위를 벗어나, 0.5mm미만일 경우는 커버링 시에 요철 문제 등이 발생된다. 또한 0.5mm미만의 재생층은 인장강도, 인열강도 등의 기계적 물성이 약하여 제조 시, 장력 등에 의한 손상이 발생하여 가죽자체로 제작이 되지 않는다. 재생층의 두께가 2.0mm를 초과하는 경우는 워터젯 공정의 수압으로 섬유 간의 결합력이 충분하지 않아 재생층 내에서 층간 분리가 발생 될 수 있어, 통상적으로 재생층의 제조가 어려운 문제점이 있다.
상기 물성보강층(150)은 상기 재생층 상에 위치하여 이를 포함하는 자동차용 내장부품의 인장강도와 인열강도와 신축성을 복원력을 향상시키고, 응력을 효율적으로 분산시킬 수 있는 층일 수 있다. 이에, 상기 물성보강층은 재생층과의 접합성이 좋고, 유연한 변형성을 갖는 소재, 예를 들어, 나일론, PET, PTT, PP, TC, 리놀사, 및 면으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 섬유를 포함할 수 있고, 상기 섬유 종류 각각은 1종 이상의 조직으로 이뤄질 수 있고, 바람직하게는, 직물류, 부직포류, 경편물류, 환편물류로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 조직으로 이뤄 질 수 있다. 상기 물성보강층의 두께는 0.1mm 내지 3.0mm 이다. 0.1mm 미만은 얇고 강도나 낮아 기계적 강도의 향상수준이 미약하고, 3.0mm 두께의 물성보강층은 기계적 강도는 크게 향상되나, 두께가 두껍고 유연성이 없어 주름이 많아질 수 있다.
이때, 섬유 종류의 조직에 따른 중량비에 따라 자동차용 내장부품의 중량 및 강성이 변경될 수 있고, 예를 들어, 나일론 100%의 직물류, PET 100%의 편물류, PET 70%와 TC 30%의 편물류, 나일론 40%, PET 30%, PP 30%의 부직포 등과 같이 요구 물성과 품질에 준하는 중량비를 조합할 수 있다.
상기 특징들을 만족하는 재생층과 물성보강층을 포함한 재생복합층의 두께는 0.6mm 내지 5.0mm를 기본으로 하고 기타 요구 물성과 품질에 따라 그 이상과 이하로 조정 할 수 있다. 상기 범위를 벗어나, 재생복합층의 두께가 너무 얇으면 부품 커버링 시에 요철불량 등이 발생될 수 있고, 재생복합층의 두께가 너무 두꺼우면 상기 물성보강층과 마찬가지로 유연성이 낮아 부품 커버링이 어렵고, 주름이 많아지는 단점이 있다.
즉, 일 구현예에 따른 자동차용 내장부품은 친환경적이면서도 인체에 유해성이 없는 재생층을 구비하면서도, 각 섬유 종류에 따른 조직을 적절히 포함하는 물성보강층을 구비하는 재생복합층을 포함시킴으로써 화학물질의 사용을 최소화함으로써 인체 유해성을 크게 낮춰 친환경성을 갖출 뿐만 아니라, 천연가죽의 자연스러운 주름 패턴을 구현하고, 기계적 물성도 적절히 확보할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 표피층(20)은 상기 재생층 상에 위치한 층으로써 컬러감 등의 심미감을 유려하게 유지하면서도 변색이 없어야 하므로, 내열성, 및 내광성 뿐만 아니라 성형성이 우수해야할 뿐만 아니라 친환경적인 소재를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 수분산 폴리우레탄(PU), 무용제 하이솔리드(High-solid), 무용제 폴리우레탄(PU), 용제형 폴리우레탄(PU) 아크릴계 폴리우레탄수지, 열가소성 폴리우레탄(TPU), TPO, PVC 및 실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 더 바람직하게는, VOC 저감이 매우 우수한 수분산 폴리우레탄(PU)과 무용제 폴리우레탄(PU)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 폴리우레탄, 즉 폴리우레탄 수지를 구성하는 폴리올 성분은 폴리우레탄 반응의 고분자 우레탄의 내구성을 조절하는 폴리올로서 첨가량에 따라 탄성과 유연성을 결정하면서 내열성, 내가수분해성, 내광성 물성에 작용할 수 있는 것으로써, 예를 들어, 폴리에테르폴리올, 폴리에스테르폴리올, 글리콜, 폴리카보네이트디올, 사탕수수, 식물 등에서 추출한 바이오폴리올 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있고, 바람직하게는 강도와 물성이 뛰어난 폴리카보네이트디올(PCD)을 사용할 수 있다.
