WO2017213479A1 - 성형체 및 그의 제조방법 - Google Patents

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WO2017213479A1
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sheath
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polyester fiber
molded article
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김원
이명
유다영
임지원
노상현
송동민
정승문
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    • E04C2/44—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the purpose
    • E04C2/46—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the purpose specially adapted for making walls

Definitions

  • the present invention relates to a molded article and a method for producing the same.
  • the molded article of the nonwoven fiber structure is not only used for hygiene or medical use, such as disposable diapers, but is widely applied from household materials to industrial materials.
  • the molded article of the nonwoven fiber structure is manufactured by a method such as a needle punch, hot air secondary bond, etc., the molded article has flexibility and light weight, but due to its low hardness, it is difficult to apply to various fields such as living materials and industrial materials.
  • the density is low, the physical properties such as flexural strength and tensile strength are not high, and when a strong load is applied from the outside, it easily bends or tears, such as living materials or industrial materials. There was a problem that it is difficult to secure the physical properties that can be applied to the back.
  • the moisture penetrating into the molded article increases, and thus there is a problem in that physical properties of the molded article, for example, bending strength and tensile strength, are lowered.
  • the present inventors studied a molded article having a high density and improved physical properties such as flexural strength and tensile strength by using a non-hygroscopic resin as a binder in a dry process rather than a wet process. was completed.
  • an object of the present invention is to provide a molded article having high density and high physical properties such as bending strength and tensile strength.
  • Another object of the present invention is to provide a molded article having a small change in weight due to moisture absorption and a small change in flexural strength and tensile strength even by long-term use.
  • the binder is a non-hygroscopic copolymer resin, all or part of the polyester-based fibers are fused by the binder, natural pores are included in the molded body, the molded body has an apparent density of 0.5 ⁇ 0.8 g / cm 3
  • the present invention provides a molded body having a flexural strength of 20 MPa or more and a tensile strength of 50 to 80 MPa.
  • the molded body may have a flexural stiffness of 1.0 to 1.5 GPa and a tensile stiffness of 1.0 to 1.8 GPa.
  • the molded article may have a tensile elongation of 10 to 30%.
  • the molded body may be in the range of 150 ⁇ 200 N peel strength.
  • the polyester fiber may be any one or more selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polytrimethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate.
  • PET polyethylene terephthalate
  • polytrimethylene terephthalate polytrimethylene terephthalate
  • polybutylene terephthalate polyethylene naphthalate
  • the non-hygroscopic copolymer resin may have a weight change rate of less than 0.1% after 100 hours constant temperature / humidity at 85 °C temperature and 85% relative humidity.
  • the binder may have a melting point of 160 ° C or more.
  • a sheath-core comprising a core part of (A) polyester fiber and (B) polyester fiber and a sheath part which is a non-hygroscopic copolymer resin surrounding the core part core type) mixing the bicomponent fibers, and then heating and pressing to prepare a nonwoven fabric; b) mounting the manufactured nonwoven fabric to a plurality of unwinding devices, and then moving to a hot press; And c) heating and pressurizing a plurality of nonwoven fabrics moved to the hot press under a temperature condition of 170 to 210 ° C. and a pressure condition of 1 to 10 MPa to produce a molded body.
  • step d) preheating for 3 to 10 minutes at a temperature condition of 160 to 210 °C; may further comprise a.
  • a sheath comprising a core part of (A) polyester fiber and (B) polyester fiber and a sheath part which is a non-hygroscopic copolymer resin surrounding the core part Sheath-core type bicomponent fibers may be mixed in a weight ratio of 1:99 to 70:30.
  • the plurality of nonwovens may be 2 to 10 sheets.
  • the molded body may be manufactured to a thickness of 5 to 7 mm.
  • the molded body is a structural material for home appliances; Architectural interior and exterior boards; Automotive interior and exterior materials; Interior and exterior materials for trains, ships and aircraft; Partition boards; Or an elevator structural material.
  • this invention provides the sandwich panel containing the said molded object.
  • the molded article according to the present invention has a high density and high physical properties such as flexural strength and tensile strength, less weight change due to moisture absorption even after long-term use, and less change in flexural strength and tensile strength, and so on.
  • Cover, washing board, etc. interior and exterior boards for building, interior and exterior materials for automobiles, interior and exterior materials for train / ship / aircraft, various partition boards, elevator structural materials, etc.
  • FIG. 1 is a photograph of the molded body according to the present invention observed by field emission-scanning electron microscopy (FE-SEM).
  • a molded article of a nonwoven fiber structure comprising a polyester fiber and a binder, wherein the binder is a non-hygroscopic copolymer resin, all or part of the polyester fiber is fused by the binder, the inside of the molded article Natural pores are included, and the molded body has an apparent density of 0.5 to 0.8 g / cm 3 , a flexural strength of 20 MPa or more, and a tensile strength of 50 to 80 MPa.
  • the inventors of the present invention by using a non-hygroscopic copolymer resin as a binder and manufacturing a molded article by a dry process, not only improves the physical properties such as bending strength and tensile strength of the manufactured molded article, but also a long time use in a high temperature and high humidity environment Since there is little change in physical properties, molded articles suitable for use in living materials, industrial materials and the like have been produced.
  • the molded article according to the invention has a nonwoven fiber structure, comprising polyester fibers and a binder. Since the molded article of the present invention has a nonwoven fiber structure in which fibers are entangled with each other, natural pores are included in the molded article, so that the air permeability is good and the weight can be improved. That is, since the fibers have natural pores formed while tangling with each other, unlike the case of artificially forming pores by an additive such as a blowing agent, manufacturing costs can be reduced, and the foaming process can be omitted, thereby increasing process efficiency. .
  • the average length of the polyester fiber included in the molded article according to the present invention is preferably 5 ⁇ 100mm, when the average length of the fiber is less than 5mm, it may be difficult to expect the effect of high elongation due to the short length of the fiber. On the contrary, when it exceeds 100 mm, the space occupied by the gap of the molded body can be reduced because the content of the fibers entangled with each other increases. In addition, when it exceeds 100mm, during the manufacture of the molded body, the dispersion of the fiber is not made smoothly, the physical properties of the molded body may be reduced.
  • the binder contained in the molded article according to the present invention is a non-hygroscopic copolymer resin.
  • the non-absorbent copolymer resin used in the present invention refers to a resin having a property of not absorbing moisture in the air, and specifically, based on the molded article of the present invention manufactured using the resin, 85 ° C. temperature and 85% relative humidity.
