KR100348783B1

KR100348783B1 - 자동차 내장용 성형기재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100348783B1
Application number: KR1020000020021A
Authority: KR
Inventors: 류성용; 김시환
Original assignee: 한국바이린주식회사
Priority date: 2000-04-17
Filing date: 2000-04-17
Publication date: 2002-08-14
Also published as: KR20000053801A

Abstract

본 발명은 자동차 내장용 성형기재에 관한 것으로, 특히 자동차 천정, 본네트 후드(Bonnet Hood), 도어 트림(Door Trim), 트렁크(Trunk) 등에 사용하는 성형기재(基材)와 그 제조방법에 관한 것이다.

본 자동차 내장용 성형기재는 열가소성 폼의 양면에 부직포 보강재를 접착수지에 의해서 접착시킨 샌드위치 구조의 성형기재를 제조하는데 있어서 저융점 수지와 고융점 수지를 동시에 방사시켜 얻어진 특수섬유, 난연섬유, 항균섬유를 사용하여 부직포 보강재를 제조하며, 부직포 보강재 제조시 부직포 보강재 사이에 별도의 강화층을 연속으로 공급하여 강화층을 삽입한 부직포 보강재층이 니들펀칭이나 포인트 실링 중 어느 하나의 공정에 의해서 결합되고, 부직포 보강재의 한쪽면에 접착수지를 일괄공정으로 라미네이팅시켜 샌드위치 구조의 성형기재 제조공정을 획기적으로 단순화시켜 저렴한 비용으로 자동차용 성형기재에서 요구하는 형태안정성, 내열안정성, 난연성, 항균성, 대량생산성,치수안정성, 저중량화 등의 요구성질을 만족시키는 자동차용 성형기재를 제조하여 국내자동차의 품질향상에 기여할 수 있으며,자동차의 연비절감에 의한 국제경쟁력을 강화시키는 효과를 제공하게 된다.

Description

자동차 내장용 성형기재 및 그 제조방법{Moldable Substrate for Automotive Top Ceiling and Method of Processing}

본 발명은 자동차 내장용 성형기재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 자동차 천정용 성형기재, 본네트 후드(Bonnet Hood), 도어트림(Door Trim), 트렁크(Trunk)등에 사용되는 자동차 내장용 성형기재에 관한 것이다. 자동차용 내장재에서 천정기재는 적용면적이 넓고 3차원구조를 이루고 있어 여러 가지 다양한 특성이 요구된다.

최근 자동차 산업은 급속도로 발전해 왔으며 대량생산화 되어 자동차용 내장기재도 성형에 의한 대량생산이 불가피하게 되었다. 따라서 성형작업성이 우수하며, 성형제품의 운송시 파손 및 오염이 없으며, 조립작업시 작업자의 취급이 용이해야 한다.

또한 환경오염 문제가 심각한 문제로 대두되면서 폐기물에 의한 환경오염을 절감시키는 소재의 재활용성과 자동차의 매연에 의한 대기오염 절감을 위하여 연비절감이 자동차의 개발에 중요한 포인트가 되고 있다. 이러한 환경오염을 절감시키기 위해서 최근의 자동차 부품의 개발방향은 재활용 물질이면서 연비절감을 위한 저중량화 되고 있다.

자동차 천정재는 적용면적이 넓고 3차원 구조의 복잡한 구조를 이루고 있어 형태안정성이 필수적이며, 여러 지역의 기후조건에 만족하는 내후성이 필요하다. 내후성은 열대지방의 고온다습, 극지방의 저온건조, 강우량이 많은 지방의 다습한 조건에서 장기간 운행시 천정기재가 수축 및 팽창하는 형태변형이 없고, 고온에 장기간 노출시 소재별 층간의 박리가 발생하지 않아야 한다.

현재 사용되어 지고 있는 천정기재로는 종이를 기본소재로 하여 폴리에틸렌 시트(PE Sheet), 알루미늄 호일 등을 보강한 페이퍼 보드(Paper Board), 잡사 펠트에 페놀 레진(Phenol Resin) 등의 열경화성 수지를 함침한 레진 펠트(Resin Felt),글라스 울(Glas Wool)에 열경화성 수지를 함침한 글라스 펠트(Glass Felt) 등이 사용되고 있다.