한편, 상기 표피층은 단일층 또는 다층으로 포함할 수 있고, 다층일 경우, 표면 내구성과 주름방지에 도움을 줄 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 표피층은 하부에 발포를 시켜 다공셀을 포함하는 발포층을 추가적으로 포함하여 볼륨감과 쿠션감을 향상시킬 뿐만 아니라 성형성을 향상시키고 표면 손상을 방지하고 내구성을 향상시킬 수 있다. 상기 발포 형태는 공기형 발포, 비드형 발포, 화학형 발포, 가스형 발포가 있을 수 있다. 바람직하게는, 안정적인 셀구조를 위해 비드형 발포를 적용할 수 있으며, 상기 비드형 발포 시 사용되는 캡슐형 중공미소구로는 직경이 10 내지 200μm인 것으로 높은 연화점(170~220도)을 가져 열에 의한 변형이 없는 것이 사용할 수 있다.
또한, 상기 표피층은 상면에는 복수 개의 돌출부가 형성될 수 있다. 예를 들어, 표피층의 상면에 마찰을 발생시켜 기모가 생기도록 하는 버핑 공정을 거칠 수 있다. 구체적으로, 폴리우레탄 표피층을 사포가 감겨진 롤러에 통과시키면서 폴리우레탄 표피층(300)의 표면에 기모가 생기도록 하는 누벅(Nubuck)과정을 거칠 수 있다.
이에 따른 상기 표피층의 두께는 0.01mm 내지 5.0mm일 수 있다. 단 물리적 특성 및 적용 용도에 따라서 표피층의 두께는 조정이 가능하다. 상기 범위를 벗어나, 표피층의 두께가 너무 얇으면 긁힘, 마모 등에 의한 표피박리가 발생 될 수 있고, 너무 두꺼우면 유연성이 떨어지고, 둔탁해질 수 있다.
상기 표면처리층(30)은 표면층 상에 위치하여 광택과 감촉 등을 조절하거나 패턴 형상을 유지시킬 수 있는 층일 수 있고, 폴리우레탄 수지, 및 광택조절제를 포함할 수 있으며, 바람직하게는, 친환경성을 유지시키기 위해 수분산 폴리우레탄(PU)과 무광, 유광 타입의 고분자 또는 실리카성분을 포함하는 광택조절제를 포함할 수 있다. 그 밖에도, 실리콘 첨가제, Protein 등을 추가적으로 더 첨가하여 표면의 감촉과 스퀵지수, 표면마찰계수, 방오성을 조절할 수 있다.
상기 표면처리층의 Wet 도포량은 3.0g/ft²이하로 도포되며, 바람직하게는, 0.4g/ft² 내지 0.8g/ft²일 수 있다. 또한 두께는 0.02mm 이하로 형성 될 수 있다. 단 제품의 물리적 특성에 따라서 도포량은 조정될 수 있다. 상기 범위를 벗어나, 표면처리층의 도포량이 너무 낮으면 광택, 감촉, 마모, 방오성이 저하되는 단점이 있고, 표면처리층의 도포량이 너무 높으면 천연가죽 고유의 패턴이 흐려져 심미성과 사인성이 저하되는 단점이 있다.
즉, 일 구현예에 따른 자동차용 내장부품은 전반적인 층의 재료가 화학물질의 사용을 최소화함으로써 친환경적인 소재를 사용하므로 인체 유해성을 낮출뿐만 아니라 천연가죽의 자연스러운 주름 패턴을 구현할 수 있는 장점이 있다.
또한, 다른 일 구현예에 따른 자동차용 내장부품 제조방법은 재생층을 준비하는 단계(S10); 재생층 상에 물성보강층을 적층시켜 재생복합층을 준비하는 단계(S20); 이형지 상에 초기 표피층을 준비하는 단계(S30); 상기 재생복합층의 물성보강층 상에, 상기 이형지 상에 있는 초기 표피층을 적층시킨 뒤 경화시켜 표피층을 포함하는 적층체를 준비하는 단계(S40); 상기 이형지를 제거하는 단계(S50); 및 상기 적층체의 표피층 상에 표면처리층을 코팅시키는 단계(S60);를 포함한다.