  • the weight change rate (that is, the increase rate of moisture content) of the molded body after being left to stand for 100 hours at is less than 0.1%, preferably less than 0.08%, more preferably less than 0.07%.
  • the moisture absorption of the PET fibers contained in the molded body is less than 0.05%
  • the weight change rate of the molded body is more than 0.05%
  • the non-absorbent copolymer resin used in the present invention is a weight change rate (ie, an increase in moisture content) of the molded article after being left to stand at 85 ° C. temperature and 85% relative humidity for 100 hours based on the final molded article. It is meant to have a low water absorption, preferably less than 0.08%, more preferably less than 0.07%.
  • non-hygroscopic copolymer resin a polyester fiber, a diol-based monomer having excellent crystallinity and excellent elasticity, and an acid component capable of providing flexibility can be copolymerized together.
  • the polyester fiber may be used any one or more selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polytrimethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, neo- diol monomers
  • PET polyethylene terephthalate
  • polytrimethylene terephthalate polybutylene terephthalate
  • polyethylene naphthalate polyethylene naphthalate
  • neo- diol monomers In the group consisting of pentyl glycol, diethylene glycol, ethylene glycol, poly (tetramethylene) glycol, 1,4-butanediol, 1,3-propanediol, 1,6-hexanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol
  • Any one or more selected may be used, and as the acid component, any one or more selected from the group consisting of isophthalic acid, adipic acid, 2,6-naphthalenedicarbox
  • All or part of the polyester fiber included in the molded article according to the present invention is fused by a binder that is a non-hygroscopic resin, the binder may have a melting point of 160 ° C or more.
  • the molded article according to the present invention has an apparent density of 0.5 to 0.8 g / cm 3 . Since it satisfies the density range, it may have a sufficient mechanical strength for use in the packaging material of a large cargo.
  • the molded article according to the present invention has a flexural strength of 20 MPa or more and a tensile strength of 50 to 80 MPa, and has excellent mechanical strength. Flexural strength of the molded body is measured on the basis of ASTM D790, tensile strength of the molded body is measured on the basis of ASTM D638.
  • the molded article according to the present invention has excellent mechanical rigidity in the range of flexural stiffness (Flexural Modulus) is 1.0 ⁇ 1.5 GPa, the tensile stiffness (Tension Stiffness) is 1.0 ⁇ 1.8 GPa. Flexural rigidity of the molded body is measured on the basis of ASTM D790, and tensile strength of the molded body is measured on the basis of ASTM D638.
  • the molded article according to the present invention has a tensile elongation in the range of 10 to 30%, a peel strength in the range of 150 to 200 N, and does not easily tear even when an external force is applied.
  • Tensile elongation of the molded body is measured on the basis of ASTM D638, the peel strength of the molded body is measured on the basis of KSF 4737.
  • the structural member for home appliances (TV back cover, board for washing machine, etc.), interior and exterior boards for building, interior and exterior materials for automobiles, interior and exterior materials for train / ship / aircraft (partitioner) Boards, etc.), various partition boards, elevator structural materials, and the like.
  • the molded article according to the present invention may further include a sheath-core type bicomponent fiber.
  • the sheath-core bicomponent fiber may include a core part of a polyester fiber; And a sheath part which is a non-hygroscopic copolymer resin surrounding the core part.
  • the sheath-core bicomponent fiber may be included in the molded article according to the present invention, since the resin of the sheath portion remains unmelted in the step of preparing the molded article according to the present invention.
  • the core part of the cis-core bicomponent fiber may be any one or more selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polytrimethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and polyethylene naphthalate. have.
  • PET polyethylene terephthalate
  • polytrimethylene terephthalate polytrimethylene terephthalate
  • polybutylene terephthalate polyethylene naphthalate
  • the sheath part of the sheath-core bicomponent fiber may use the same nonhygroscopic copolymer resin as the binder contained in the molded article according to the present invention.
  • the non-absorbent copolymer resin refers to a resin having a property of not absorbing moisture in the air, and specifically, based on the molded article of the present invention manufactured using the resin, 100 ° C. at 85 ° C. and 85% relative humidity.
  • the weight change rate (that is, the rate of increase in moisture content) of the molded article after being left to stand for time can be used less than 0.1%, preferably less than 0.08%, more preferably less than 0.07%.
  • the moisture absorption of the PET fibers contained in the molded body is less than 0.05%
  • the weight change rate of the molded body is more than 0.05%
  • the non-absorbent copolymer resin used in the present invention is a weight change rate (ie, an increase in moisture content) of the molded article after being left to stand at 85 ° C. temperature and 85% relative humidity for 100 hours based on the final molded article. It is meant to have a low water absorption, preferably less than 0.08%, more preferably less than 0.07%.
  • a polyester fiber is produced by copolymerizing a diol-based monomer having high crystallinity and excellent elasticity with an acid component capable of imparting flexibility, and satisfying the water absorption.
  • the polyester fiber may be used any one or more selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polytrimethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, neo- diol monomers
  • PET polyethylene terephthalate
  • polytrimethylene terephthalate polybutylene terephthalate
  • polyethylene naphthalate polyethylene naphthalate
  • neo- diol monomers In the group consisting of pentyl glycol, diethylene glycol, ethylene glycol, poly (tetramethylene) glycol, 1,4-butanediol, 1,3-propanediol, 1,6-hexanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol
  • Any one or more selected may be used, and as the acid component, any one or more selected from the group consisting of isophthalic acid, adipic acid, 2,6-naphthalenedicarbox
  • the sheath-core bicomponent fiber is produced by melt spinning and stretching using the components of the core portion and the components of the sheath portion.
  • the non-hygroscopic resin when used as the sheath component of the sheath-core bicomponent fiber, the flexural strength and the tensile strength can be improved, and the molded body can be manufactured by a dry process, thereby facilitating the production of a high density molded body.
  • the packaging material of a large cargo or the like even in an atmosphere of high temperature and high humidity, the physical properties and form retaining properties are good, it is possible to prevent the sag of the nonwoven fabric.
  • the molded article according to the present invention may further include a filler such as glass fiber, carbon fiber, polymer fiber and the like.
  • a flame retardant such as bromine-based organic flame retardant.
  • additives such as impact modifiers and heat stabilizers.
  • the method for producing the molded article according to the present invention may be prepared by the following method.
  • a sheath-core comprising a core part of (A) polyester fiber and (B) polyester fiber and a sheath part which is a non-hygroscopic copolymer resin surrounding the core part core type) mixing the bicomponent fibers, and then heating and pressing to prepare a nonwoven fabric; b) mounting the manufactured nonwoven fabric to a plurality of unwinding devices, and then moving to a hot press; And c) heating and pressing a plurality of nonwoven fabrics moved to the hot press under a temperature condition of 170 to 210 ° C. and a pressure condition of 1 to 10 MPa to produce a molded body.
