KR20230081032A - 다층 적층물 및 이를 포함하는 차량용 내장재 - Google Patents

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이인성
조성진
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Abstract

본 발명은 폐쇄 셀을 가지는 발포층(12); 상기 발포층의 일면에 적층되는 표면층(14); 및 상기 발포층의 타면에 적층되는 이면층(11)을 포함하되, 상기 발포층(12)과 표면층(14)은 압출 코팅층(13)에 의하여 접착되고, 상기 발포층(12)과 이면층(11)은 직접 용융 접착되는 적층물(10)에 관한 것으로서, 모든 층이 동일한 소재로 구성되어 재활용이 가능한 친환경 소재이고, 경량이면서도 요구되는 강성과 흠음 및 차음 성능을 모두 만족시키며, 냉간 성형 공정에서도 충분한 깊이를 가지는 성형품을 제공할 수 있다.

Description

다층 적층물 및 이를 포함하는 차량용 내장재 {MULTILAYER LAMINASTE AND AUTOMOBILE INTERIAL MATERIAL COMPRISING THE SAME}
본 발명은 다층 적층물, 이를 포함하는 차량용 내장재 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다.
자동차 내장재부품용 소재는, 요구 특성에 따라 열가소성 또는 열경화성 수지에 유/무기 필러가 첨가되는 복합수지; 화학섬유, 천연섬유 또는 무기섬유 등을 펠트 및 보드화한 섬유보강 복합소재; 또는 폼 및 구조재 코어층에 상/하 보강층을 적층한 샌드위치 타입의 구조형 복합소재 등이 적용되고 있다.
구체적으로, 러기지 트림(Luggage Trim), 또는 헤드라이너(Headliner) 등의 소프트 트림류(Soft trim)에는 고강성 및 친환경 성능을 가지고 있는 천연소재(Kenaf, Wood, Bamboo 등) 적용 복합소재; 또는 PP 및 PU 폼을 활용한 구조형 복합소재 등이 주로 적용되고 있다.
최근에는 내장부품 소재에 대해서도 경량화가 강력하게 요구되고 있고, NVH(Noise, Vibration, & Harshness) 성능과 함께 친환경 소재가 일체화된 복합소재가 요구되고 있다.
특히, 차량의 고출력화로 인한 타이어 소음, 배기소음과 바람, 또는 빗소리 등의 외부 소음으로 인해 내장재 중 대면적 부위를 차지하는 러기지 사이드 트림 또는 헤드라이너와 같은 내장재품의 흡·차음 성능의 중요성은 갈수록 증가하고 있다. 하지만 흡·차음 성능을 증가시키기 위해 흡차음재를 많이 사용하면 내장재의 중량이 증가하는 단점이 있다.
한편, 친환경 소재로서 폴리에스테르, 특히 폴리에틸렌테레트탈레이트(PET)가 주목받고 있다. 그러나, 폴리에스테르는 독특한 용융 특성 때문에 발포가 용이하지 않다. 또한 개방셀(open cell)을 형성하는 PP나 PU 발포시트와 달리 PET 발포시트의 셀은 대부분이 폐쇄셀(closed cell)이다.
또한 PET는 비결정과 결정영역이 혼재되어 있는 소재로 Tg(유리전이온도), Tc (결정화 온도), 및 Tm (용융 온도)의 3가지 상변화가 일어나는 열적 특징이 있다. 상기 열적 특징으로 인하여 결정화도가 낮은 PET는 Tg 온도인 80℃에도 변형이 생기고, 결정화도를 높인 PET는 220℃까지도 변형이 생기지 않는 특징이 있다.
이와 같은 셀 형성 및 열적 특성으로 인해서 폐쇄셀을 가지는 폴리에스테르 소재를 이용하여 깊이가 깊은 성형품을 냉간 성형할 경우, 각 층이 박리되거나, 충분히 연신되지 않아서 파단이 일어나는 등의 문제점이 있었다.
한국공개특허 제2018-0047882호, 한국공개특허 제2012-0009578호
본 발명은 재생가능한 친환경 소재를 사용하여도, 내열성, 강성, 흡음 및 차음 성능이 우수할 뿐만 아니라, 냉간 성형 공정을 이용하더라도 딥드로잉이 가능하고 경량인 적층물, 이를 포함하는 자동차 내장재 및 이들의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 폐쇄 셀을 가지는 발포층; 상기 발포층의 일면에 적층되는 표면층; 및 상기 발포층의 타면에 적층되는 이면층을 포함하되, 상기 발포층과 표면층은 압출 코팅층에 의하여 접착되고, 상기 발포층과 이면층은 직접 용융 접착되는 적층물에 관한 것이다.
일 실시예에 따르면, 상기 발포층, 표면층, 이면층 및 압출 코팅층은 각각 폴리에스테르로부터 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 폴리에스테르는 PET이다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 발포층의 밀도는 100 내지 400 kg/㎥이고, 두께는 1 내지 4㎜일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 표면층 및 이면층은 각각 부직포일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 표면층 및 이면층의 단위면적당 무게는 200 내지 1000 g/㎡일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 표면층 및 이면층은 용융온도가 200℃ 이상인 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 용융온도가 200℃ 미만인 저융점 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 압출 코팅층의 단위 면적당 무게는 100 내지 1000 g/㎡일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 압출 코팅층은 결정화도가 5 내지 10%일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 표면층과 압출 코팅층 사이에 보강층을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 이면층, 발포층 및 표면층을 포함하는 적층물의 제조방법으로, 상기 방법은 폐쇄 셀을 가지는 발포층을 형성하는 단계; 상기 발포층 또는 표면층의 일면에 압출 코팅층을 형성하여 발포층과 표면층을 접합시키는 단계; 및 불꽃 라미네이션을 이용하여 상기 발포층의 타면과 이면층을 결합시키는 단계를 포함하는 적층물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 측면에서 본 발명은 상술한 적층물을 포함하는 자동차 내장재에 관한 것이다.