상기 자동차용 내장부품 제조방법은 전술한 자동차용 내장부품에 관한 내용과 실질적으로 중복되는 내용을 포함할 수 있고, 중복된 부분에 대한 설명은 생략할 수 있다.
상기 재생층을 준비하는 단계(S10)는 구체적으로 천연가죽 단섬유와 폴리에스터 섬유를 교락시켜 초기 재생층을 준비하는 단계(S11); 상기 초기 재생층에 수분을 1차로 제거하는 제1 건조시키는 단계(S13); 상기 제1 건조된 초기 재생층의 6가 크롬을 제거하는 크롬 제거 단계(S15); 및 상기 크롬제거된 초기 재생층의 수분을 2차로 제거하는 제2 건조시키는 단계(S17)를 포함할 수 있다.
도 2는 다른 일 구현예에 따른 자동차용 내장부품 제조방법의 재생층 준비 단계 중 초기 재생층을 준비하는 과정을 도시한 개념도이다. 이를 참고하면, 초기 재생층을 준비하는 단계(S11)는 소가죽 단섬유 및 폴리에스터 단섬유를 혼합한 웹(111)을 준비하여, 이러한 웹(111)을 워터젯분사부(500) 사이에 통과시켜 제조할 수 있다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 웹(131)을 컨베이어벨트(400)를 통해 이동시켜, 워터젯분사부(500)의 미세한 다수의 노즐을 통해 고압의 워터젯을 분사하여 섬유상호간 물리적인 교락을 실시할 수 있다. 예를 들어, 워터젯분사부(500)은 복수개가 웹(131)의 상부 및 하부에 각각 배치되며, 상부 및 하부에 배치된 워터젯분사부(500)은 서로 어긋나도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 이러한 워터젯분사부(500)에 의해 웹(111)의 상면 및 하면에 워터젯을 가하므로 섬유간 균일한 결합이 이루어질 수 있는 장점 있다. 또한 다른 예로, 초기 재생층은 복수개의 단위 웹(131)을 적층한 후 고압 워터젯을 분사하여 압착시킬 수 있다. 또 다른 예로, 복수 개의 단위 웹(111)을 적층하여, 워터젯분사부(500)에 재통과시켜 압착시킴으로써 복 수개의 웹이 적층 압착된 초기 재생층(135)을 얻을 수도 있다.
상기 제1 건조시키는 단계(S13)는 상기 초기 재생층에 수분을 1차로 제거하는 제1 건조시키는 단계이다. 상기 제1 건조방법은 자연건조시키거나 진공펌프를 사용하여 탈수하거나, 프레스로 압착하거나 히터 등으로 가열하여 건조시킬 수 있다. 이때, 건조온도는 5~ 50°C 이고, 건조시간은 120시간 이내다. 바람직한 건조 조건은 20~25°C, 24~36시간 이다. 또한 직사광선이 없는 그늘에서 건조하는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나면 가죽이 뻣뻣해지는 등의 변형이 발생되고 내구성이 저하가 발생할 수 있다.
상기 크롬 제거 단계(S15)는 상기 제1 건조된 초기 재생층의 6가 크롬을 제거하는 단계이다. 구체적으로, 초기 재생층을 환원제 수용액에 침지시켜 환원제가 6가 크롬과 보다 빠르게 반응하여 3가 크롬으로 변환시키는 단계이다. 그 다음, 환원제로 침지시킨 초기 재생층을 증류수로 세척한 다음, 증류수와 3가 크롬으로 변환시킨 환원제 등을 혼합하여 제거시킬 수 있다. 따라서, 잔존하는 3가 크롬 이온을 6가 크롬 이온으로 전환되는 것을 억제 및 제거할 수 있다.
상기 제2 건조 단계(S17)는 상기 6가 크롬이 제거된 초기 재생층의 수분을 2차로 제거하는 단계이다. 구체적으로, 미리 초기 재생층의 수분을 물리적으로 일부 제거한 다음 히터 등을 사용하여 열을 가해 수분을 최종적으로 제거할 수 있다.