  • a sheath-core comprising a core part of (A) polyester fiber and (B) polyester fiber and a sheath part which is a non-hygroscopic copolymer resin surrounding the core part.
  • Non-woven fabrics are prepared by mixing the sheath-core type bicomponent fibers followed by heating and pressing.
  • (A) polyester-based fibers and B) cis-core bicomponent fibers can be mixed in a weight ratio of 1:99 to 80:20.
  • the content of the B) cis-core bicomponent fiber is less than the above range, the fusion between the fibers may not be sufficient, resulting in poor physical properties of the nonwoven fabric.
  • a method of manufacturing a nonwoven fabric by heating and pressing may be used, but a conventional method of manufacturing a nonwoven fabric may be used.
  • a heat press to 160 to Non-woven fabric may be prepared by thermal bonding at a temperature of 210 ° C. for 5 seconds to 30 seconds.
  • step b) the manufactured nonwoven fabric is mounted on a plurality of unwinding devices, and then moved to a hot press.
  • 2 to 10 manufactured nonwoven fabrics may be mounted in a plurality of unwinding apparatuses according to the number, and then moved to a heating press for manufacturing a molded article.
  • the thickness of each nonwoven fabric becomes thin, so that the length of the nonwoven fabric wound in one unwinding apparatus becomes long. Therefore, since the number of times of use of the soft bomber for connecting the nonwovens continuously input during the continuous process can be reduced, there is an advantage that the process can be simplified.
  • step c) a plurality of nonwoven fabrics moved to the hot press is heated and pressed under a temperature condition of 170 to 210 °C and a pressure condition of 1 to 10 MPa to produce a molded body.
  • the heating press used in step c) is not particularly limited as long as it is generally used in the industry, and as a specific example, a double belt press may be used.
  • the molded product prepared in step c) may be manufactured to a thickness of 0.1 to 10 mm. If the thickness is less than 0.1mm, there is a problem that it is difficult to maintain excellent mechanical strength, and if the thickness exceeds 10mm, there is a problem that the moldability is deteriorated when the molded body is bent or deep drawing.
  • the physical properties of the manufactured molded article are the same as those of the molded article of the present invention.
  • step d) preheating for 3 to 10 minutes at a temperature condition of 160 to 210 °C may further include.
  • step c) when the preheating step is further included as described above, since heat energy is applied to the non-absorbing copolymer resin of the sheath portion of the cis-core bicomponent fiber in the nonwoven fabric, the heating and pressing step of step c) can be shortened. There is an advantage.
  • the present invention provides a sandwich panel comprising the molded body.
  • the sandwich panel according to the present invention the core layer 10 composed of the molded body according to the present invention; A skin layer 20 laminated on at least one surface of the core layer; And an adhesive layer for bonding the core layer and the skin layer.
  • the core layer 10 of the sandwich panel according to the present invention is composed of the molded body according to the present invention described above. It is preferable that the thickness of the said core layer is 0.1-10 mm. If the thickness is less than 0.1mm, there is a problem that it is difficult to maintain excellent mechanical strength, and if the thickness exceeds 10mm, there is a problem that the moldability is lowered when bending the sandwich panel or forming a deep drawing.
  • Skin layer 20 of the sandwich panel according to the present invention may be formed of a metal material, preferably selected from the group consisting of aluminum, iron, stainless steel (SUS), magnesium and electro-galvanized steel sheet (EGI). It may include one or more. For example, in order to have excellent moldability and flexural rigidity, the skin layer 20 including the electrogalvanized steel sheet (EGI) may be applied to the sandwich panel. In addition, to reduce the weight, the skin layer 20 including aluminum may be applied to the sandwich panel.
  • a metal material preferably selected from the group consisting of aluminum, iron, stainless steel (SUS), magnesium and electro-galvanized steel sheet (EGI). It may include one or more.
  • the skin layer 20 including the electrogalvanized steel sheet (EGI) may be applied to the sandwich panel.
  • the skin layer 20 including aluminum may be applied to the sandwich panel.
  • the thickness of the skin layer 20 may be 0.1 ⁇ 0.5mm. If the thickness is less than 0.1mm, it is difficult to maintain the structural rigidity of the skin layer, if the thickness exceeds 0.5mm, the weight reduction effect of the sandwich panel is reduced, there is a problem that the raw material cost increases.
  • the adhesive layer of the sandwich panel according to the present invention is applied between the core layer 10 and the skin layer 20 to adhere the core layer 10 and the skin layer 20. It is preferable to apply the adhesive layer to a uniform thickness in consideration of viscosity.
  • the core layer 10 and the skin layer 20 are laminated, and then cured to produce a sandwich panel. At this time, as the adhesive penetrates into the core layer 10 during curing, not only chemical bonding with the components constituting the core layer 10, but also the adhesive force between the skin layer 20 and the core layer 10 by mechanical bonding. This has the effect of being improved.
  • the chemical bond means that the adhesive becomes covalent bonds with the upper and lower surfaces of the core layer, hydrogen bonds, van der Waals bonds, ionic bonds, and the like.
  • the mechanical bond refers to a form in which an adhesive penetrates the core layer and is physically hung as if the rings are hung from each other. This form is also called mechanical interlocking.
  • the natural pores contained in the core layer allow the adhesive to penetrate the upper and lower surfaces of the core layer.
  • the adhesive constituting the adhesive layer may include at least one of an olefin adhesive, a urethane adhesive, an acrylic adhesive, and an epoxy adhesive.
  • the olefinic adhesive may be used one or more selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene and amorphous polyalphaolefin adhesives.
  • the urethane-based adhesive can be used without limitation as long as the adhesive includes a urethane structure (-NH-CO-O-).
  • the acrylic adhesive may include one or more of a polymethyl methacrylate adhesive, a hydroxy group-containing polyacrylate adhesive, and a carboxyl group-containing polyacrylate adhesive.
  • the epoxy adhesive may be formed of at least one of bisphenol-A epoxy adhesives, bisphenol-F epoxy adhesives, novolac epoxy adhesives, linear aliphatic epoxy resins, and cycloaliphatic epoxy resins. It may include.
  • the adhesive may include a photocurable adhesive, a hot melt adhesive, or a thermosetting adhesive, and any one of a photocuring method and a thermosetting method may be used.
  • a sandwich panel can be manufactured by thermosetting the laminated body containing a skin layer, a core layer, and an adhesive agent.
