KR20240054082A - 슬래그를 활용한 복합부직포, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 자동차 내장재 - Google Patents
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Abstract
슬래그를 활용한 복합부직포, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 자동차 내장재가 제공된다. 상기 슬래그를 활용한 복합부직포는 단섬유 형태의 슬래그 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 저융점 섬유로 구성된 부직포조성물을 포함하고, 상기 부직포조성물을 카딩 및 니들펀칭하여 원단 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 슬래그를 활용한 복합부직포, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 자동차 내장재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 철강부산물인 슬래그로 구성된 슬래그 섬유를 이용하여 제조단가를 절감할 수 있으며 우수한 물성을 갖는 슬래그를 활용한 복합부직포, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 자동차 내장재에 관한 것이다.
부직포(non-woven fabric)는 섬유(fiber)를 접착하거나 엉키게 하여 만든 직물을 의미하는 것으로, 기계 조작, 열 접촉 또는 화학 약품 등의 다양한 방법을 통해 제조된다. 부직포는 유리 섬유(glass fiber), 현무암 섬유(basalt fiber), 탄소 섬유(carbon fiber), 알루미나(Al2O3) 섬유 등의 무기섬유나 유기섬유를 이용하여 제조되었다.
구체적으로, 유리 섬유 등의 무기섬유 부직포는 가공 후의 형태와 용도에 따라 자동차용 선쉐이드 보드(sunshade board), 천정재 및 금형을 통한 각종 성형부품으로 사용되고 있으나, 제조단가가 높은 단점이 있다. 또한, 유기섬유 부직포는 제조가 용이하여 범용적으로 사용되고 있으나, 난연성 저하 등의 물성 개선이 요구되고 있다.
한편, 슬래그(slag)는 철강 제련 공정 중에서 발생하는 찌꺼기인 철강 부산물로, 주성분은 산화칼슘(CaO)와 이산화규소(SiO2)로 구성된다. 슬래그는 크게 제철소 고로에서 선철을 제조하는 과정에서 발생하는 고로슬래그(blast-furnace slag)와 조강을 제조하는 과정에서 발생하는 제강슬래그(steel making slag)로 구분된다. 이러한 슬래그는 연간 1,700만톤이 생산되고 있으나, 입도에 따라 시멘트 원료 또는 콘크리트 골재 등의 경제성이 낮은 저부가가치 제품으로 재활용되고 있으며, 나머지는 매립되고 있는 실정이다.
최근, 선행기술1(한국등록특허 제10-1290783호)와 선행기술2(한국등록특허 제10-2000029호)와 같이, 슬래그를 광물섬유로 제조하여 각종 절연제나 방음제 등의 고부가가치 용도로 재활용하기 위한 연구가 다양하게 이뤄지고 있다.
이에, 본 출원인은 부직포 제조시 슬래그를 활용하여 제조비용과 물리적 특성을 개선할 수 있는 복합부직포 소재를 개발하였다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 원료비용이 저렴하여 제조단가를 낮출 수 있는 슬래그를 활용한 복합부직포, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 자동차 내장재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 내열성, 내화학성 및 내화성 등 부직포의 물리적 특성을 향상시킬 수 있는 슬래그를 활용한 복합부직포, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 자동차 내장재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은, 단섬유 형태의 슬래그 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 저융점 섬유로 구성된 부직포조성물을 포함하고, 상기 부직포조성물을 카딩 및 니들펀칭하여 원단 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 슬래그를 활용한 복합부직포를 제공한다.
상기 슬래그 섬유는 전로 슬래그 및 철-니켈 슬래그 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 슬래그 섬유의 평균직경은 8 내지 20㎛인 것을 특징으로 한다.
상기 부직포조성물은 상기 슬래그 섬유 30 내지 40중량부에 대하여 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 40 내지 50중량부 및 상기 저융점 섬유 20 내지 30중량부로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 원단의 일면에 형성된 라텍스층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면은, 단섬유 형태의 슬래그 섬유를 형성하는 제 1단계, 상기 슬래그 섬유에 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유와 저융점 섬유를 혼합하여 부직포조성물을 형성하는 제 2단계, 상기 부직포조성물을 카딩하여 부직포웹을 형성하는 제 3단계 및 상기 부직포웹을 적층한 후, 니들펀칭하여 원단을 형성하는 제 4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그를 활용한 복합부직포의 제조방법을 제공한다.