일 실시예에서, 상기 자동차 내장재는 러기지 파티션, 러기지 사이드, 러기지 보드, 페키지 트레이 또는 헤드라이너를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 자동차 내장재는 하기 일반식 1을 만족시킨다.
[일반식 1]
D/T > 3
상기 식에서 D는 자동차 내장재에 형성된 오목부의 최대 깊이를 나타내고, T는 자동차 내장재의 두께를 나타낸다.
또 다른 실시예에서, 상기 자동차 내장재의 발포층의 결정화도는 11 내지 20%일 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 적층물을 예열하는 단계; 및 상기 예열된 적층물을 금형을 이용하여 냉간 성형하는 단계를 포함하는 자동차 내장재의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 적층물은 이를 구성하는 모든 층이 동일한 소재, 예를 들어 폴리에스테르, 특히 PET인 단일 소재로 구성되어 재활용이 가능한 친환경 소재이고, 경량이면서도 요구되는 강성과 흠음 및 차음 성능을 모두 만족시키고, 냉간 성형 공정에서도 충분한 깊이를 가지는 성형품을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 다층 적층물의 제1 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 다층 적층물의 제2 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예오 관련된 차량용 내장재의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 폐쇄 셀을 가지는 발포층(12); 상기 발포층의 일면에 적층되는 표면층(14); 및 상기 발포층의 타면에 적층되는 이면층(11)을 포함하되, 상기 발포층(12)과 표면층(14)은 압출 코팅층(13)에 의하여 접착되고, 상기 발포층(12)과 이면층(11)은 직접 용융 접착되는 적층물(10)에 관한 것이다.
상기 발포층(12), 표면층(14), 이면층(11) 및 압출 코팅층(13)은 모두 동일한 소재, 예를 들어 폴리에스테르로부터 형성될 수 있다.
상기 폴리에스테르는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate, PBT), 폴리락트산(Poly Lactic acid, PLA), 폴리글리콜 산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리에틸렌 아디페이트(Polyehtylene adipate, PEA), 폴리하이드로시알카노에이트(Polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate, PTT) 및 폴리에틸렌 나프탈렌(Polyethylene naphthalate, PEN)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
구체적으로, 본 발명에서 폴리에스테르는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 일 수 있다.
본 발명의 발포층(12), 표면층(14), 및/또는 이면층(11)의 원료는 순수한 PET(virgin PET) 칩 만을 포함할 수 있으나, 추가로 재생 PET 병 플래이크(bottle flake)를 포함할 수 있다.
하나의 실시예에서, 재생 PET를 혼합하여 사용할 경우 산 성분 100몰%에 대하여 이소프탈산(IPA)의 함량은 3 몰% 이하, 구체적으로 0,01 내지 3몰%, 또는 0.1 내지 2몰%일 수 있다. 이와 같이, 산 성분으로 이소프탈산을 포함함으로써, 재생 PET를 사용하여 환경에 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 폴리에스테르 수지에 비결정성을 부여하여, 접착강도를 일정 수준 향상시킬 수 있다.
상기 발포층(12)은 폐쇄 셀을 가진다. 본 명세서에서 사용된 용어, "폐쇄 셀을 가진다"는 것은 본 발포층(12)의 90% 이상의 셀이 폐쇄 셀(DIN ISO4590)이라는 것을 의미한다. 예를 들어, 상기 발포층(12) 중 폐쇄 셀의 비율은 90 내지 100%, 95 내지 100%, 97 내지 100%, 또는 99 내지 100%일 수 있다.
본 발명에 따른 발포층(12)은 상기 범위 내의 폐쇄 셀을 가짐으로써, 우수한 경량성, 내구성 및 강성을 만족하는 적층물을 제공할 수 있다.
발포층(12)의 셀 수는 1 ㎟ 당 1 내지 30 셀, 3 내지 25 셀, 또는 3 내지 20 셀을 포함할 수 있다. 또한, 상기 셀의 평균 크기는 100 내지 800 ㎛ 범위일 수 있다. 예를 들어, 상기 셀의 평균 크기는 100 내지 700 ㎛, 200 내지 600 ㎛, 또는 300 내지 600 ㎛ 범위일 수 있다. 이때, 셀 크기의 편차는 예를 들어, 5% 이하, 0.1 내지 5%, 0.1 내지 4%, 0.1 내지 3%, 또는 0.1 내지 1% 범위일 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 발포층(12)은 균일한 크기의 셀들이 균일하게 발포된 것을 알 수 있다.