이러한 기재들은 각기 우수한 장점을 가지고 있으나 또한 상당한 단점을 가지고 있어 문제시 되고 있는 실정이다.

페이퍼 보드의 경우 타소재에 비해 가볍고 종이로 이루어져 있기 때문에 폐기처리가 용이하다는 장점은 있으나, 낮은 신율에 의한 성형시 주름이 발생하고, 습기에 약한 문제점이 있다.

레진 펠트는 강도가 강하여 대형차의 천정기재로 많이 쓰이고 있으나, 중량이 무거워 자동차의 연비절감에 역행하는 문제점과 열경화성 수지인 페놀수지를 사용하기 때문에 폐기처리가 문제시 되고 있다.

글라스 펠트의 경우 흡음성이 우수하고 강도가 강하다는 장점이 있으나, 유리섬유의 전형적인 문제점인 작업성이 매우 나쁘고 폐기처리도 문제시 되고 있다.

따라서 유럽, 미국, 일본 등 선진국에서는 1980년대 후반부터 가볍고 흡음성이 우수한 폴리우레탄 폼 및 폴리스틸렌 폼을 기본으로 한 자동차용 내장기재가 개발되기 시작하였으며, 1987년 독일의 BASF사에서 열에 의하여 형상유지가 가능한 열가소성(Thermo Formable) 폴리우레탄 폼을 발표하면서 개발이 활발하게 진행되었다.

1990년대 초에 독일의 메르세데스 벤츠(BENZ)사에서 열가소성(Thermo Formable) 폴리우레탄 폼을 기본으로 하고, 폼재(材)의 앞.뒷면에 보강층을 접착한 샌드위치 구조의 복합 천정기재를 개발 적용시키며 급속하게 확산되어 최근에는 유럽 자동차의 70∼80% 가량이 열가소성 폴리우레탄 폼을 기본으로 하고 앞,뒷면에 보강층을 접착한 샌드위치 구조의 복합 천정기재를 사용하고 있는 실정이다.

이러한 샌드위치식 구조의 복합 천정기재는 폼재(材)와 보강재의 2부분으로 구성되어 있다.

폼재(材)의 경우 바스프(BASF), 바이엘(BAYER)과 같은 화학회사에 의해서 꾸준한 발전을 이루어 경질, 반경질의 폼이 최근 많이 사용되고 있다.

부직포 보강재의 경우 다양한 종류의 소재들이 개발되어 특허출원 되었으나 최근에는 크게 두 방식으로 사용되고 있다.

도 1은 종래의 보강층을 형성한 자동차 내장용 성형기재의 단면도이고, 도 2는 종래의 글라스층과 글라스 보강층을 형성한 자동차 내장용 성형기재의 단면도이다.

첫번째는 개발초기부터 꾸준하게 최근까지 사용되고 있는 도 1의 구조를 가지는 것으로 기재층(1)은 폴리우레탄 폼(2)의 상,하면에 접착수지층(3a,3b)을 형성하여 글라스층(4a,4b)을 접착하고, 상기 상,하 글라층(4a,4b)의 일면에 접착수지층(5a,5b)을 형성하여 글라스차단층(6a,6b)을 복합적으로 형성하며, 글라스 차단층(6a)에 접착수지층(7)을 형성하여 표피재(8)를 접착한 표피재층(10)으로 구성되었다.

상기와 같은 글라스층(4a,4b)과 글라스 차단층(6a,6b)으로 구성된 복합기재가 있으나, 이러한 방식은 강도, 내열안정성 및 흡음성능이 우수하지만 여러층을 핫멜트와 같은 접착제층으로 접착시켜야 하기 때문에 제조비용이 많이 들고, 글라스(Glass)에 의한 작업성이 나쁘다는 문제점이 있다.

또한, 도 2의 구조를 가지는 기재층(11)은 폴리우레탄 폼(12)의 상.하면에 접착수지층(13a,13b)을 형성하여 보강층(14a,14b)을 접착하였고, 상기 보강층(14a)의 일면에 접착수지층(15a)을 형성하여 표피재(18)를 접착하여 표피재층(20)을 형성하였다.