상기 제 1단계는 상기 슬래그 섬유를 5 내지 150mm의 길이로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2단계는 상기 슬래그 섬유 30 내지 40중량부에 대하여 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 40 내지 50중량부 및 상기 저융점 섬유 20 내지 30중량부로 계량하여 혼합하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 4단계는 상기 니들펀칭을 4회 수행하고, 상기 니들펀칭 속도는 회차가 증가할수록 높게 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 4단계를 수행한 이후에, 상기 원단의 일면에 라텍스를 도포한 후, 건조시켜 라텍스층을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 슬래그를 활용한 복합부직포를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재를 제공한다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 슬래그를 활용함으로써 원료비용을 최소화할 수 있어, 일반 산업용 섬유 보다 제조단가를 낮출 수 있다.
또한, 본 발명은 슬래그를 활용한 슬래그 섬유를 사용함으로써 현재 공업용 산업 섬유의 제조과정에서 환경오염 물질이 배출되는 단점을 보완하고, 이를 대체할 수 있어, 환경 친화적인 부직포 소재를 제공할 수 있다.
아울러, 본 발명에서 배합된 슬래그 섬유는 종래의 섬유들에 비해 유사하거나 더 높은 비중과 인중강도가 가지고 있어, 이를 활용한 복합부직포의 내열성, 내화학성 및 내화성을 향상시킬 수 있다.
더불어, 본 발명은 복합부직포 원단의 일면에 라텍스층이 구비되어 자동차 내장재에 적합한 원단의 강성을 구현하면서도 부직포 원단이 라텍스의 연소를 막아줄 수 있어 종래의 라텍스를 적용한 내장재에 비해 난연성을 강화할 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 슬래그를 활용한 복합부직포를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 슬래그를 활용한 복합부직포의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 슬래그를 활용한 복합부직포의 제조방법의 제 2단계를 도식화한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 슬래그를 활용한 복합부직포의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 슬래그를 활용한 복합부직포의 제조방법의 제 2단계를 도식화한 모식도이다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
하기에서는 본 발명의 슬래그를 활용한 복합부직포, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 자동차 내장재를 도면을 이용하여 상세하게 설명한다.
슬래그를 활용한 복합부직포
본 발명의 일 측면은, 슬래그를 활용한 복합부직포를 제공한다.
도 1은 본 발명의 슬래그를 활용한 복합부직포를 나타내는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 슬래그를 활용한 복합부직포는 단섬유 형태의 슬래그 섬유(10), 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(20) 및 저융점 섬유(30)로 구성된 부직포조성물을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명의 슬래그를 활용한 복합부직포는 상기 부직포조성물을 카딩 및 니들펀칭하여 원단 형태로 형성된 것일 수 있다.
먼저, 상기 슬래그 섬유(10)는 슬래그를 포함하여 제조된 것으로, 일정 직경 및 길이를 갖도록 제조된 것일 수 있다. 상세하게는, 상기 슬래그 섬유(10)는 철 산화물(Fe2O3), 칼슘 산화물(CaO), 니켈 산화물(NiO2) 등 다양한 무기화합물을 포함하여 구성되는 것으로, 상기 슬래그 섬유(10) 제조시에 활용된 슬래그의 종류에 따라 구성성분과 무기화합물의 구성성비가 달라질 수 있다.
이 때, 상기 슬래그 섬유(10)는 전로 슬래그 및 철-니켈 슬래그 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 전로 슬래그(blast oxygen furnace slag)는 제강슬래그 중의 하나로, 고로에서 제조된 쇳물에 고압의 산소를 불어넣어 정련하는 공정에서 생성된 것일 수 있다. 상기 전로 슬래그는 대부분 이산화규소(SiO2)가 5 내지 15중량%, 철 산화물(Fe2O3)이 25 내지 35중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 0 내지 5중량%, 칼슘 산화물(CaO)이 40 내지 50중량%, 마그네슘 산화물(MgO) 5 내지 15중량%의 성분으로 구성되는 것으로 알려져 있다.
상기 철-니켈 슬래그(Fe-Ni slag)는 철과 니켈의 합금강 제조공정에서 발생하는 철강부산물로, 페로니켈 슬래그(ferro-nickel slag, FNS)를 비롯한 다양한 조성비를 갖는 철-니켈 슬래그를 사용하는 것일 수 있다.