즉, 다른 일 구현예에 따른 자동차용 내장부품 제조방법의 재생층 준비 단계는 인체에 해로운 화학용품 사용없이도 6가 크롬을 제거할 뿐만 아니라 건식 공정을 이용하므로 친환경적으로 재생층을 준비할 수 있는 장점이 있다.
상기 재생복합층을 준비하는 단계(S20)는 재생층 상에 물성보강층을 적층시켜 재생복합층을 준비하는 단계이다. 적층하는 방법은 관련 기술분야에서 사용할 수 있는 통상의 방법, 예를 들어, 화학적 라미네이션, 니들펀칭, 워터젯, 핫멜트, 접착제 등의 방법으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 방법으로 적층시킬 수 있고, 특정 방법으로 제한되지 아니한다.
이형지 상에 초기 표피층을 준비하는 단계(S30)는 미리 준비한 이형지에 표피층으로 제조하기 위한 컴파운드를 이형지에 도포시켜 초기 표피층을 준비하는 단계이다. 상기 컴파운드는 폴리우레탄을 제조하기 위한 조성물일 수 있고, 구체적으로, 폴리올 성분과 이소시아네이트 성분을 포함할 수 있고, 이에 따라 바람직하게는, 수분산 폴리우레탄(PU) 컴파운드 및/또는 무용제 폴리우레탄(PU) 컴파운드 일 수 있다.
이때, 컴파운드가 도포되고 건조과정을 거쳐 생성되는 초기 표피층의 두께는 0.01mm 내지 0.5mm 이다. 상기 범위를 벗어나, 초기 표피층의 두께가 너무 얇으면 표면내구성이 저하될 수 있고, 초기 표피층의 두께가 너무 두꺼우면 건조시간 및 경화시간을 지연시켜 생산효율이 저하될 뿐만 아니라 이형지에서 제조 도중에 선 박리가 되어 들뜨는 문제가 발생 될 수도 있다.
상기 표피층을 포함하는 적층체를 준비하는 단계(S40)는 상기 재생복합층을, 상기 이형지 상에 있는 초기 표피층에 적층시킨 뒤 경화시켜 표피층을 포함하는 적층체를 준비하는 단계이다. 이때, 경화 온도는 170°C 이하에서 가능하며, 경화시간은 반응촉진제에 따라 조절될 수 있으나 바람직하게는 최소 12시간 이상일 수 있다. 상기 범위를 벗어나면, 표피층과 재생복합층 사이의 접합불량이 발생하거나 가죽전체가 열변형되거나 내구성이 저하되는 단점이 있다.
그 다음, 상기 이형지를 제거하는 단계(S50) 및 상기 적층체의 표피층 상에 표면처리층을 코팅시키는 단계(S60)를 거쳐 최종적으로 자동차용 내장부품을 제조할 수 있다. 구체적으로, 경화시켜 최종적으로 표피층을 포함하는 적층체의 최 상면에 위치하고 있는 이형지를 제거시킨 후, 이형지가 제거된 상면에 표면처리층을 코팅시킬 수 있다. 상기 표면처리층은 그라비어 또는 스프레이 방식으로 코팅처리하여 최종적으로 자동차용 내장부품을 제조할 수 있다.
또한, 또 다른 일 구현예에 따른 자동차용 내장부품의 설계방법은 재생층과 물성보강층의 두께를 설정하여 제1 설정값을 도출하는 제1 설정 단계(S100); 재생층 내 천연가죽 단섬유와 합성 섬유의 중량비를 설정하여 제2 설정값을 도출하는 제2 설정 단계(S200); 물성보강층의 조직을 설정하여 제3 설정값을 도출하는 제3 설정 단계(S300); 상기 제1 설정값, 제2 설정값, 및 제3 설정값으로부터 자동차용 내장 부품의 인장강도를 연산하는 연산 단계(S400); 및 연산 후, 두께, 중량비, 조직 등을 보정하는 보정 단계(S500);를 포함한다.
일 구현예로, 자동차용 내장부품은 내구성을 고려하여 인장강도는 20kgf이상(폭 3cm기준)의 값을 갖도록 할 수 있으며(KS, ISO, ASTM 등의 일반적인 측정방법을 따름) 인조가죽의 인장강도는 표피층 아래의 섬유층에 의해 크게 좌우된다. 본 발명에서 섬유층은 상기 재생층과 상기 물성보강층이 합쳐진 상기 재생복합층이다. 20kgf 이상(폭 3cm기준)의 인장강도를 갖기 위해서는 물성보강층의 두께와 조직, 재생층 내 천연가죽과 합성섬유의 중량비를 달리하여 인장강도를 보완할 수 있다.