상기와 같이 글라스(Glass)층을 제외한 단순한 보강층을 접착한 3층 구조의 복합기재가 개발 사용되었으며, 이러한 보강층으로는 합성섬유 부직포, 천연섬유 보강층, 필름(Film)층, 직물층 등이 개발되었으나 여러 가지 문제점이 있어 최근에는 소량이 남아 있는 실정이다.

특히, 합성섬유 부직포를 사용하는 경우에는 제조비용이 적게 들지만 내열안정성 및 형태안정성이 문제시 되고, 천연섬유층을 열용융섬유로 접합시켜 보강층으로 사용하는 경우(특허 EP-0832787 A1) 내열성 면에서는 합성섬유에 비해서 유리하지만 습기에 약하고, 부패에 의한 냄새가 발생하며, 천연섬유의 안정적인 공급이 어렵다는 문제점이 있다. 필름층의 경우 통기성이 없어 흡음성능이 부족하며, 직물층의 경우에는 가격이 비싸고, 신율이 부족하여 성형성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 자동차 내장용 성형기재의 제조시 열가소성 폼의 양면에 저융점 수지와 고융점 수지를 동시에 방사시켜 얻어진 특수섬유, 난연섬유, 항균섬유를 사용하여 부직포 보강재를 제조하고, 보직포 보강재 제조시 부직포 보강재 사이에 별도의 강화층을 연속적으로공급하여 강화층이 삽입된 부직포 보강재의 섬유층을 니들펀칭이나 포인트 실링 중 어느 하나의 공정에 의해서 결합되고, 부직포 보강재의 한쪽면에 접착수지를 일괄공정으로 라미네이팅시켜 샌드위치 구조의 성형기재 제조공정을 획기적으로 단순화시켜 저렴한 비용으로 자동차용 성형기재에서 요구하는 형태안정성, 내열안정성, 난연성, 항균성, 대량생산성, 치수안정성, 저중량화 등의 요구성질을 만족시키는 자동차용 성형기재를 제조하는 것이다.

베일 오프닝(Bail opening) 장치에서 파인 오프닝(Fine opening) 장치로 섬유를 공급하는 섬유공급단계와, 파인 오프닝 장치에서 섬유를 덩어리 형태로 뭉쳐 이송관을 따라 섬유믹싱장치로 이송하는 섬유뭉침단계와, 섬유를 고르게 분포시켜 카딩기로 이송하는 섬유믹싱단계와, 카딩기에서 일정 크기의 시트(웨브) 형태로 형성하는 시트(웨브) 형성단계와, 상기 시트를 2∼3겹으로 적층하는 시트적층단계와, 시트 상면에 강화층을 연속적으로 공급하는 강화층공급단계와, 강화층 상면에 시트를 적층하는 시트공급단계와, 시트와 강화층의 두께를 얇게 만들기 위하여 니들펀칭기에 통과시키는 니들펀칭단계와, 고온, 고압의 히트 프레스에 통과시키면서 시트와 강화층을 융착하는 융착단계와, 보강재에 수지를 접착하는 접착수지공급단계와, 부직포 보강재를 권취하는 권취단계로 이루어진다.

도 1은 종래의 보강층을 형성한 자동차 내장용 성형기재의 단면도이고,

도 2는 종래의 글라스층과 글라스 보강층을 형성한 자동차 내장용 성형기재의 단면도이고,

도 3은 본 발명의 제조공정을 나타낸 순서도이고,

도 4은 본 발명의 자동차 내장용 성형기재의 제조공정을 나타낸 사시도이고,

도 5는 본 발명의 자동차 내장용 성형기재의 제조공정을 나타낸 단면도이고,

도 6는 본 발명의 니들펀칭 공정을 나타낸 단면도이고,

도 7은 본 발명의 포인팅 실링공정을 나타낸 단면도이고,

도 8은 본 발명의 성형기재의 부직포 보강층에 사용되는 특수섬유의 방사 원리도이고,

도 9는 본 발명에 의한 강화층의 섬유 단면도이고,

도 10은 본 발명의 자동차 내장용 성형기재의 단면도이고,

도 11은 본 발명의 부직포 보강재의 단면도이고,

도 12는 본 발명의 성형기재 보강층 표면을 100배 확대한 전자현미경 사진이고,

도 13은 본 발명의 성형기재 보강층 표면을 350배 확대한 전자현미경 사진이고,

도 14는 본 발명의 성형기재 보강층 표면을 500배 확대한 전자현미경 사진이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101: 베일 오프닝 장치 102: 파인 오프닝 장치