본 발명은 상기 전로 슬래그와 상기 철-니켈 슬래그와 같이 철분이 다량 함유되어 있는 슬래그를 활용함으로써 천연 암석보다 밀도가 높고 내마모성이 우수한 슬래그 섬유(10)를 통해 부직포조성물의 인장강도를 비롯한 다양한 물성을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따라, 상기 슬래그 섬유(10)에는 화력발전소에서 선탄원료를 연소시킬 때 발생하는 재의 미분말을 집진기로 포집한 플라이 애쉬(fly ash) 등의 산업 부산물이 더 포함될 수 있다.
상기 슬래그 섬유(10)는 일정 길이로 절단된 단섬유(short fiber) 형태로 제조된 것일 수 있다. 일반적으로 상기 단섬유는 면, 모 및 마와 같이 섬유의 길이가 짧은 섬유 또는 장섬유를 일정 길이로 짧게 절단한 것을 말한다. 본 발명은 단섬유 형태의 슬래그 섬유를 부직포조성물에 배합함으로써, 다른 섬유와 효과적으로 배합될 수 있으며, 카딩 및 니들펀칭 공정이 용이하게 수행될 수 있다. 또한, 장섬유 형태에 비해 최종제품인 복합부직포 원단이 부드러운 물성을 나타내어 자동차 내장재로 적용하기 적합할 수 있다.
이 때, 상기 슬래그 섬유(10)는 5 내지 150mm의 길이로 형성된 것일 수 있다. 상기 슬래그 섬유(10)의 길이가 5mm 미만으로 형성된 경우, 너무 짧은 길이로 인해 생성되는 복합부직포가 강도를 비롯한 물성이 저하될 수 있다. 또한, 상기 슬래그 섬유(10)의 길이가 150mm를 초과하여 형성된 경우, 상기 부직포조성물에 배합된 다른 섬유들과 엉킴 정도가 높아져 효과적인 분산과 원단 형성이 용이하지 않을 수 있다.
이 때, 상기 슬래그 섬유(10)의 평균직경은 8 내지 20㎛인 것일 수 있다. 상기 슬래그 섬유(10)의 평균직경이 8㎛ 미만인 경우, 강도 등이 취약하여 섬유가 사절되는 현상이 빈번하게 발생되어 제조공정 수율 및 제품품질이 저하될 수 있다. 또한, 상기 슬래그 섬유(10)의 평균직경이 20㎛를 초과하는 경우, 상기 절단된 형태인 섬유의 단부에 찔릴 수 있어 작업성과 취급성이 낮아질 수 있다.
다음으로, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 섬유(20)는 결정성 열가소성 수지인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 이용하여 제조된 것으로, 주로 타이어 코드, 좌석 벨트, 콘베이어 벨트 또는 호스(hose) 등 다양한 산업적인 용도로 광범위하게 사용되고 있다. 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(20)는 내열성, 강도 및 강성이 우수한 것으로 알려져 있어, 본 발명의 부직포조성물에 배합되어 형성되는 복합부직포의 물성 향상에 기여할 수 있다.
다음으로, 상기 저융점(low melting) 섬유(30)는 통상적으로 약 265℃에서 녹는 일반 폴리에스테르 섬유보다 110 내지 180℃ 정도 더 낮은 온도에서 녹는 특징이 있다. 상기 저융점 섬유(30)는 상기 부직포조성물 내에서 상술한 이종 섬유 간의 접착 기능을 수행하는 것일 수 있다. 즉, 상기 저융점 섬유(30)를 상기 부직포조성물에 배합함으로써 상기 슬래그 섬유(10)와 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(20)의 결속력을 높여줄 수 있다.
이 때, 상기 부직포조성물은 상기 슬래그 섬유(10) 30 내지 40중량부에 대하여 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(20) 40 내지 50중량부 및 상기 저융점 섬유(30) 20 내지 30중량부로 구성된 것일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 슬래그 섬유(10) 40중량부에 대하여 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(20) 40 내지 50중량부 및 상기 저융점 섬유(30) 20 내지 30중량부로 구성된 것일 수 있다.
즉, 본 발명의 슬래그를 활용한 복합부직포는 슬래그로 구성된 슬래그 섬유(10)와 다른 섬유와의 배합이 최적화되도록 하여 물성 향상이 효과적으로 이뤄지는 것일 수 있다.