  • the thermosetting may be performed at 50 to 110 ° C., which is a curing temperature of the epoxy resin, for about 5 to 2 hours, and may be performed at room temperature for about 1 to 10 hours.
  • the adhesive layer may be applied to a thickness of approximately 20 ⁇ 300 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the adhesive layer may be applied to one surface of the skin layer by any one selected from a die coating method, a gravure coating method, a knife coating method, or a spray coating method.
  • the skin layer, the core layer, and the skin layer are sequentially stacked, and after the lamination step, a curing and pressing step may be performed, but is not limited thereto.
  • PET Polyethylene terephthalate
  • RPF 4 fine denier, fiber length 51mm
  • sheath-core PET fiber Toray Chemical, EZBON-L, fine 4 denier, sheath
  • the mixed fibers were carded with a roller carding machine and heat-bonded at a temperature of 190 ° C. for 10 seconds using a heating press to prepare a nonwoven fabric.
  • the nonwoven was then transferred to a double belt press at a speed of 5 m / min.
  • the heating temperature of the double belt press was 180 ° C.
  • the pressure was 5 MPa
  • a molded product having a thickness of 5.5 mm was prepared by heating / pressing for 2 minutes.
  • a molded article was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the polyethylene terephthalate (PET) fiber and the cis part were mixed with a cis-core type PET fiber having a non-hygroscopic resin in a weight ratio of 50:50.
  • PET polyethylene terephthalate
  • sheath portion was a non-hygroscopic resin sheath-core PET fiber (Toray Chemical Co., EZBON-L, fineness 4 denier, sheath portion melting point 110 ° C, fiber length 64 mm).
  • a molded article was prepared.
  • PET Polyethylene terephthalate
  • a polyester-based hot melt adhesive film which is a hygroscopic copolymer, was placed between the nonwoven fabrics, and then the nonwoven fabric was double belt pressed at a speed of 5 m / min. Press). At this time, the heating temperature of the double belt press was 110 ° C., the pressure was 5 MPa, and a molded product having a thickness of 5.5 mm was prepared by heating / pressing for 2 minutes.
  • PE polyester-based hot melt adhesive film
  • PET polyethylene terephthalate
  • Toray Chemical, RPF, fineness 4 denier, fiber length 51mm carded with roller carding machine to prepare a card web. After six sheets of this web were stacked, they were transferred to a conveyor belt provided with a steam spray nozzle. Thereafter, high temperature water vapor was injected in the thickness direction of the card web by the steam injection nozzle, and a molded article having a thickness of 5.5 mm was produced by passing through the web thickness adjusting roll.
  • a molded article was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature of the double belt press was changed to 160 ° C.
  • a molded article was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the pressure of the double belt press was 0.5 MPa.
  • the density was measured three times using an electronic hydrometer (VIBRA, DME-220E) and then measured as an average value. Then, using the density of each specimen, the porosity was derived by the following general formula.
  • Porosity (%) ⁇ 1- (Sample Density / Raw Material Density) ⁇ x100
  • Example Comparative example One 2 3 One 2 3 4 thickness 5.53 5.51 5.55 6.00 5.61 5.85 7.13 density 0.63 0.64 0.63 0.58 0.84 0.60 0.49 Density 1 ) 0.64 0.64 0.63 0.58 0.84 0.60 0.49 Porosity 45.0% 45.7% 45.0% 50.0% 43.8% 51.4% 42.1% Flexural Strength (MD) 28.95 23.76 26.18 1.89 18.56 20.45 12.22 Flexural Strength (MD) * 6.08 2.05 2.71 0.68 1.72 4.82 3.60 Flexural Strength (TD) 32.93 25.03 27.56 2.17 20.78 21.71 13.24 Flexural Strength (TD) * 8.52 2.99 3.33 0.72 1.84 5.49 3.64 Flexural rigidity 1.24 0.92 1.01 0.04 0.81 1.01 0.72 The tensile strength 110.89 101.24 103.59 58.03 150.44 83.26 52.54 Tensile stiffness 4.76 3.97 4.13 2.22 7.81 2.10 2.15 Tensile elongation 35.53 34
  • the molded article prepared in Examples 1 to 3 was found to be excellent in the physical properties of high-density, flexural strength, flexural rigidity, tensile strength, tensile rigidity, tensile elongation and peel strength.
  • Comparative Examples 1 to 4 were found to be inferior in mechanical properties compared to the Examples, in particular, in Comparative Example 1 using a hygroscopic copolymer, the degree of peeling was particularly weak due to dissimilar material bonding, and it was manufactured by a wet process.
  • Comparative Example 2 there was a problem of a decrease in the bonding of the moistened region and an increase in the density of the molded body due to the function.
  • Comparative Example 3 manufactured at a low heating temperature the degree of peeling of the binder was reduced, and thus the peeling degree was weak.
  • Comparative Example 4 manufactured at a low pressure the pressure was low and the compression was not properly performed. As a result, it was found that there is a problem in that the degree of peeling is weak as the binding between the fibers is weak at low density.

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Abstract

본 발명은 성형체 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 성형체는 고밀도이며 굴곡 강도나 인장 강도 등의 물성이 높고, 장기간 사용에 의하더라도 수분 흡수에 따른 중량 변화가 적고, 굴곡 강도 및 인장 강도 등의 변화가 적어 생활 자재 또는 산업 자재 등으로 사용하기에 적합하다.

Description

성형체 및 그의 제조방법
본 발명은 성형체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
부직 섬유 구조의 성형체는 일회용 기저귀 등의 위생 또는 의료 용도에 사용될 뿐만 아니라, 생활 자재에서부터 산업 자재까지 폭넓게 적용되고 있다.
이러한 부직 섬유 구조의 성형체는 니들 펀치, 열풍 서벌 본드 등의 방법으로 제조하기 때문에 유연성 및 경량성을 가지게 되지만, 경도가 낮기 때문에 생활 자재에서부터 산업 자재와 같은 다양한 분야에 적용하기 어려운 점이 있었다.
이를 개선하기 위하여, 다양한 방법으로 경도를 부여하여, 금속에 가까운 구조 강성을 가지면서도, 상대적으로 가벼운 부직 섬유 구조의 성형체를 제조하는 기술이 다양하게 연구되었다.
이러한 성형체를 제조하는 방법으로, 종래에는 섬유에 바인더를 혼합한 후, 고온의 수증기를 분사하여 접착하거나, 용액상에 함침시키는 등의 습식 공정을 사용하였다.