상기 발포층(12)의 KS M ISO 845에 따른 밀도는 100 내지 400 kg/㎥ 일 수 있다. 예를 들어, 상기 발포층(12)의 밀도는 100 내지 350 kg/㎥, 110 내지 300 kg/㎥, 120 내지 250 kg/㎥, 130 내지 200 kg/㎥, 또는 130 내지 190 kg/㎥일 수 있다. 또한 상기 발포층(12)의 평균 두께는 1.0 내지 10 mm일 수 있다. 예를 들어, 상기 발포층(12)의 평균 두께는 1.0 내지 8 mm, 1.0 내지 7 mm, 1.0 내지 6 mm, 1.5 내지 5 mm, 또는 2 내지 4 mm일 수 있다. 상기 밀도 범위 및 두께 범위 내에서
요구되는 경량성과 강성을 모두 만족시킬 수 있다.
상기 다층 적층물에 포함되는 발포층(12)의 결정화도는 4 내지 10%일 수 있다. 상기 결정화도의 범위 내에 있는 경우 냉간 성형성이 우수하고, 냉간 성형 후 성형품에 우수한 강도를 제공할 수 있다.
상기 다층 적층물에 포함되는 발포층(12)의 최대점 하중은 기계방향(MD)이 600 내지 800 N, 또는 650 내지 750 N이고, 교차방향(CD)이 400 내지 600 N, 또는 450 내지 550 N이다. 최대점 응력은 기계방향(MD)이 4 내지 6 N/㎟, 또는 4.5 내지 5.5 N/㎟이고, 교차방향(CD)이 2.5 내지 4.5 N/㎟, 또는 3 내지 4 N/㎟이다. 신율은 기계방향(MD)이 3 내지 15 %, 또는 5 내지 10 %이고, 교차방향(CD)이 15 내지 45 %, 또는 20 내지 40 %이다.
본 발명에 따른 발포층(12)은, 친수화 기능, 방수 기능, 난연 기능 또는 자외선 차단 기능을 가질 수 있으며, 계면활성제, 친수화제, 난연제, 열안정제, 셀 크기 확대제, 적외선 감쇠제, 가소제, 방화 화학 약품, 안료, 탄성폴리머, 압출 보조제, 산화방지제, 기핵제, 공전 방지제 및 UV 흡수제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 기능성 첨가제를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 발포층(12)은 증점제, 기핵제, 열안정제 및/또는 발포제를 포함할 수 있다. 상기 증점제는 특별히 한정하지 않으나, 본 발명에서는 예를 들면 피로멜리트산 이무수물(PMDA)이 사용될 수 있다.
상기 기핵제의 예로는, 탈크, 마이카, 실리카, 규조토, 알루미나, 산화티탄, 산화 아연, 산화 마그네슘, 수산화 마그네슘, 수산화 알루미늄, 수산화 칼슘, 탄산칼륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 황산칼리움, 황산바륨, 탄산수소나트륨, 또는 그라스 비드 등의 무기 화합물을 들 수 있다. 이러한 기핵제는 발포층(12)의 기능성 부여, 또는 가격 절감 등을 역할을 할 수 있다. 구체적으로 본 발명에서는 탈크(Talc)가 사용될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 열안정제는, 유기 또는 무기 인계 화합물일 수 있다. 상기 유기 또는 무기 인 화합물은, 예를 들어, 인산 및 그 유기 에스테르, 아인산 및 그 유기 에스테르일 수 있다. 예를 들어, 상기 열안정제는 상업적으로 입수 가능한 물질로서, 인산, 알킬 포스페이트 또는 아릴 포스페이트일 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 열안정제는 트리페닐 포스페이트일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 폴리에스테르 발포시트의 열적 안정성을 향상시킬 수 있는 것이라면, 통상적인 범위 내에서 제한 없이 사용 가능하다.
상기 발포제의 예로는, N2, CO2, 프레온, 부탄, 펜탄, 네오펜탄, 헥산, 이소헥산, 헵탄, 이소헵탄, 메틸클로라이드 등의 물리적 발포제 또는 아조디카르본아마이드(azodicarbonamide)계 화합물, P,P'-옥시비스(벤젠술포닐하이드라지드)[P,P'-oxy bis (benzene sulfonyl hydrazide)]계 화합물, N,N'-디니트로소펜타메틸렌테트라아민(N,N'-dinitroso pentamethylene tetramine)계 화합물 등의 화학적 발포제가 있으며, 구체적으로 본 발명에서는 CO2가 사용될 수 있다.
상기 난연제는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 브롬 화합물, 인 또는 인 화합물, 또는 안티몬 화합물을 포함할 수 있다. 브롬 화합물은 예를 들어, 테트라브로모 비스페놀 A 또는 데카브로모디페닐에테르 등을 포함하고, 인 또는 인 화합물은 방향족 인산에스테르, 방향족 축합 인산에스테르, 할로겐화 인산에스테르 또는 적인 등을 포함하고, 안티몬 화합물은 삼산화안티몬 또는 오산화안티몬 등을 포함할 수 있다. 상기 난연제는 필요한 성능에 따라 2 종 이상의 난연제를 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 계면활성제는 특별히 한정되지 않으며, 음이온계　계면　활성제(예를 들어, 지방산염, 알킬황산에스테르염, 알킬벤젠술폰산염, 알킬나프탈렌술폰 산염, 알킬술포숙신산염, 폴리옥시에틸렌알킬황산에스테르염 등), 비이온계　계면　활성제(예를 들어, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 등의 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 유도체, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비톨 지방산 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬아민, 알킬알칸올아미드 등), 양이온계 및 양성 이온계　계면　활성제(예를 들어, 알킬아민염, 제 4 급 암모늄염, 알킬베타인, 아민옥사이드 등) 및 수용성 고분자 또는 보호 콜로이드(예를 들어, 젤라틴, 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜, 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌블록코폴리머, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염, 알긴산나트륨, 폴리비닐알코올 부분 비누화물 등) 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 표면층(14) 및 이면층(11)은 각각 부직포일 수 있다.