상기 슬래그 섬유(10) 30 내지 40중량부에 대하여 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(20)가 40중량부 미만으로 구성되는 경우, 상기 슬래그 섬유(10)에 포함된 칼슘 산화물과 철 산화물의 함량이 상대적으로 높아지면서, 상기 복합부직포의 제조공정 전·후 또는 최종제품에 크랙(crack)이 발생되어 제조수율 및 제품 품질에 영향을 줄 수 있다.
상기 슬래그 섬유(10) 30 내지 40중량부에 대하여 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(20)가 50중량부를 초과하여 구성되는 경우, 복합부직포의 강도 및 물성이 저하될 수 있으며, 후가공을 위한 열처리가 용이하지 않을 수 있다.
상기 슬래그 섬유(10) 30 내지 40중량부에 대하여 상기 저융점 섬유(20)가 20중량부 미만으로 구성되는 경우, 다양한 무기물로 구성된 상기 슬래그 섬유(10)와 유기물로 구성된 수지인 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(20)의 접착력이 저하되어 제품 품질이 저하될 수 있다.
상기 슬래그 섬유(10) 30 내지 40중량부에 대하여 상기 저융점 섬유(30)가 30중량부를 초과하여 구성되는 경우, 생성되는 복합부직포 원단에 공극이 다량 생성되어 강도 저하 및 복합부직포를 원하는 두께로 형성하기 어려울 수 있다.
그런 다음, 상기 부직포조성물을 카딩 및 니들펀칭하여 원단으로 형성된 것일 수 있다.
상기 카딩(carding)은 혼섬된 섬유를 균일하고 처방된 중량으로 조절하는 것일 수 있다. 상기 카딩을 통해 상기 부직포조성물을 구성하는 3종류의 섬유(슬래그 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 저융점 섬유)가 효과적으로 분산될 수 있으며, 서로 뭉쳐진 상태가 풀어져 웹(web) 형태로 펴질 수 있고, 이러한 웹이 층층이 적층되어 적층체를 형성하는 것일 수 있다.
상기 니들펀칭(needle punching)은 표면에 작은 돌기를 가지고 있는 니들을 웹에 수직방향으로 상하 왕복운동 시키면서 섬유를 두께방향으로 결합시키는 것을 말한다. 즉, 본 발명은 상기 카딩된 부직포조성물로 형성된 웹 또는 적층체를 니들(바늘)이 구비된 통상의 장치를 통해 펀칭을 수행하는 것일 수 있다. 상기 니들펀칭을 통해 상기 적층체를 구성하는 3종류의 섬유들의 원사가 결속되는 것일 수 있다.
이에, 상기 복합부직포는 슬래그 섬유를 비롯한 3종류의 섬유가 적정하게 배합된 부직포조성물을 카딩과 니들펀칭을 통해 웹 상태로 적층하여 원사를 결속시킴으로써 원단 형태로 제조된 것일 수 있다. 상기 원단(fabric)은 원료가 되는 천을 의미하는 것일 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 슬래그를 활용한 복합부직포는 슬래그를 활용함으로써 원료비용이 거의 들지 않아, 종래에 사용되고 있는 유리섬유, 탄소섬유 또는 현무암 섬유 등을 사용시에 소요되는 비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명에서 배합된 슬래그 섬유는 종래의 섬유들에 비해 높거나 유사한 비중과 인장강도를 가지고 있어 이를 활용한 복합부직포의 내마모성과 내화학성 등 물성을 향상시킬 수 있다
본 발명은 상기 원단의 일면에 형성된 라텍스층을 더 포함하는 것일 수 있다. 즉, 상기 라텍스층은 상기 복합부직포 원단의 일면에 접착되어 하나의 층(layer)이 형성된 것일 수 있다. 상기 라텍스층을 구성하는 라텍스(latex)는 고무나무에서 분비되는 백색의 액체인 고무나무 원액을 의미한다. 라텍스는 천연소재로 높은 탄성을 가지고 있어 상기 복합부직포의 내장재로 적용하기에 적합한 질감을 부여할 수 있다. 또한, 상기 라텍스층은 상기 복합부직포의 일면에 구비되어 상기 복합부직포의 코팅층으로 작용하여 상기 복합부직포의 활용성과 보존성을 높일 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 복합부직포는 일면에 라텍스층이 구비되어, 종래의 라텍스를 이용한 자동차 내장재와 달리 부직포 원단이 라텍스층의 연소활성을 억제할 수 있으므로 난연성을 강화된 자동차 내장재로써 제공될 수 있다.
하기에서는 본 발명의 슬래그를 활용한 복합부직포의 제조방법을 도면을 이용하여 상세하게 설명한다.