121: 제1섬유믹싱장치 122: 제2섬유믹싱장치

131: 제1카딩기 132: 제2카딩기

135a,135b: 섬유보강층 141: 제1섬유층 성형기

142: 제2섬유층 성형기 151: 강화층

171: 니들펀칭기 182: 히트 프레스 롤 장치

175: 니들 176: 가이드 롤

177: 엠보 롤 182: 히트 프레스 롤 장치

191: 부직포 보강재 300: 특수섬유 성형장치

302: 내측 노즐 304: 외측 노즐

이하, 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 설명하기 위하여 가장 바람직한 실시예를 첨부도면에 의하여 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 제조공정을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명의 자동차 내장용 성형기재의 제조공정을 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 자동차 내장용 성형기재의 제조공정을 나타낸 단면도이다.

본 발명은 섬유를 공급하는 섬유공급단계와, 공급된 섬유를 덩어리 형태로 뭉치는 섬유뭉침단계와, 뭉쳐진 섬유를 고르게 분포시켜 카딩기로 이송하는 섬유믹싱단계와, 상기 카딩기에서 섬유를 시트(웨브) 형태로 성형하는 시트(웨브)형성단계와, 제1섬유층 성형기에서 시트를 적층하는 시트적층단계와, 시트 상면에 강화층을 공급하는 강화층공급단계와, 강화층 상면에 시트를 적층하는 시트공급단계와, 시트와 강화층을 니들펀칭하는 니들펀칭단계와, 시트와 강화층을 열 융착하는 융착단계와, 접착수지층을 형성하는 접착수지공급단계와, 접착수지층이 형성된 부직포 보강재를 권취하는 권취단계로 이루어진다.

섬유공급단계(100)는 베일 오프닝(Bail opening) 장치(101)에서 섬유를 개섬하여 파인 오프닝(Fine opening) 장치(102)로 섬유를 공급한다.

섬유뭉침단계(110)는 파인 오프닝 장치(102)에서 섬유를 덩어리 형태로 뭉쳐서 이송관(103)을 따라 섬유믹싱장치(121,122)로 이송한다.

섬유믹싱단계(120)는 섬유가 고르게 분포되도록 제1섬유믹싱장치(121)와 제2섬유믹싱장치(122)에서 고르게 분포시킨 다음 카딩기(131,132)로 이송한다.

시트(웨브)형성단계(130)는 섬유믹싱장치(121,122)를 거쳐 고르게 분포된 섬유를 제1카딩기(131)와 제2카딩기(132)에서 얇은 시트(웨브) 형태로 형성한다.

시트적층단계(140)는 제1카딩기(131)를 거쳐 공급되는 시트를 제1섬유층 성형기(141)에서 시트 형태의 섬유층을 2∼3겹으로 적층하여 섬유보강층(135a)을 형성한다.

강화층공급단계(150)는 제1섬유층 성형기(141)에서 이송되는 섬유보강층(135a)의 상면에 권취되어 있는 강화층(151)을 연속적으로 공급한다.

시트공급단계(160)는 제2카딩기(132)에서 성형된 시트를 제2섬유층 성형기(142)에서 시트 형태의 섬유층을 2∼3겹으로 적층된 섬유보강층(135b)을 강화층(151)의 상면에 적층한다.

니들펀칭단계(170)는 섬유보강층(135a,135b)과 강화층(151)을 결합시키기 위하여 여러 대의 니들펀칭기(171)에 통과시켜 니들펀칭을 하여 섬유보강층(135a,135b)과 강화층(151)의 두께를 얇게 한다.

융착단계(180)는 섬유보강층(135a,135b)과 결합된 강화층(151)을 고온, 고압의 히트 프레스 롤 장치(182)에 통과시키면서 섬유보강층(181)과 강화층(151)을 열융착한다.

상기와 같은 단계를 거쳐 섬유보강층(135a,135b)과 강화층(151)이 열융착된 것을 부직포 보강재(191)라 한다.