표면층(14) 및 이면층(11)의 부직포의 종류는 특별히 제한되지 않지만, 차음 및 흡음성능과 층간 박리 방지를 고려할 때 니들펀칭된 부직포를 사용할 수 있다. 구체 예에서 니들 펀칭 공정에서 니들의 투과깊이가 7 내지 13 mm이고, 인렛속도는 3.0 내지 5.0 m/min이며, 아웃렛속도는 3.5 내지 6.0 m/min인 것을 특징으로 하며, 상기 니들펀칭공정의 니들밀도는 5000 내지 8000본/㎡이 되는 조건에서 공정을 수행할 수 있다.
상기 투과 깊이 및 인렛과 아웃렛 속도 조건 범위 내에서 니들의 손상이 발생되지 않고, 차음성능과 흡음성능이 양호한 자동차 내장재를 제공할 수 있다.
또한 상기 니들밀도보다 촘촘한 경우에는, 다층을 투과하기 어려운 문제가 있고, 상기 니들밀도보다 낮은 경우에는, 공정효율성이 떨어지는 문제가 있다.
표면층(14) 및 이면층(11)의 부직포의 최대점 하중은 기계방향(MD)이 200 내지 1000 N, 350 내지 750 N, 550 내지 750 N 또는 300 내지 400 N이고, 교차방향(CD)이 200 내지 1200 N, 300 내지 1000 N, 800 내지 1100 N 또는 300 내지 400 N이다. 최대점 응력은 기계방향(MD)이 1 내지 8 N/㎟, 또는 2 내지 6 N/㎟이고, 교차방향(CD)이 1 내지 8 N/㎟, 또는 2 내지 7 N/㎟이다. 신율은 기계방향(MD)이 30 내지 100 %, 또는 40 내지 80 %이고, 교차방향(CD)이 30내지 200 %, 또는 40 내지 160 %이다.
표면층(14)은 내장재가 차량의 실내바닥 등에 장착되었을 때 눈에 보이는 내장재의 표면으로써, 운전자 또는 탑승자의 발바닥이나 손 등의 신체가 접촉시 촉감을 부드럽게 하기 위하여 표면에 기모가 형성될 수 있다.
또한 표면층(14)은 운전자 등에게 딱딱한 느낌을 주기보다는 쿠션감을 주어야 하므로, 실내바닥에 물품이 낙하되었을 때 충격을 감소시키기 위해서도 탄성을 갖는 것이 바람직하다. 탄성을 부여하기 위하여 표면층(14)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유 사이의 간격을 유지하고 치밀하게 밀착되지 않는 것을 사용할 수 있다.
상기 표면층(14)의 단위면적당 무게는 100 내지 1000g/㎡, 또는 350 내지 700g/㎡일 수 있다.
상기 표면층(10)을 이루는 상기 소재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유만으로 이루어진다.
본 발명의 이면층(11)은 차량의 주행중 발생되는 소음의 흡음과 차음하는 기능과 내장재의 하부에 위치되어 상부에 위치되는 발포층(12)과 접합되는 결합층의 기능을 한다.
상기 이면층(11)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 단일재질 소재로 이루어져 재활용률과 흡차음소재를 일체화시켜 흡차음층을 형성함으로써 경량화률을 향상시킨다.
상기 이면층(11)의 3 내지 15데니아의 섬도, 51 내지 64mm의 길이이고, 단위면적당 무게는 100 내지 1000g/㎡, 또는 350 내지 700g/㎡일 수 있다.
이면층(11)과 발포층(12)의 결합은 접착층과 같은 다른 층의 개입 없이 직접적으로 용융 결합한다. 이러한 용융 결합은 예를 들어 불꽃 라미네이션(Flame Lamination) 등의 방법을 사용하여 결합할 수 있다.
또한 표면층(14)과 이면층(11)은 용융온도가 200℃ 이상인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 고융점 섬유와 용융온도가 200℃ 미만인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)재질의 저융점 섬유(low-melting fiber)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 표면층(14) 100 중량부 기준으로, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 고융점 섬유 50 중량부 내지 90 중량부, 저융점 섬유(low-melting fiber) 10 중량부 내지 50 중량부를 포함할 수 있다. 또한 상기 이면층(11) 100 중량부 기준으로, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 고융점 섬유 50 중량부 내지 90 중량부, 저융점 섬유(low-melting fiber) 10 중량부 내지 50 중량부를 포함할 수 있다.