슬래그를 활용한 복합부직포의 제조방법
본 발명의 다른 측면은, 상술한 슬래그를 활용한 복합부직포의 제조방법을 제공한다.
도 2는 본 발명의 슬래그를 활용한 복합부직포의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 먼저, 제 1단계(S10)에서는 단섬유 형태의 슬래그 섬유를 형성하는 것일 수 있다. 상기 슬래그 섬유(10)는 통상의 방법을 사용하여 제조된 것일 수 있다.
구체적으로, 예를 들어, 상기 슬래그 섬유(10)는 슬래그를 분말 형태로 만들어 준비하고, 준비된 슬래그를 용융시켜 섬유 형상으로 섬유화하는 공정을 통해 제조되는 것일 수 있다. 상기 슬래그의 용융은 통상의 용융 장치를 이용하는 것으로, 슬래그의 종류에 따라 슬래그의 용융점보다 10 내지 50℃ 더 높게 설정하여 수행하는 것일 수 있다. 상기 슬래그를 용융시킨 용융물은 통상의 인발 또는 방사 방법 등을 이용하여 섬유 형상으로 제조되는 것일 수 있다.
이 때, 상기 슬래그 섬유(10)를 5 내지 150mm의 길이로 형성하는 것일 수 있다. 이는, 후술하는 다른 섬유와의 원활한 배합을 위한 것일 수 있다. 또한, 본 발명의 복합부직포가 자동차 내장재를 비롯한 산업 전 분야에 걸쳐 다양한 용도로 사용할 수 있도록 하기 위한 것일 수 있다.
상기 슬래그 섬유(10)의 길이를 5mm 미만으로 형성하는 경우, 상기 복합부직포의 강도 저하와 상기 복합부직포를 원단 형태로 형성하기 어려울 수 있다. 또한, 상기 슬래그 섬유(10)의 길이를 150mm를 초과하여 형성하는 경우, 후술하는 다른 섬유와의 혼합공정에서 분산도가 낮아지고, 원사 간의 엉킴으로 인해 부직포웹이 용이하게 형성되지 않을 수 있다.
이 때, 상기 슬래그 섬유(10)의 평균직경은 8 내지 20㎛로 형성하는 것일 수 있다. 상기 슬래그 섬유(10)의 평균직경이 8㎛ 미만으로 형성하는 경우, 강도가 취약해져 제조공정 과정에서 섬유가 사절되는 현상이 빈번하게 발생될 수 있다. 또한, 상기 슬래그 섬유(10)의 평균직경이 20㎛를 초과하여 형성하는 경우, 상기 절단된 형태인 섬유의 단부에 찔릴 수 있어 작업성과 취급성이 저하될 수 있다.
도 3은 본 발명의 슬래그를 활용한 복합부직포의 제조방법의 제 2단계를 도식화한 모식도이다.
도 2 및 도 3과 같이, 제 2단계(S20)에서는 상기 슬래그 섬유(10)에 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(20)와 저융점 섬유(30)를 혼합하여 부직포조성물을 형성하는 것일 수 있다. 즉, 본 발명은 상기 슬래그 섬유(10)에 내열성과 내화학성을 부여할 수 있는 유기 섬유인, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(20)와 이러한 섬유들을 용이하게 접착하여 원사의 결속력을 강화할 수 있는 접착용 섬유인, 저융점 섬유(30)를 적절하게 배합하여 우수한 물성을 가는 복합부직포를 제조하는 것일 수 있다.
이 때, 상기 슬래그 섬유(10) 30 내지 40중량부에 대하여 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(20) 40 내지 50중량부 및 상기 저융점 섬유(30) 20 내지 30중량부로 계량하여 혼합하는 것일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 슬래그 섬유(10) 40중량부에 대하여 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(20) 40 내지 50중량부 및 상기 저융점 섬유(30) 20 내지 30중량부로 계량하여 혼합하는 것일 수 있다.
즉, 상기 슬래그 섬유(10)와 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(20) 40 내지 50중량부 및 상기 저융점 섬유(30)가 최적의 비율로 배합되도록 하여 제조하는 복합부직포의 물성과 품질을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 3종류의 섬유를 믹싱 탱크(mixing tank)에 투입하여 혼합하는 것으로, 실시예에 따라 효과적인 혼합을 위해 에어레이드(air-laid) 공정을 추가로 수행할 수 있다.