구체적으로, 일 구현예에 따른 연산방법은 하기와 같다.
상기 제 1 설정값 공식은 두께 산출공식으로써, 하기 수학식 1 및 수학식 2를 통해 각 두께를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
0.5 ≤ A ≤ 2.0, 0.1 ≤ B ≤ 3.0
[수학식 2]
0.6 ≤ A + B ≤ 5.0
A : 재생층 두께(mm), B : 물성보강층 두께(mm),
상기 제2 설정값 공식은 재생층 내 중량비 공식으로써, 하기 수학식 3으로 계산할 수 있다.
[수학식 3]
재생층 내 중량비=(2.5C + 15D)/(C+D)
C: 천연가죽 단섬유 중량(g), D: PET 섬유 중량(g)
천연가죽 단섬유와 합성 섬유는, 중량비로 60~99 : 1~40, 바람직하게는 70~95 : 5~30 일 수 있다.
상기 제3 설정값 공식은 물성보강층 조직에 따른 설정 공식으로써, 하기 수학식 4로 결정할 수 있다.
[수학식 4]
Select ( α , β, γ , δ )
α = 10 (직물류 계수) , β = 8 (부직포 계수), γ = 12 (경편물류 계수), δ = 7 (환편물류 계수), 상기 계수는 동일한 섬유 구성과 동일한 중량에서의 조직에 따른 계수이다.
상기 연산값 중 인장강도 연산은 하기 수학식 5를 통해 계산할 수 있다.
[수학식 5]
인장강도(kgf/3cm) =A {(2.5C + 15D)/(C+D)} + 15B{Select (α , β, γ , δ )}
A : 재생층 두께(mm), B : 물성보강층 두께(mm), C: 천연가죽 단섬유 중량(g), D: 합성 섬유 중량(g), α = (직물류 계수) = 8, β = (부직포류 계수) = , γ = (경편물류 계수), δ = (환편물류 계수)
그 다음, 상기 연산을 통해 나온 연산 값이 인장강도 목표치를 달성하지 못하는 경우 보정단계(S500)를 통해 목표치를 달성할 수 있다.
구체적으로, 연소성은 FMVSS 302 법규 평가방법에 준하여 시편제작 후 평가를 실시하여 상호비교하였고, 부품작업성은 내장재 시트부품을 기준으로 부품제작 후 표면 외관주름 및 부품제작 시 제작가능한 작업원활성능을 비교하여 판단하였다.
즉, 하기 표 1의 비교예와 같이 인장강도가 20kgf/3cm미만일 경우, 그리고 연소성 평가결과값이 102mm/min 를 초과할 경우, 제1 설정값, 제2 설정값, 제3 설정값 중 적어도 하나의 값 이상을 보정할 수 있다. 인장강도는 재생복합층 내 재생층과 물성보강층의 두께와 조직, 재생층의 천연가죽 단섬유과 합성 섬유의 중량비에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 연산 값으로부터 목표치 달성을 위해 하기 표 2의 실시예와 같이 한 개 이상의 설정값을 수정하게 되면, 인장강도 20kgf이상/3cm 이상 및 연소속도 102mm/min 이하의 목표치로 보완 할 수 있다.