표면층(14)과 이면층(11)에 사용 가능한 저융점 섬유(low-melting fiber)는 융점이 110℃내지 180℃의 범위를 갖는데 이는 내장재를 이루는 다수의 층들이 적층된 후 성형을 위하여 예비가열을 할 때 상기 저융점 섬유(low-melting fiber)가 용융하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 고융점 섬유 사이에 흘러들어 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유를 결합시키는 기능을 수행한다. 상기 저융점 섬유(low-melting fiber)는 흡차음층(30) 100 중량부 기준으로, 저융점 섬유(low-melting fiber) 10 중량부 내지 50 중량부를 갖는데 10 중량부 미만이면 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유를 결합시키는 결합력을 갖기 어렵고, 50 중량부 초과이면 흡차음층(30)의 기재인 테레프탈레이트(PET) 섬유량이 줄어들어 기재의 강도가 낮아진다.
본 발명의 압출 코팅층(13)은 T-다이에서 압출되는 용융 수지 층이 발포층(12)(또는 표면층(14))에 코팅됨과 동시에 그 상부에 표면층(14)(또는 발포층(12))이 합지되어 발포층(12)과 표면층(14)을 샌드위치 방식으로 접착시키는 층을 의미한다.
상기 압출 코팅층(13)은 냉간 성형을 하는 경우 딥드로잉을 가능하게 하고, 표면층(14)과 발포층(12)의 박리를 방지하는 역할을 한다. 또한 차음 성능을 개선시키는 역할을 한다.
상기 압출 코팅층의 단위면적당 무게는 50 내지 1000 g/㎡, 100 내지 800 g/㎡, 100 내지 600 g/㎡ 또는 100 내지 400 g/㎡일 수 있다. 상기 범위 내에서 경량화와 성형 가공성을 확보할 수 있다.
압출 코팅층은 또한 결정화도가 5 내지 10%일 수 있다. 결정화도가 너무 낮으면 최종 성형품의 강도가 낮아질 수 있고, 결정화도가 너무 높으면 성형성이 떨어질 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층물(20)은 폐쇄 셀을 가지는 발포층(22); 상기 발포층(22) 상에 형성된 압출 코팅층(23); 상기 압출 코팅층(23) 상에 형성된 보강층(25); 상기 보강층(25) 상에 형성된 표면층(24); 및 상기 발포층(22)의 타면에 적층되는 이면층(21)을 포함하되, 상기 발포층(22)과 이면층(21)은 직접 용융 접착되는 적층물(20)에 관한 것이다.
상기 적층물(20)에서 이면층(21), 발포층(22), 압출 코팅층(23), 및 표면층(24)은 도 1에서 상술한 것과 동일하여 구체적인 설명은 생략한다. 상기 보강층(25)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 라텍스 코팅층으로 표면층(10) 섬유의 안정성을 유지시키고, 흡음기능과 쿠션감을 부여할 수 있다. 보강층(25)의 단위면적당 무게는 50 내지 200g/㎡의 범위가 바람직하다.
PET 라텍스 코팅층은 PET를 포함하는 현탁액에 공기를 주입하여 폼을 형성한 후 표면층에 코팅한 후 건조하여 제조할 수 있다. PET 라텍스를 제조하는 공정은 예를 들어 한국등록특허 공보 제2299625에 기재되어 있다.
본 발명은 또한 이면층, 발포층 및 표면층을 포함하는 적층물의 제조방법으로, 상기 방법은 폐쇄 셀을 가지는 발포층을 형성하는 단계; 상기 발포층 또는 표면층의 일면에 압출 코팅층을 형성하여 발포층과 표면층을 접합시키는 단계; 및 불꽃 라미네이션을 이용하여 상기 발포층의 타면과 이면층을 결합시키는 단계를 포함하는 적층물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
상기 발포층을 형성하는 단계는 폴리에스테르 수지 칩(chip), 발포제 및 첨가제를 혼합하여 수지 용융물을 제조하는 단계; 및 상기 수지 용융물을 압출기로 압출 및 발포하는 단계를 포함할 수 있다.
수지 용융물은 다관능성 화합물을 포함할 수 있다. 다관능성 화합물로는 피로멜리트산 이무수물(Pyromellitic anhydride, PMDA), 벤조페논 이무수물, 2,2-비스(3,4-디카복시페닐)프로판 이무수물, 3,3',4,4'-비페닐테트라카복실산 이무수물, 비스(3,4-디카복시페닐)에테르 이무수물, 비스(3,4-디카복시페닐)티오에테르 이무수물, 비스페놀 A 비스에테르 이무수물, 2,2-비스(3,4-디카복시페닐)헥사플루오로프로판 이무수물, 2,3,6,7-나프탈렌-테트라카복실산 이무수물, 비스(3,4-디카복시페닐)술폰 이무수물, 1,2,5,6-나프탈렌-테트라카복실산 이무수물, 2,2',3,3'-비페닐테트라카복실산 이무수물, 하이드로퀴논 비스에테르 이무수물, 비스(3,4-디카복시페닐)술폭사이드 이무수물 및 3,4,9,10-페릴렌 테트라카복실산 이무수물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 구체적으로 본 발명에서는 다관능성 화합물로 피로멜리트산 이무수물이 사용될 수 있다.
이때, 다관능성 화합물의 용융점은 270℃이상일 수 있으며, 구체적으로는 270℃내지 350℃, 270℃ 내지 330℃, 270℃ 내지 310℃ 또는 270℃내지 290℃일 수 있다. 하나의 예로서, 다관능성 화합물이 피로멜리트산 이무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA)인 경우 용융점은 280±5℃일 수 있다.