상기 슬래그 섬유(10) 30 내지 40중량부에 대하여 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(20)가 40중량부 미만으로 혼합하는 경우, 칼슘 산화물과 철 산화물의 함량이 높은 상기 슬래그 섬유(10)의 배합양이 많아져 제조과정 중에 크랙이 발생하거나 품질이 낮아질 수 있다.
상기 슬래그 섬유(10) 30 내지 40중량부에 대하여 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(20)가 50중량부를 초과하여 혼합하는 경우, 무기계 섬유인 슬래그 섬유(10)가 상대적으로 적게 배합되어 강도가 낮아질 수 있다.
상기 슬래그 섬유(10) 30 내지 40중량부에 대하여 상기 저융점 섬유(20)가 20중량부 미만으로 혼합하는 경우, 상기 슬래그 섬유(10)와 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(20)가 효과적으로 접착 및 결속되기 어려울 수 있다.
상기 슬래그 섬유(10) 30 내지 40중량부에 대하여 상기 저융점 섬유(30)가 30중량부를 초과하여 혼합하는 경우, 다수의 공극 형성으로 복합부직포의 두께가 얇아지거나 낮은 강도로 제조될 수 있다.
다음으로, 제 3단계(S30)에서는 상기 부직포조성물을 카딩하여 부직포웹을 형성하는 것일 수 있다. 상기 카딩 공정은 혼섬된 섬유를 균일하고 처방된 중량으로 조절하기 위한 것으로, 부직포 제조시 통상의 카딩 공정 및 카딩 장치를 이용하여 수행하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 부직포조성물을 통상의 카딩 수행장치에 투입하면 상기 부직포조성물 내에서 뭉쳐진 3종류 섬유들의 원사를 톱니바퀴 형태의 와이어가 회전하면서 풀어주는 것일 수 있다. 이 후, 풀어진 원사를 얇은 웹 형태로 펴주는 것일 수 있다.
다음으로, 제 4단계(S40)에서는 상기 부직포웹을 적층한 후, 니들펀칭하여 원단을 형성하는 것일 수 있다. 즉, 상기 제 3단계에서 만들어진 얇은 부직포웹을 좌우 왕복 운동하는 설비에 의해 층층이 쌓아 적층하는 것일 수 있다. 이러한 부직포웹의 적층 공정을 통해 복합부직포 원단의 폭, 밀도와 중량을 조절할 수 있다.
실시예에 따라, 원단의 규격을 목표수준으로 조정하기 위하여 상기 제 3단계의 카딩 공정과 카딩공정으로 형성된 부직포웹의 적층 공정을 2회 이상 수행하는 것일 수 있다.
이 후, 상기 형성된 부직포웹 또는 부직포웹의 적층체를 니들(바늘)이 구비된 통상의 장치를 통해 펀칭을 수행하는 것일 수 있다. 즉, 상기 부직포웹이 적층된 적층체를 통상의 니들펀칭 장치에 투입하여 원사를 결속시켜 원단을 형성하는 것일 수 있다.
이 때, 상기 니들펀칭을 4회 수행하고, 상기 니들펀칭 속도는 회차가 증가할수록 높게 설정하는 것일 수 있다. 즉, 본 발명은 목표하는 물성을 갖는 복합부직포를 제조하기 위하여 니들펀칭을 4회로 수행하는 것일 수 있다. 매 회마다 니들펀칭 속도를 높임으로써 천공밀도 생성 등과 같은 결함없이 원사의 결속을 강화하여 적정한 강도와 물성을 갖는 원단 형태의 복합부직포를 제조할 수 있다.
예를 들어, 상기 4회의 니들펀칭을 수행시, 먼저 1차 니들펀칭은 상기 적층된 원사를 니들을 이용하여 원단의 이면 방향에서 표면 방향으로 펀칭하는 것일 수 있다.
이 후, 2차 니들펀칭은 상기 1차 니들펀칭 보다 높은 펀칭속도(rpm)로 작업을 수행하며, 상기 1차 니들펀칭된 원단을 아래에서 위로 펀칭, 즉, 원단의 표면 방향에서 이면 방향으로 펀칭하여 원단의 결속을 더욱 강화시키는 것일 수 있다.
그런 다음, 3차 니들펀칭은 상기 2차 니들펀칭 보다 높은 펀칭속도로 작업을 수행하여, 상기 2차 니들펀칭된 원단을 위에서 아래로, 즉, 원단의 이면방향에서 표면방향으로 펀칭하여 원단 표면을 형성하는 것일 수 있다.