비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6 비교예7 비교예8
재생층두께(mm)
(제1설정값 A)		 0.7 0.7 0.7 1.2 0.7 3.0 2.0 0.7
물성보강층 두께(mm)
(제1설정값 B)		 0.09 0.11 0.14 0.10 0.08 1.0 4.0 0.15
천연가죽 단섬유(C):
합성 섬유(D) 중량비
(제2설정값)		 70 : 30 95 : 5 95 : 5 70 : 30 95 : 5 70:30 70:30 55:45
물성보강층 계수
(제3설정값)		 10
(직물류)		 10
(직물류)		 8
(부직포)		 8
(부직포)		 12
(경편물류)		 10
(직물류)		 10
(직물류)		 10
(직물류)
인장강도(kgf/3cm) 17.88 18.69 18.99 19.50 16.59 재생층 분리
(제작불가)		 612.5 28.20
연소성(mm/min) S.E. S.E. S.E. 10 S.E. - 35 150
부품작업성 작업양호 작업양호 작업양호 작업양호 작업양호 - 커버링 주름과다 작업양호
※ S.E. : 자기소화 (Self-Extinguishment)
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5
재생층두께(mm)(제1설정값 A) 0.7 0.7 0.7 1.2 0.7
물성보강층 두께(mm)(제1설정값 B) 0.15 0.11 0.14 0.10 0.10
천연가죽 단섬유(C):합성 섬유(D) 중량비
(제2설정값)		 70 : 30 95 : 5 70 : 30 70 : 30 70 : 30
물성보강층 계수(제3설정값) 10
(직물류)		 12
(경편물류)		 8
(부직포)		 10
(직물류)		 12
(경편물류)
인장강도(kgf/3cm) 26.88 21.99 21.18 22.50 22.38
연소성(mm/min) 15 S.E. S.E. 12 35
부품작업성 작업양호 작업양호 작업양호 작업양호 작업양호
1 : 자동차용 내장부품
10 : 재생복합층, 130 : 재생층, 150 : 물성보강층
20 : 표피층
30 : 표면처리층

Claims (15)

  1. 재생층과 상기 재생층 상에 위치한 물성보강층을 포함하는 재생복합층;
    상기 재생복합층의 물성보강층 상에 위치한 표피층; 및
    상기 표피층 상에 위치한 표면처리층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 내장부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 재생층은 천연가죽 단섬유와 합성 섬유가 교락된 것인 자동차용 내장부품.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 천연가죽 단섬유와 합성 섬유의 중량비는 60~99 : 1~40 인 것인 자동차용 내장부품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 물성보강층은 나일론, PET, PTT, PP, TC, 리놀사, 및 면으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 섬유를 포함하는 것인 자동차용 내장부품.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 물성보강층은 직물류, 부직포류, 경편물류, 환편물류 로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 조직으로 이루어진 것인 자동차용 내장부품.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 재생층의 두께는 0.5mm 내지 2.0mm 이고, 물성보강층이 0.1mm 내지 3.0mm 인 것인 자동차용 내장부품.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 재생복합층의 두께는 0.6mm 내지 5.0mm인 것인 자동차용 내장부품.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 표피층은 수분산 폴리우레탄(PU), 무용제 하이솔리드(High-solid), 무용제 폴리우레탄(PU), 용제형 폴리우레탄(PU) 아크릴계 폴리우레탄수지, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 및 실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 자동차용 내장부품.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 표피층의 두께는 0.01mm 내지 0.5mm인 것인 자동차용 내장부품.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 표면처리층은 폴리우레탄 수지, 및 광택조절제를 포함하는 것인 자동차용 내장부품.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 표면처리층의 Wet 도포량은 3.0g/ft²이하로 도포인 것인 자동차용 내장부품.
  12. 제1항에 있어서,
    자동차용 시트, 도어트림, 콘솔, 크러쉬 패드, 및 스티어링 휠로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 용도로 사용되는 자동차용 내장부품.
  13. 재생층을 준비하는 단계;
    재생층 상에 물성보강층을 적층시켜 재생복합층을 준비하는 단계;
    이형지 상에 초기 표피층을 준비하는 단계;
    상기 재생복합층의 물성보강층 상에, 상기 이형지 상에 있는 초기 표피층을 적층시킨 뒤 경화시켜 표피층을 포함하는 적층체를 준비하는 단계;
    상기 이형지를 제거하는 단계; 및
    상기 적층체의 표피층 상에 표면처리층을 코팅시키는 단계;를 포함하는 자동차용 내장부품 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 재생층을 준비하는 단계는
    천연가죽 단섬유와 폴리에스터 섬유를 교락시켜 초기 재생층을 준비하는 단계;
    상기 초기 재생층에 수분을 1차로 제거하는 제1 건조시키는 단계;
    상기 제1 건조된 초기 재생층의 6가 크롬을 제거하는 크롬 제거 단계; 및
    상기 6가 크롬이 제거된 초기 재생층의 수분을 2차로 제거하는 제2 건조시키는 단계를 포함하는 것인 자동차용 내장부품 제조방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 초기 표피층의 두께는 0.01mm 내지 0.5mm인 것인 자동차용 내장부품 제조방법.
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