수지 용융물은 알칼리토금속 탄산염을 포함함으로써, 발포시트의 셀의 사이즈는 줄이고, 밀도는 높일 수 있으며, 시트표면이 균일하여 주름(corrugation)의 발생을 감소시킬 수 있으며, 우수한 열 성형성을 나타낼 수 있다. 또한, 폴리에스테르 수지 내에 탄산칼슘이 균일하게 분포하여 수지를 압출 발포한 발포시트는 열 전도율이 높아져 발포시트 성형시에 발포시트가 찢어지는 문제를 해결할 수 있다.
알칼리토금속 원소는 Ca, Mg, 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 양이온을 포함하는 무기물일 수 있다. 상기 무기물은 탈크와 같은 알칼리토금속 수산화물; 또는 탄산칼슘(CaCO3), 탄산마그네슘(MgCO3) 및 탄산바륨(BaCO3)과 같은 알칼리토금속 탄삼염을 포함할 수 있고, 보다 구체적으로 본 발명의 무기입자는 탄산칼슘 또는 탈크를 포함할 수 있다.
수지 용융물을 제조하는 단계는 260~300℃의 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 폴리에스테르 수지는 펠렛(pellet), 그래뉼(granule), 비드(bead), 칩(chip) 등의 형태를 가질 수 있으며, 경우에 따라서는 분말(powder) 형태일 수 있다.
예를 들어, 압출 발포하는 단계는 친수화제, 열안정제, 방수제, 셀 크기 확대제, 적외선 감쇠제, 가소제, 방화 화학 약품, 안료, 탄성폴리머, 압출 보조제, 산화방지제, 공전 방지제 및 UV 흡수제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 유체 연결 라인 중에 투입할 수 있다. 발포시트 제조 시 필요한 첨가제 중에서, 유체 연결 라인 중에 투입되지 않은 첨가제는, 압출 공정 중에 투입 가능하다.
발포제의 예로는, N2, CO2, 프레온, 부탄, 펜탄, 네오펜탄, 헥산, 이소헥산, 헵탄, 이소헵탄, 메틸클로라이드 등의 물리적 발포제를 사용할 수 있다.
또한, 압출 및 발포하는 단계는 발포가 용이하도록 발포성 용융물을 220℃ㄱ내지 260℃에서 냉각한 다음, 냉각된 발포성 용융물을 다이(Dei)에 통과시킴으로써 수행될 수 있다.
이때, 발포성 용융물의 고유점도는 0.9 dl/g 이상, 1.2 dl/g 내지 1.5 dl/g 범위일 수 있다. 수지의 고유점도를 발포에 적합하도록 제어함으로써, 발포배율이 높은 발포체를 효과적으로 제조할 수 있다. 또한, 형성된 발포시트는 캘리브레이터(Calibrator)를 이용하여 형태를 유지할 수 있다.
이때, 발포 온도는 225 내지 280℃, 225 내지 275℃, 225 내지 265℃일 수 있다.
상기 발포층 또는 표면층의 일면에 압출 코팅층을 형성하여 발포층과 표면층을 접합시키는 단계는 공지된 방법을 사용하여 수행할 수 있다. 예를 들어 압출 코팅은 T-다이를 이용하여 표면층과 발포층 사이에 PET를 압출한 후 표면층과 발포층을 합지하여 수행한다. 압출 온도는 260 내지 380℃ 범위일 수 있고, 압출코팅층의 두께는 100 내지 300㎛일 수 있다. 균일한 코팅을 위해서는 PET를 충분히 건조한 후 압출 실린더에 투입하는 것이 바람직하다.
불꽃 라미네이션을 이용하여 상기 발포층의 타면과 이면층을 결합시키는 단계도 공지된 방법을 사용하여 수행할 수 있다. 예를 들어 불꽃온도 700 내지 1000 ℃ 발열량 15,000 내지 70,000 kcal의 불꽃 라미네이션 공정을 통하여, 이면층과 발포층의 계면을 접합시킬 수 있다.
이면층 또는 발포층의 일면을 라미네이팅 불꽃발생장치로 가열시켜 계면을 용융된 상태로 만든 후, 이 때의 접합력을 이용하여 발포층 또는 이면층의 계면을 접합시켜 열융착 시킬 수 있다. 불꽃발생장치를 이용한 불꽃 라미네이션 공정을 통해 이면층과 발포층을 접하시킬 경우 접착필름을 통하여 계면을 접착하는 방식보다 계면 간 박리력을 향상시킬 수 있고, 다른 접착층을 사용하지 않아서 원가가 절감되고 경량화를 이룰 수 있다.
특히 압출코팅층의 코팅량이 낮은 경우 계면 간 박리가 발생하지 않기 위해서는 화염불꽃높이와 와인딩 속도를 적절히 제어할 필요가 있다.
본 발명의 다른 측면에서 본 발명은 본 발명에 따른 적층물을 포함하는 자동차 내장재에 관한 것이다.
일 실시예에서, 상기 자동차 내장재는 러기지 파티션, 러기지 사이드, 러기지 보드, 페키지 트레이 또는 헤드라이너를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3을 참조하면 자동차 내장재(30)는 소정의 두께(T)를 가지는 본 발명의 다층 적층물(31)을 가공한 성형품, 특히 냉간 성형품이다. 성형된 자동차 내장재는 하나 이상의 오목부(32)가 형성된다. 오목부(32)는 다양한 깊이를 가질 수 있고, 그 중 가장 깊은 곳까지의 거리를 최대 깊이(D)로 정의할 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 자동차 내장재는 하기 일반식 1을 만족시킨다.