그러나, 이러한 습식 공정에 의해 제조된 성형체의 경우, 밀도가 낮고, 굴곡강도, 인장강도 등의 물성이 높지 않아, 외부로부터 강한 하중이 작용하였을 때, 쉽게 휘어지거나 찢어지는 등, 생활 자재나 산업 자재 등에 적용할 수 있는 정도의 물성을 확보하기 힘들다는 문제가 있었다.
또한, 이러한 성형체를 고온 다습한 환경에서 장기간 사용함에 따라서는, 성형체 내에 침투하는 수분이 증가하게 되고, 이에 따라서 성형체가 가지고 있는 물성, 예를 들어 굴곡강도나 인장강도가 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 성형체 내에 다량의 수분이 흡수되어 경량화 효과를 확보할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명자들은 상기 문제를 해결하기 위해, 습식 공정이 아닌 건식 공정에서, 비흡습성 수지를 바인더로 사용하여, 밀도가 높고 굴곡 강도나 인장 강도 등의 물성도 향상된 성형체에 관하여 연구하였고, 그 결과 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 고밀도이며 굴곡 강도나 인장 강도 등의 물성이 높은 성형체를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 장기간 사용에 의하더라도 수분 흡수에 따른 중량 변화가 적고, 굴곡 강도 및 인장 강도 등의 변화가 적은 성형체를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은
폴리에스테르계 섬유 및 바인더를 포함하는, 부직 섬유 구조의 성형체로서,
상기 바인더는 비흡습성 공중합 수지이고, 상기 폴리에스테르계 섬유의 전부 또는 일부는 상기 바인더에 의하여 융착되고, 상기 성형체 내에는 자연 기공이 포함되고, 상기 성형체는 겉보기 밀도가 0.5~0.8g/cm3이며, 굴곡강도(Flexural Strength)가 20 MPa 이상이고, 인장강도 (tensile Strength)가 50 내지 80 MPa인, 성형체를 제공한다.
이때, 상기 성형체는 굴곡강성(Flexural Modulus)이 1.0~1.5 GPa이고, 인장 강성 (Tension Stiffness)이 1.0~1.8 GPa의 범위일 수 있다.
이때, 상기 성형체는 인장 신율 (Tensile Elongation )이 10~30%의 범위일 수 있다.
이때, 상기 성형체는 박리강도가 150~200 N의 범위일 수 있다.
이때, 상기 폴리에스테르계 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
이때, 상기 비흡습성 공중합 수지는 85℃ 온도 및 상대습도 85%에서 100시간 항온/항습 후 중량 변화율이 0.1% 미만일 수 있다.
이때, 상기 바인더는 녹는점이 160℃ 이상일 수 있다.
이때, 상기 성형체는, 폴리에스테르계 섬유의 코어부(core part); 및 상기 코어부를 둘러싼 비흡습성 공중합 수지인 시스부(sheath part);를 포함하는 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은
a) (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 부직포를 제조하는 단계; b) 상기 제조된 부직포를 복수의 언와인딩 장치에 장착한 후, 가열 프레스로 이동시키는 단계; 및 c) 상기 가열 프레스로 이동된 복수의 부직포를 170 내지 210℃의 온도조건 및 1 내지 10 MPa의 압력조건에서 가열 및 가압하여 성형체를 제조하는 단계;를 포함하는, 성형체의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 b) 단계와 c) 단계 사이에, d) 160 내지 210℃의 온도 조건에서 3 내지 10분간 예열하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 a) 단계에서, (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 1:99 내지 70:30의 중량비로 혼합할 수 있다.
이때, 상기 복수의 부직포는 2 내지 10장일 수 있다.
이때, 상기 성형체는 5 내지 7 mm의 두께로 제조될 수 있다.
이때, 상기 성형체는, 가전용 구조재; 건축용 내외장 보드; 자동차 내외장재; 기차, 선박, 항공기용 내외장재; 칸막이용 보드; 또는 엘레베이터 구조재;에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 성형체를 포함하는, 샌드위치 패널을 제공한다.
본 발명에 따른 성형체는 고밀도이며 굴곡 강도나 인장 강도 등의 물성이 높고, 장기간 사용에 의하더라도 수분 흡수에 따른 중량 변화가 적고, 굴곡 강도 및 인장 강도 등의 변화가 적어, 가전용 구조재 (TV백커버, 세탁기용 보드 등), 건축용 내외장 보드, 자동차 내외장재, 기차/선박/항공기용 내외장재, 각종 칸막이용 보드, 엘레베이터 구조재 등에 사용하기에 적합하다.
도 1은 본 발명에 따른 성형체를 FE-SEM(Field Emission-Scanning Electron Microscopy)으로 관찰한 사진이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
성형체
본 발명에서는 폴리에스테르계 섬유 및 바인더를 포함하는, 부직 섬유 구조의 성형체로서, 상기 바인더는 비흡습성 공중합 수지이고, 상기 폴리에스테르계 섬유의 전부 또는 일부는 상기 바인더에 의하여 융착되고, 상기 성형체 내에는 자연 기공이 포함되고, 상기 성형체는 겉보기 밀도가 0.5~0.8g/cm3이며, 굴곡강도(Flexural Strength)가 20 MPa 이상이고, 인장강도 (tensile Strength)가 50 내지 80 MPa인, 성형체을 제공한다.
본 발명자들의 실험 결과, 흡습성 수지를 바인더로 사용하고 습식 공정에 의하여 제조되는 종래의 성형체의 경우, 제조된 성형체의 굴곡강도나 인장 강도 등의 물성이 떨어지게 되고, 고온 다습한 환경에서 장기간 사용하는 경우 각종 물성의 변화가 심해지기 때문에, 가전용 구조재 (TV백커버, 세탁기용 보드 등), 건축용 내외장 보드, 자동차 내외장재, 기차/선박/항공기용 내외장재, 각종 칸막이용 보드, 엘레베이터 구조재 등에 사용하는데 적합하지 않다는 문제점이 있었다.
그러나 본 발명자들은, 비흡습성 공중합 수지를 바인더로 사용하고 건식공정에 의하여 성형체를 제조함으로써, 제조된 성형체의 굴곡강도나 인장 강도 등의 물성이 개선될 뿐만 아니라, 고온 다습한 환경에서 장기간 사용하더라도 각종 물성의 변화가 거의 없기 때문에, 생활 자재나 산업 자재 등으로 사용하는데 적합한 성형체를 제조하기에 이르렀다.
본 발명에 따른 성형체는 폴리에스테르계 섬유 및 바인더를 포함하는, 부직 섬유 구조를 가진다. 본 발명의 성형체는 섬유가 서로 엉켜 있는 부직 섬유 구조를 가지고 있기 때문에 성형체 내에 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 제조비용을 절감할 수 있으며, 발포 공정을 생략할 수 있어 공정 효율도 높일 수 있다.