마지막으로, 4차 니들펀칭은 상기 3차 니들펀칭 보다 높은 펀칭속도로 작업을 수행하며, 상기 3차 니들펀칭된 원단을 위에서 아래로 펀칭, 즉, 원단의 이면 방향에서 표면 방향으로 펀칭하여 원단 표면을 일정하게 형성하는 것일 수 있다. 상기 4차 니들펀칭 수행시 심도를 낮추어 원단의 외관을 최종적으로 형성하는 것일 수 있다.
추가적으로, 상기 니들펀칭 수행시 니들은 36호로 규격된 크기를 갖는 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 1차 및 2차 펀칭시 니들의 길이는 3 ½inch 일 수 있으며, 상기 3차 및 4차 펀칭시 니들의 길이는 3inch일 수 있다.
상기 제 4단계에서의 니들펀칭을 통해 3종류의 원사가 결속됨으로써, 원단 형태의 복합부직포를 형성할 수 있다. 상기와 같이, 본 발명의 슬래그를 활용한 복합부직포는 슬래그를 활용하여 슬래그 섬유를 제조하고, 이를 적절한 배합비로 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유와 저융점 섬유와 결합시켜 카딩 및 니들펀칭을 통해 용이하게 섬유들을 복합화할 수 있다.
추가적으로, 상기 제 4단계를 수행한 이후에, 상기 원단의 일면에 라텍스를 도포한 후, 건조시켜 라텍스층을 형성하는 공정을 더 포함하는 것일 수 있다. 이는 통상의 라텍스 도포방법 및 장치를 이용하여 수행할 수 있다. 도포된 라텍스는 건조 공정을 통해 상기 원단의 일면에 접착되어 하나의 층을 형성하는 것일 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 슬래그를 활용한 복합부직포의 제조방법은 부직포 원단에 라텍스를 도포하는 간단한 공정을 통해 복합부직포에 탄성감과 부드러운 질감을 효과적으로 부여할 수 있어, 자동차 내장재를 비롯한 다양한 산업 분야에 적극 활용될 수 있다.
슬래그를 활용한 복합부직포를 포함하는 자동차 내장재
본 발명의 또 다른 측면은, 슬래그를 활용한 복합부직포를 포함하는 자동차 내장재를 제공한다. 즉, 앞서 상술한 슬래그를 활용한 복합부직포를 포함하는 것으로, 상기 복합부직포에 대해서는 상술한 설명을 원용할 수 있다.
상세하게는, 상기 슬래그를 활용한 복합부직포는 단섬유 형태의 슬래그 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 저융점 섬유로 구성된 부직포조성물을 포함하고,
상기 부직포조성물을 카딩 및 니들펀칭하여 원단 형태로 형성된 것으로, 이러한 부직포를 그대로 적용하거나, 실시예에 따라 성형 등의 후가공을 통해 자동차 내장재로써 제공하는 것일 수 있다.
상기 슬래그를 활용한 복합부직포는 슬래그로 구성된 슬래그 섬유를 통해 복합부직포의 강도를 높여 내마모성을 높일 수 있으며, 원료비용이 최소화될 수 있어 자동차 내장재로 적용시 제조비용 절감이 가능할 수 있다. 또한, 상기 슬래그 섬유와 함께 배합되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유와 저융점 섬유와 최적의 배합비로 구성됨에 따라 내화학성과 내화성이 향상된 복합부직포를 통해 자동차 내장재의 품질도 개선될 수 있다.
실시예에 따라, 고열 압축프레스 또는 더블 벨트 프레스(double belt press, DBP) 등을 이용하여 상기 복합부직포에 열과 압력을 가해 보드 또는 판넬 형태로 제조할 수 있다. 이를 통해 자동차 내장재에 적합한 형상으로 성형하는 것일 수 있다. 상기 성형공정은 통상의 부직포를 이용한 자동차 내장재 형성 공정을 이용할 수 있다.
하기에서는 본 발명의 실시예에 따른 슬래그 섬유의 비중 및 인장강도를 일반 산업용 섬유와 비교하여 설명한다.