[일반식 1]
D/T > 3
상기 식에서 D는 자동차 내장재에 형성된 오목부의 최대 깊이를 나타내고, T는 자동차 내장재의 두께를 나타낸다.
상기 D/T는 3 이상, 4이상, 5이상, 6이상, 7이상, 또는 8이상이다. 상기 값이 클수록 보다 깊은 오목부를 형성할 수 있고, 이는 딥드로잉 성형이 가능하다는 것을 의미한다.
한편 상기 자동차 내장재의 발포층의 결정화도는 11 내지 20%일 수 있다. 상기 범위 내에서 우수한 강도를 제공할 수 있다.
본 발명의 자동차 내장재의 인장강도(MS341-19 4.4)는 MD방향으로 25kgf/㎠ 이상, 30 내지 50 kgf/㎠이다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 적층물을 예열하는 단계; 및 상기 예열된 적층물을 금형을 이용하여 냉간 성형하는 단계를 포함하는 자동차 내장재의 제조 방법에 관한 것이다.
적층물을 예열하는 단계는 상부 및 하부에 가열원을 가지는 히터에서 수행할 수 있다. 상기 예열하는 단계는 예를 들어 상부 및 하부의 가열원을 200 내지 400℃, 또는 250 내지 350℃로 조정하여 약 100초 내지 300초, 또는 150 내지 250초 동안 가열하여 적층물의 표면온도를 약 150 내지 250℃가 되도록 제어하여 수행할 수 있다.
금형을 이용하여 냉간 성형하는 단계는 상온의 금형, 예를 들어 금형의 온도를 20 내지 40℃로 제어하고, 약 20초 내지 60초 동안 가압하여 원하는 형상으로 성형할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명에 따른 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
폴리에스테르 발포층을 제조하기 위해, 먼저 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 수지 100 중량부를 180℃에서 건조하여 수분을 제거하였고, 압출기에 상기 수분이 제거된 PET 수지와 상기 수분이 제거된 PET 수지 100 중량부를 기준으로, 피로멜리틱 디언하이드리드(pyromellitic dianhydride, PMDA) 1 중량부, 탈크(Talc) 1 중량부 및 Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 압출기에 발포제로서 부탄가스를 PET 수지 100 중량부를 기준으로 1 중량부 투입하고 압출 발포하였다. 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트는 밀도가 170 kg/㎥(KS M ISO 845), 두께가 3 mm, 하기 수식으로 계산된 결정화도가 6%, 및 굴곡강도가 3 N/㎠ 인 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트였다.
결정화도(%)={(융해열량의 절대값 (J/g)-결정화 열량의 절대값(J/g))χ완전 결정화 열량(J/g)}Х100
결정화 열량은 KS M ISO 11357-1 「플라스틱 - 시차주사열량계 이용 방법」에 따라 측정한 DSC 곡선에서 구할 수 있다.
표면층과 이면층은 각각 니들펀칭된 부직포(450 g/㎡)을 사용하였다. 니들펀칭된 부직포는 PET 섬유 웹이 한쌍의 베드 플레이트(bed plate)를 통과한 후 상하 왕복운동하는 니들보드에 장착되어 있는 바늘을 통해 PET 섬유가 맞물리게 하여 제조하였다.
상기 각각 제조된 표면층과 폴리에스테르 발포시트를 PET 압출코팅층으로 접착시켰다. 압출코팅은 PET를 150℃에서 4시간 이상 건조한 후, 건조된 PET을 280 내지 330℃로 순차적으로 온도 제어되는 압출실린더에 투입하여 T-다이를 통해 압출코팅층의 단위면적당 무게가 207 g/㎡이 되도록 압출하였다.
별적으로 구동되는 3개의 라미네이션 롤러, 2개의 화염처리부 및 갭 조절장치를 포함하는 불꽃 라미네이션 장치를 사용하여 표면층이 접합된 발포시트 이면에 이면층을 접합시켜서 다층 적층물을 제조하였다(조건: 화염불꽃높이 2.5mm, 화염량 210g/㎥, 갭 2.6mm, 라인스피드 30m/min).
제조된 다층 적층물을 상하부 히터가 각각 300℃로 제어되는 히터에서 약 180초 동안 가열한 후, 25℃금형으로 30초간 가압하여 D/T 비율이 6.7인 러기지 사이드 트림용 자동차 내장재를 제조하였다.
실시예 2
압출코팅층의 단위면적당 무게가 50 g/㎡이 되도록 압출하고, 불꽃 라미네이션 조건을 아래와 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 러기지 사이드 트림용 자동차 내장재를 제조하였다.
조건: 화염불꽃높이 1.8mm, 화염량 130g/㎥, 갭 2.5mm, 라인스피드 30m/min)하였다.
실시예 3
표면층 부직포에 보강층으로 PET 라텍스층을 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 러기지 사이드 트림용 자동차 내장재를 제조하였다.
비교예 1
이면층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 러기지 사이드 트림용 자동차 내장재를 제조하였다.