본 발명에 따른 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.
본 발명에 따른 성형체에 포함되는 바인더는 비흡습성 공중합 수지이다.
본 발명에서 사용되는 비흡수성 공중합 수지는 공기 중의 수분을 흡수하지 않는 성질을 가지는 수지를 말하며, 구체적으로는 상기 수지를 이용하여 제조되는 본 발명의 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, 본 발명에서 사용되는 비흡수성 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, 폴리 에스테르계 섬유와, 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, 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.
본 발명에 따른 성형체에 포함되는 폴리에스테르계 섬유의 전부 또는 일부는 비흡습성 수지인 바인더에 의하여 융착되고, 상기 바인더는 녹는점이 160℃ 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 성형체는 겉보기 밀도가 0.5~0.8g/cm3이다. 상기 밀도 범위를 만족하기 때문에 대형 화물의 포장 재료 등에 사용하기에 충분한 기계적 강도를 가질 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 성형체는, 굴곡강도(Flexural Strength)가 20 MPa 이상이고, 인장강도 (tensile Strength)가 50 내지 80 MPa으로 우수한 기계적 강도를 가진다. 상기 성형체의 굴곡강도는 ASTM D790의 기준으로 측정되고, 상기 성형체의 인장강도는 ASTM D638의 기준으로 측정되는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 성형체는 굴곡강성(Flexural Modulus)이 1.0~1.5 GPa이고, 인장 강성 (Tension Stiffness)이 1.0~1.8 GPa의 범위로 우수한 기계적 강성을 가진다. 상기 성형체의 굴곡강성은 ASTM D790의 기준으로 측정되고, 상기 성형체의 인장 강성은 ASTM D638의 기준으로 측정되는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 성형체는 인장 신율 (Tensile Elongation )이 10~30%의 범위이고, 박리강도가 150~200 N의 범위로, 외부의 힘이 작용하더라도 쉽게 찢어지지 않는 장점이 있다. 상기 성형체의 인장 신율은 ASTM D638의 기준으로 측정되고, 상기 성형체의 박리강도는 KSF 4737의 기준으로 측정되는 것이다.
본 발명에 따른 상기 성형체는, 상기와 같은 기계적 강도를 만족하기 때문에, 가전용 구조재(TV백커버, 세탁기용 보드 등), 건축용 내외장 보드, 자동차 내외장재, 기차/선박/항공기용 내외장재(칸막기등의 보드), 각종 칸막이용 보드, 엘레베이터 구조재 등으로 사용할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 상기 성형체는, 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, 본 발명에 따른 성형체의 제조단계에서 투입되었던 것이 시스부의 수지가 융해되지 않은 상태로 남아 있기 되어, 본 발명에 따른 성형체에 포함될 수 있다.
상기 시스-코어형 이성분 섬유 중 코어부는 폴리에스테르계 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 시스-코어형 이성분 섬유 중 시스부는, 본 발명에 따른 성형체에 포함되는 바인더와 동일한 비흡습성 공중합 수지를 사용할 수 있다.
구체적으로 상기 비흡수성 공중합 수지는 공기 중의 수분을 흡수하지 않는 성질을 가지는 수지를 말하며, 구체적으로는 상기 수지를 이용하여 제조되는 본 발명의 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, 본 발명에서 사용되는 비흡수성 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 비흡성 공중합 수지로는, 폴리 에스테르계 섬유를 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, 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 성형체를 제조하기에 용이해진다. 또한, 대형 화물의 포장재 등에 이용하면 고온 다습의 분위기 하에서도 물성과 형태유지성이 양호하여 부직포의 처짐 현상을 방지할 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) (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 부직포를 제조하는 단계; b) 상기 제조된 부직포를 복수의 언와인딩 장치에 장착한 후, 가열 프레스로 이동시키는 단계; 및 c) 상기 가열 프레스로 이동된 복수의 부직포를 170 내지 210℃의 온도조건 및 1 내지 10 MPa의 압력조건에서 가열 및 가압하여 성형체를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
먼저 a) 단계에서는, (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 부직포를 제조한다.
상기 a) 단계에서, (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 부직포의 물성이 떨어질 수 있다.
상기 a) 단계에서, 가열 및 가압하여 부직포를 제조하는 방법을 통상의 부직포의 제조방법을 사용할 수 있으나, 일례로는 혼합된 섬유들을 롤러 카딩기 등으로 카딩한 후, 가열 프레스를 사용하여 160 내지 210℃의 온도로 5 초 내지 30초간 열접착하여 부직포를 제조할 수 있다.
다음으로 b) 단계에서는, 상기 제조된 부직포를 복수의 언와인딩 장치에 장착한 후, 가열 프레스로 이동시킨다.
상기 b) 단계에서는 제조된 부직포 2 내지 10장을 개수에 맞게 복수의 언와인딩 장치에 장착한 후, 성형체 제조를 위한 가열 프레스로 이동시킬 수 있다. 이렇게 복수의 언와인딩 장치를 사용하여 복수의 부직포를 사용하게 되면, 각각의 부직포의 두께가 얇아지기 때문에, 하나의 언와인딩 장치에 권취되는 부직포의 길이가 길어지게 된다. 따라서 연속적인 공정 중에 연속적으로 투입되는 부직포 사이를 이어주기 위한 연폭기의 사용 횟수를 줄일 수 있기 때문에, 공정을 단순화 시킬 수 있다는 장점이 있다.
그리고, c) 단계에서는, 상기 가열 프레스로 이동된 복수의 부직포를 170 내지 210℃의 온도조건 및 1 내지 10 MPa의 압력조건에서 가열 및 가압하여 성형체를 제조한다.
상기 c) 단계에서 사용되는 가열 프레스는, 통상 업계에서 사용하는 것이라면 특별한 제한은 없으며, 구체적인 일례로 더블 벨트 프레스(Double Belt Press) 등을 사용할 수 있다.
상기 c) 단계에서 제조되는 성형체는 0.1 내지 10 mm의 두께로 제조될 수 있다. 두께가 0.1mm 미만이면 우수한 기계적 강도를 유지하기 어려운 문제가 있고, 두께가 10mm를 초과하게 되면 성형체를 굽히거나 딥 드로잉(deep drawing) 성형시에 성형성이 저하되는 문제점이 있다. 상기 제조된 성형체의 물성은 앞서 살펴본 본 발명의 성형체의 물성과 같다.