하기 표 1은 슬래그 섬유와 다양한 산업용 섬유의 비중을 비교하여 나타낸 표이다.
| 섬유의 종류 | 비중 |
| 슬래그 섬유 | 2.98 |
| 유리 섬유 | 2.5 |
| 현무암 섬유 | 2.5~3 |
| 탄소 섬유 | 1 |
표 1과 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 슬래그 섬유의 비중은 표면 건조 포화 상태에서 약 2.98의 비중을 나타냈다. 반면, 일반 유리 섬유의 비중은 약 2.5 이며, 현무암 섬유의 비중은 2.5 내지 3이고, 탄소 섬유의 비중은 약 1 정도로 알려져 있다. 이를 통해 본 발명의 슬래그 섬유의 경우 탄소 섬유보다 비중이 높고 유리 섬유 및 현무암 섬유와 유사한 비중을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 슬래그 섬유의 인장강도는 평균 약 3,000MPa의 값을 나타냈다. 이는, 통상적인 현무암 섬유 및 유리 섬유와 유사한 강도 값이다. 이를 통해, 본 발명의 슬래그 섬유 및 이를 배합하여 제조된 복합부직포가 관련 산업에 적용가능한 강도를 가지고 있음을 알 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 슬래그 섬유의 원료비용은 kg당 1,000원 정도 소요되었다. 상기와 같이, 본 발명에서 배합된 슬래그 섬유는 상술한 섬유들의 시판 가격에 비해 원료비용을 낮출 수 있어, 이를 적용한 복합부직포 및 이를 포함한 자동차 내장재의 가격경쟁력을 높일 수 있을 것으로 기대된다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10. 슬래그 섬유
20. 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유
30. 저융점 섬유
S10. 단섬유 형태의 슬래그 섬유를 형성하는 제 1단계
S20. 상기 슬래그 섬유에 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유와 저융점 섬유를 혼합하여 부직포조성물을 형성하는 제 2단계
S30. 상기 부직포조성물을 카딩하여 부직포웹을 형성하는 제 3단계
S40. 상기 부직포웹을 적층한 후, 니들펀칭하여 원단을 형성하는 제 4단계
20. 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유
30. 저융점 섬유
S10. 단섬유 형태의 슬래그 섬유를 형성하는 제 1단계
S20. 상기 슬래그 섬유에 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유와 저융점 섬유를 혼합하여 부직포조성물을 형성하는 제 2단계
S30. 상기 부직포조성물을 카딩하여 부직포웹을 형성하는 제 3단계
S40. 상기 부직포웹을 적층한 후, 니들펀칭하여 원단을 형성하는 제 4단계
Claims (5)
- 단섬유 형태의 슬래그 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 저융점 섬유로 구성된 부직포조성물을 포함하고,
상기 부직포조성물을 카딩 및 니들펀칭하여 원단 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 슬래그를 활용한 복합부직포. - 제1항에 있어서,
상기 부직포조성물은,
상기 슬래그 섬유 30 내지 40중량부에 대하여 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 40 내지 50중량부 및 상기 저융점 섬유 20 내지 30중량부로 구성된 것을 특징으로 하는 슬래그를 활용한 복합부직포. - 제1항에 있어서,
상기 원단의 일면에 형성된 라텍스층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그를 활용한 복합부직포. - 단섬유 형태의 슬래그 섬유를 형성하는 제 1단계;
상기 슬래그 섬유에 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유와 저융점 섬유를 혼합하여 부직포조성물을 형성하는 제 2단계;
상기 부직포조성물을 카딩하여 부직포웹을 형성하는 제 3단계; 및
상기 부직포웹을 적층한 후, 니들펀칭하여 원단을 형성하는 제 4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그를 활용한 복합부직포의 제조방법. - 제1항의 슬래그를 활용한 복합부직포를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220134384A KR20240054082A (ko) | 2022-10-18 | 2022-10-18 | 슬래그를 활용한 복합부직포, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 자동차 내장재 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020220134384A KR20240054082A (ko) | 2022-10-18 | 2022-10-18 | 슬래그를 활용한 복합부직포, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 자동차 내장재 |
Publications (1)
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| KR (1) | KR20240054082A (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000000029A (ko) | 1999-04-29 | 2000-01-15 | 박춘식 | 이어폰형무선전화기시스템 |
| KR101290783B1 (ko) | 2012-07-04 | 2013-07-29 | 주식회사 효석 | 슬래그를 이용한 광물섬유의 제조방법 |
-
2022
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Patent Citations (2)
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| KR101290783B1 (ko) | 2012-07-04 | 2013-07-29 | 주식회사 효석 | 슬래그를 이용한 광물섬유의 제조방법 |
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