접착수지공급단계(190)는 열융착된 부직포 보강재(191)의 상면에 권취된 접착수지층(401)를 접착시킨다.

이때 접착수지는 도면에서와 같이 필름 형태로 공급할 수도 있고, 파우더 상태로 일정한 양을 고르게 산란할 수도 있다.

권취단계(200)는 접착수지층(401)이 접착된 부직포 보강재(191)를 권취시킨다.

도 6는 본 발명의 니들펀칭 공정을 나타낸 단면도이고, 도 7은 본 발명의 포인팅 실링공정을 나타낸 단면도이다.

니들펀칭공정은 도 6에서와 같이 컨베이어(172)에 의하여 이송되는 섬유보강층(135a,135b)과 강화층(151)을 캠(173)의 운동으로 수직왕복 운동하는 니들보드(174)에 결합된 니들(175)에 의하여 섬유보강층(135a,135b)과 강화층(151)을 결합한다.

포인트 실링공정은 도 7에서와 같이 가이드 롤(176)과 엠보 롤(177) 사이에 섬유보강층(135a,135b)과 강화층(151)을 통과시켜 니들 공정에서와 같이 섬유보강층(135a,135b)과 강화층(151)을 결합한다.

따라서 본 발명에서는 부직포 보강층 사이에 150℃ 이상의 온도에서 연화되어 성형시 원하는 형상으로 늘어나고, 150℃ 이하에서는 비신장성의 특징을 갖는 열적으로 안정적인 강화층(151)을 부직포 보강재(191)의 섬유층(135a,135b) 사이에 강화층(151)을 연속적으로 공급하여 고온, 고압의 포인트 실링(Ponit Sealling) 공정 또는 니들 펀칭(Needle Punching) 공정에 의해서 결합시켜 형태안정성이 우수하고 동시에 열적으로 안정적인 부직포 보강재(191)를 제조한다.

이렇게 제조되는 부직포 보강재(191)는 보강재를 제조하는 설비나 포인트 실링 중 어느 하나의 공정에 의해서 결합시키기 때문에 저렴한 비용으로 형태안정성과 내열안정성이 동시에 우수한 보강층을 제조할 수 있다.

본 발명에서는 강화층(151)으로 사용되는 소재로는 스펀본드 부직포, 마대,글라스 매트 등 3종으로 규정하고 있으며, 이러한 소재들은 각기 다른 특성을 가지고 있지만 반드시 130℃ 이하에서는 비신장성이어야 한다.

이때 130℃ 이상의 온도에서 연화되지 않으면 성형작업시 주름이 발생되어 제품으로서의 가치가 없으며, 130℃ 이하의 온도에서 비신장성이 아니고 늘어날 경우에는 자동차에 장착된 후 천정부위가 처지는 문제가 발생한다.

따라서 강화층(151)은 장기간 동안 고온에 노출되어도 동일 형상을 유지할 수 있는 소재를 사용해야 한다.

강화층(151)으로 사용되는 스펀본드 부직포는 폴리에스터(Polyester), 폴리프로필렌(Polypropylene), 나일론(Nylon) 섬유 중 1종 또는 2종 이상의 코폴리머로 형성하는 것이 바람직하다.

강화층(151)으로 사용되는 스펀본드 부직포는 진행중인 컨베이어 위에 원하는 중량으로 직접 방사하여 시트 상으로 하기 때문에 단섬유 부직포에 비해서 높은 강도와 매우 낮은 신장성을 갖고 있으며, 로우 멜트(Low-melt) 성분이 있는 섬유층과의 결합력이 우수하고, 가격이 저렴하여 강화층(151)으로 적절히 사용할 수 있다.

강화층(151)으로 사용되는 마대는 폴리에스터(Polyester), 폴리프로필렌(Polypropylene), 나일론(Nylon) 폴리머를 필라멘트화 하고, 이러한 필라멘트를 경사와 위사로 하여 메쉬(Mesh) 형상으로 제직한 포(Scrim)로서 높은 강도와 매우 낮은 신장성을 갖고 있으며, 니들펀칭 또는 포인트 실링에 의해서 섬유층과 결합시킬 수 있고, 일상생활에서 쌀자루 등에 많이 쓰여지고 있고, 가격이매우 저렴하여 강화층으로 적절히 사용할 수 있다.