또한, 본 발명에 따른 상기 성형체의 제조방법은,
상기 b) 단계와 c) 단계 사이에, d) 160 내지 210℃의 온도 조건에서 3 내지 10분간 예열하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 예열 단계를 더 포함하게 되면, 부직포 내의 시스-코어형 이성분 섬유의 시스부의 비흡수성 공중합체 수지에 열에너지가 미리 가해지기 때문에, c) 단계의 가열 및 가압 공정의 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.
샌드위치 패널
본 발명은 상기 성형체를 포함하는 샌드위치 패널을 제공한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 샌드위치 패널은, 본 발명에 따른 상기 성형체로 구성되는 코어층(10); 상기 코어층의 일면 이상에 적층된 스킨층(20); 및 상기 코어층과 스킨층을 접착하는 접착층을 포함한다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널의 코어층(10)은, 앞서 살펴본 본 발명에 따른 상기 성형체로 구성된다. 상기 코어층의 두께는 0.1 내지 10mm인 것이 바람직하다. 두께가 0.1mm 미만이면 우수한 기계적 강도를 유지하기 어려운 문제가 있고, 두께가 10mm를 초과하게 되면 샌드위치 패널을 굽히거나 딥 드로잉(deep drawing) 성형시에 성형성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널의 스킨층(20)은 금속 재질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄, 철, 스테인레스강(SUS), 마그네슘 및 전기아연도금강판(EGI)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 일례로, 우수한 성형성 및 굴곡강성을 가지기 위해, 전기아연도금강판(EGI)을 포함하는 스킨층(20)을 샌드위치 패널에 적용할 수 있다. 또한, 경량화를 가지기 위해 알루미늄을 포함하는 스킨층(20)을 샌드위치 패널에 적용할 수 있다.
상기 스킨층(20)의 두께는 0.1~0.5mm 일 수 있다. 상기 두께가 0.1mm 미만이면 스킨층의 구조적 강성을 유지하기 어렵고, 0.5mm를 초과하면 샌드위치 패널의 경량화 효과가 감소되며, 원재료비가 증가하는 문제가 있다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널의 접착층은 상기 코어층(10)과 스킨층(20) 사이에 도포되어, 코어층(10)과 스킨층(20)를 접착하는 것이다. 상기 접착층은 점도를 고려하여 균일한 두께로 도포하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 코어층(10)과 스킨층(20)을 적층한 후, 경화시켜 샌드위치 패널을 제조할 수 있다. 이때, 경화하는 과정에서 접착제가 코어층(10)으로 파고 들어가면서, 코어층(10)을 이루는 성분들과의 화학적 결합뿐만 아니라, 기계적 결합에 의해 스킨층(20)과 코어층(10)의 접착력이 향상되는 효과가 있다. 상기 화학적 결합은 접착제가 코어층의 상부면, 하부면과의 공유 결합, 수소결합, 반데르발스 결합, 이온 결합 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 코어층의 상부면과 하부면에 스며들어간다.
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 5 내지 2시간 동안 수행될 수 있으며, 상온에서도 대략 1~10시간 동안 경화가 수행될 수도 있다.
상기 접착층은 대략 20~300㎛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.
본 발명에 따른 샌드위치 패널은 일례로 상기 스킨층, 코어층, 스킨층이 순차적으로 적층되어 형성되는데, 적층 단계 이후, 경화 및 압착단계가 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 샌드위치 패널은 기계적 물성이 좋은 성형체를 사용함으로써, 기계적 강도뿐만 아니라 성형성도 우수하다. 또한, 고밀도이며 굴곡 강도나 인장 강도 등의 물성이 높고, 장기간 사용에 의하더라도 수분 흡수에 따른 중량 변화가 적고, 굴곡 강도 및 인장 강도 등의 변화가 적어, 가전용 구조재(TV백커버, 세탁기용 보드 등), 건축용 내외장 보드, 자동차 내외장재, 기차/선박/항공기용 내외장재(칸막기등의 보드), 각종 칸막이용 보드, 엘레베이터 구조재 등으로 사용하기에 적합하다.
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.
실시예 : 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4
(1) 성형체의 제조
[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 혼합된 섬유를 롤러 카딩기로 카딩하고 가열프레스를 사용하여 190℃의 온도에서 10초간 열접착하여 부직포를 제조하였다.
상기 부직포를 6개의 언와인딩 장치에 장착한 후, 6장의 부직포를 챔버 내 온도가 180℃인 예열 챔버에 진입시킨 후 3분간 예열시켰다.
이후 상기 부직포를 5 m/분의 속도로 더블 벨트 프레스(double Belt Press)에 이송시켰다. 이 때 더블 벨트 프레스의 가열온도는 180℃, 압력은 5MPa이었으며, 2분간 가열/가압처리를 하여 5.5 ㎜ 두께의 성형체를 제조하였다.
[실시예 2]
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유와 시스부가 비흡습성 수지인 시스-코어형 PET 섬유를 50:50의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 성형체를 제조하였다.
[실시예 3]
시스부가 비흡습성 수지인 시스-코어형 PET 섬유(도레이 케미칼社, EZBON-L, 섬도 4데니어, 시스부 녹는점 110℃, 섬유 길이 64 ㎜)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 성형체를 제조하였다.
[비교예 1]
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유 (도레이 케미칼社, RPF, 섬도 4데니어, 섬유 길이 51㎜)를 롤러 카딩기로 카딩하고 가열프레스를 사용하여 190℃의 온도에서 10초간 열접착하여 부직포를 제조하였다.
상기 부직포를 7장 준비한 후, 각 부직포의 사이에 흡습성 공중합체인 폴리 에스테르계 핫멜트 접착 필름 (케미텍 코리아社, PE)을 위치시킨 후, 부직포를 5 m/분의 속도로 더블 벨트 프레스(double Belt Press)에 이송시켰다. 이 때 더블 벨트 프레스의 가열온도는 110℃, 압력은 5MPa이었으며, 2분간 가열/가압처리를 하여 5.5 ㎜ 두께의 성형체를 제조하였다.
[비교예 2]
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유 (도레이 케미칼社, RPF, 섬도 4데니어, 섬유 길이 51㎜)에 유리섬유를 1:1의 중량비로 혼합한 후, 로울러 카딩기로 카딩하여 카드 웹을 제조한 후, 이 웹을 6장 중첩시킨 후, 증기 분사 노즐이 설치된 컨베이어 벨트로 이송시켰다. 이 후, 증기 분사 노즐에서 고온 수증기를 카드 웹의 두께 방향으로 분사하고, 웹 두께 조정 롤을 통과시켜 5.5 ㎜ 두께의 성형체를 제조하였다.