비교예 2
압출코팅층을 형성하지 않고, 이면층과 동일하게 불꽃라미네이션을 이용하여 표면층과 발포층을 접착시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 러기지 사이드 트림용 자동차 내장재를 제조하였다.
비교예 3
불꽃 라미네이션 조건을 아래와 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 러기지 사이드 트림용 자동차 내장재를 제조하였다.
조건: 화염불꽃높이 1.8mm, 화염량 145g/㎥, 갭 2.5mm, 라인스피드 40m/min)하였다.
실시예 1 내지 3의 경우 깊은 깊이를 가지는(D/T 비율이 6.7) 러기지 사이드 트림용 자동차 내장재를 제조할 수 있었다. 그러나 이면층이 형성되지 않은 비교예 1은 주름이 형성되어 외관이 불량하였고, 압출코팅층이 형성되지 않은 비교예 2는 계면간 박리가 나타났다. 또한 압출코팅층의 코팅량이 낮은 경우 실시예 2보다 라인 스피드가 빠른 비교예 3의 경우 박리가 발생하였다.
실험예
상기 실시예 1에서 제조한 자동차 내장재에 대하여, 내열사이클, 내열 노화성, 연소성, 냄새, VOC, 인장강도 및 흡차음 데이터를 측정하였다. 측정 방법은 하기 기재하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
시험항목 방법 시험결과 요구사항
내열사이클 MS 361-10 이상 없음 요철, 부풀음 박리 균열 등 없을 것
내열노화성 MS 361-10 이상 없음
연소성 MS 300-08 기준 이내 80mm/min이하 또는 계측점으로부터 50mm이상 연소하지 않으면서 60초 이내에 꺼져야 한다.
냄새 MS 300-34 건: 2.0 등급습: 2.0 등급 3등급 이상
VOC MS 300-55 TVOC 0.2ppm 5ppm 미만
HCHO 1.2ppm 2ppm 미만
인장강도 MS 341-19- 4.4 MD 38.8 kgf/㎠
CD 30.2 kgf/㎠
흠음율 ISO 354 : 2003 1K Hz 0.466 -
2K Hz 0.245 -
3.15K Hz 0.318 -
5K Hz 0.361 -
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
10: 적층물
11: 이면층
12: 발포층
14: 표면층

Claims (16)

  1. 폐쇄 셀을 가지는 발포층;
    상기 발포층의 일면에 적층되는 표면층; 및
    상기 발포층의 타면에 적층되는 이면층을 포함하되,
    상기 발포층과 표면층은 압출 코팅층에 의하여 접착되고,
    상기 발포층과 이면층은 직접 용융 접착되는 적층물.
  2. 제1항에 있어서, 발포층, 표면층, 이면층 및 압출 코팅층은 각각 폴리에스테르로부터 형성된 적층물.
  3. 제2항에 있어서, 폴리에스테르는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)인 적층물.
  4. 제1항에 있어서, 발포층의 밀도는 100 내지 400 kg/㎥이고, 두께는 1 내지 10㎜인 적층물.
  5. 제1항에 있어서, 표면층 및 이면층은 부직포인 적층물.
  6. 제1항에 있어서, 표면층 및 이면층의 단위면적당 무게는 200 내지 1000 g/㎡인 적층물.
  7. 제1항에 있어서, 표면층 및 이면층은 용융온도가 200℃ 이상인 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 용융온도가 200℃ 미만인 저융점 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 적층물.
  8. 제1항에 있어서, 압출 코팅층의 단위면적당 무게는 50 내지 1000 g/㎡인 적층물.
  9. 제1항에 있어서, 압출 코팅층은 결정화도가 5 내지 10%인 적층물.
  10. 제1항에 있어서, 표면층과 압출 코팅층 사이에 보강층을 추가로 포함하는
    적층물.
  11. 이면층, 발포층 및 표면층을 포함하는 적층물의 제조방법으로, 상기 방법은
    폐쇄 셀을 가지는 발포층을 형성하는 단계;
    상기 발포층 또는 표면층의 일면에 압출 코팅층을 형성하여 발포층과 표면층을 접합시키는 단계; 및
    불꽃 라미네이션을 이용하여 상기 발포층의 타면과 이면층을 결합시키는 단계를 포함하는 적층물을 제조하는 방법.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 적층물을 포함하는 자동차 내장재.
  13. 제12항에 있어서, 자동차 내장재는 러기지 파티션, 러기지 사이드, 러기지 보드, 페키지 트레이 또는 헤드라이너인 자동차 내장재.
  14. 제12항에 있어서, 하기 일반식 1을 만족시키는 자동차 내장재:
    [일반식 1]
    D/T > 3
    상기 식에서 D는 자동차 내장재에 형성된 오목부의 최대 깊이를 나타내고, T는 자동차 내장재의 두께를 나타낸다.
  15. 제13항에 있어서, 발포층의 결정화도는 11 내지 20%인 자동차 내장재.
  16. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 적층물을 예열하는 단계; 및
    상기 예열된 적층물을 금형을 이용하여 냉간 성형하는 단계를 포함하는 자동차 내장재의 제조 방법.
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KR20120009578A (ko) 2010-07-19 2012-02-02 한일이화주식회사 경량성 다층 구조물 및 제조방법
KR20180047882A (ko) 2016-11-01 2018-05-10 원풍물산주식회사 단일소재의 차량용 내장재 및 그의 제조방법

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