[비교예 3]
더블 벨트 프레스의 가열온도를 160℃로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 성형체를 제조하였다.
[비교예 4]
더블 벨트 프레스의 압력을 0.5MPa로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 성형체를 제조하였다.
실험예 : 성형체의 물성 측정
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 성형체를 시편으로 제작한 후, 하기의 방법으로 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(1) 밀도(g/cm3) 및 공극률(%):
15㎜ｘ15㎜ｘ1㎜ 크기로 제단하여 시편을 마련한 후, 전자식 비중계(VIBRA, DME-220E)를 사용하여, 밀도를 3회 측정한 후 평균값으로 측정하였다. 이어서 각 시편의 밀도를 이용하여, 하기 일반식에 의하여 공극률을 도출하였다.
[일반식]
공극률(%)= {1-(시편 밀도/원재료 밀도)}ｘ100
(2) 굴곡강도(MPa) 및 굴곡강성(GPa): ASTM D790에 근거하여 3회 측정한 후 평균값으로 측정하였다.
(3) 인장강도(MPa), 인장강성(GPa) 및 인장신율(%): ASTM D638에 3회 측정한 후 평균값으로 측정하였다.
(4) 박리강도(N): KSF 4737에 근거하여 3회 측정한 후 평균값으로 측정하였다.
* 80℃에서 10분간 방치 후 측정함.
　 실시예 비교예
　 1 2 3 1 2 3 4
두께 5.53 5.51 5.55 6.00 5.61 5.85 7.13
밀도 0.63 0.64 0.63 0.58 0.84 0.60 0.49
밀도1 ) 0.64 0.64 0.63 0.58 0.84 0.60 0.49
공극률 45.0% 45.7% 45.0% 50.0% 43.8% 51.4% 42.1%
굴곡강도(MD) 28.95 23.76 26.18 1.89 18.56 20.45 12.22
굴곡강도(MD)* 6.08 2.05 2.71 0.68 1.72 4.82 3.60
굴곡강도(TD) 32.93 25.03 27.56 2.17 20.78 21.71 13.24
굴곡강도(TD)* 8.52 2.99 3.33 0.72 1.84 5.49 3.64
굴곡강성 1.24 0.92 1.01 0.04 0.81 1.01 0.72
인장강도 110.89 101.24 103.59 58.03 150.44 83.26 52.54
인장강성 4.76 3.97 4.13 2.22 7.81 2.10 2.15
인장신율 35.53 34.91 35.12 21.06 2.03 31.56 19.63
박리강도 172.03 152.24 165.58 56.44 78.34 157.73 70.37
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 3에서 제조된 성형체는 고밀도이면서도 굴곡 강도, 굴곡 강성, 인장 강도, 인장 강성, 인장 신율 및 박리강도의 물성이 뛰어난 것을 알 수 있었다.
이에 반하여 비교예 1 내지 4는 실시예들에 비하여 기계적 물성이 떨어지는 것을 알 수 있었으며, 특히 흡습성 공중합체를 사용한 비교예 1의 경우 이종 재료 접합으로 박리 정도가 특히 취약하였고, 습식 공정에 의하여 제조된 비교예 2의 경우 경우 함수된 영역의 접합 저하와 함수로 인한 성형체의 밀도 증가의 문제가 있었고, 낮은 가열 온도로 제조된 비교예 3의 경우 바인더가 융착되는 정도가 줄어들어 박리 정도가 취약한 문제가 있었고, 낮은 압력으로 제조된 비교예 4의 경우 압력이 낮아 압착이 제대로 이루어지지 않았으며, 이로 인해 낮은 밀도로 섬유간의 결속이 취약해지면서 박리 정도가 취약한　문제가 있다는 것을 알 수 있었다.

Claims (15)

  1. 폴리에스테르계 섬유 및 바인더를 포함하는, 부직 섬유 구조의 성형체로서,
    상기 바인더는 비흡습성 공중합 수지이고,
    상기 폴리에스테르계 섬유의 전부 또는 일부는 상기 바인더에 의하여 융착되고,
    상기 성형체 내에는 자연 기공이 포함되고,
    상기 성형체는 겉보기 밀도가 0.5~0.8g/cm3이며, 굴곡강도(Flexural Strength)가 20 MPa 이상이고, 인장강도 (tensile Strength)가 50 내지 80 MPa인, 성형체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 성형체는 굴곡강성(Flexural Modulus)이 1.0~1.5 GPa이고, 인장 강성 (Tension Stiffness)이 1.0~1.8 GPa의 범위이고, 인장 신율 (Tensile Elongation )이 10~30%의 범위이고, 박리강도가 150~200 N의 범위인, 성형체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르계 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인, 성형체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비흡습성 공중합 수지는 85℃ 온도 및 상대습도 85%에서 100시간 항온/항습 후 중량 변화율이 0.1% 미만인, 성형체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 바인더는 녹는점이 160℃ 이상인, 성형체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 성형체는, 폴리에스테르계 섬유의 코어부(core part); 및 상기 코어부를 둘러싼 비흡습성 공중합 수지인 시스부(sheath part);를 포함하는 시스-코어형(sheath-core type) 이성분(bicomponent) 섬유를 더 포함하는, 성형체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폴리에스테르계 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인, 성형체.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 비흡습성 공중합 수지인 시스부는, 85℃ 온도 및 상대습도 85%에서 100시간 항온/항습 후 중량 변화율이 0.1% 미만인, 성형체.
  9. a) (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 부직포를 제조하는 단계;
    b) 상기 제조된 부직포를 복수의 언와인딩 장치에 장착한 후, 가열 프레스로 이동시키는 단계; 및
    c) 상기 가열 프레스로 이동된 복수의 부직포를 170 내지 210℃의 온도조건 및 1 내지 10 MPa의 압력조건에서 가열 및 가압하여 성형체를 제조하는 단계;를 포함하는, 성형체의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 b) 단계와 c) 단계 사이에, d) 160 내지 210℃의 온도 조건에서 3 내지 10분간 예열하는 단계;를 더 포함하는, 성형체의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 a) 단계에서, (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 1:99 내지 80:20의 중량비로 혼합하는, 성형체의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 부직포는 2 내지 10장인, 성형체의 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 성형체는 5 내지 7 mm의 두께로 제조되는, 성형체의 제조방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 성형체는 가전용 구조재; 건축용 내외장 보드; 자동차 내외장재; 기차, 선박, 항공기용 내외장재; 칸막이용 보드; 또는 엘레베이터 구조재;에 사용되는 것인, 성형체.
  15. 제1항의 성형체를 포함하는, 샌드위치 패널.
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