본 발명에서는 기존의 기재에서 사용하고 있는 글라스 매트층을 강화층으로 사용할 수도 있다. 기존의 글라스 매트층은 통상적으로 핫멜트에 의해서 다른 소재층과 접착되었으나 본 발명에서는 섬유층 사이에 연속적으로 공급하여 고온, 고압의 포인트 실링 공정 또는 니들 펀칭 공정에 의해서 결합시키기 때문에 핫멜트의 비용을 절감할 수 있으며, 자동차에 장착된 후 핫멜트에 의한 박리를 방지할 수 있고, 글라스 매트가 부직포 보강재 사이에 삽입되어 있기 때문에 작업시 알레르기나 따가움을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

이러한 소재로 구성되는 강화층(151)은 결합공정의 조건에 의해서 큰 물리적 성질을 나타낸다.

본 발명에서는 섬유보강층(135a,135b)과 강화층(151)을 결합시키는 니들펀칭의 조건으로 펀칭밀도는 200∼400st/㎠ 정도가 적절하고, 니들(175)의 관통깊이는 3∼12㎜가 적절하다. 펀칭밀도가 200st/㎠ 이하이면 결합력이 낮아지고, 400st/㎠ 이상이면 섬유보강층(135a,135b)의 부분적인 파괴가 일어나 강도가 저하된다.

니들(175)의 관통깊이가 3㎜ 이하이면 섬유보강층(135a,135b)의 결합력이 낮아지고, 7㎜ 이상이면 섬유보강층(135a,135b)이 일부 파괴되어 섬유보강층(135a,135b)을 뚫고 나오게 된다. 니들펀칭의 조건은 상기와 같이 규정하지만 보다 적정한 조건은 펀칭밀도 280∼350st/㎠ 이고, 니들(175)의 관통깊이로는 4∼7㎜ 가 적절하다.

또한, 본 발명에서 이용하는 포인트 실링 조건으로 프레스 롤온도는150∼280℃ 가 적절하고, 롤 압력(선압)이 30∼100kN/㎠가 적절하며, 실링면적(Sealling Area)은 10∼35%가 적절하다. 프레스 롤 온도가 150℃ 이하이면 결합력이 저하되고, 280℃ 이상이면 섬유보강층(135a,135b)이 과다하게 녹아서 통기성이 낮아져 흡음성능이 저하된다.

프레스 롤 압력이 30kN/㎠ 이하이면 섬유보강층(135a,135b)의 결합력이 저하되고, 100kN/㎠ 이상이면 섬유보강층(135a,135b)이 부분적으로 파괴된다. 실링면적이 10% 이하이면 섬유보강층(135a,135b)의 결합력이 낮아지고, 35% 이상이면 통기성이 낮아져서 흡음성능이 저하된다.

포인트 실링의 조건은 상기와 같이 규정하지만 보다 적절한 조건은 프레스 롤 온도는 180∼230℃ 이고, 롤 압력(선압)은 50∼80kN/㎠이며, 실링면적은 10∼35%가 적절하다.

이때 프레스 롤의 갯수는 2단∼3단으로 규정하지만 보다 적절하게는 2단 프레스 롤이 적정하다.

도 8은 본 발명의 성형기재의 부직포 보강층에 사용되는 특수섬유의 방사 원리도이고, 도 9는 본 발명의 성형기재의 보직포 보강층에 사용되는 섬유 단면도이다.

특수섬유 성형장치(300)는 고융점 수지(301)를 공급하는 내측 노즐(302)의 외측에 저융점 수지(303)를 공급하는 외측 노즐(304)을 형성하여 방사섬유(310)를 형성한다.

본 발명에서 부직포 보강재의 제조시 특수한 형상의 노즐을 통하여 2 성분을동시에 방사하여 섬유단면의 가운데 부위가 통상의 폴리에스터이고, 바깥 부분은 통상의 폴리에스터에 비해서 중합도가 상대적으로 낮은 온도에서 녹는 로우멜트(Low-melt) 폴리머(Polymer)가 녹아 붙어서 형태안정성이 우수한 섬유보강층을 제조한다.

이러한 로우멜트(Low-melt) 폴리에스터와 일반 폴리에스터가 동시에 방사되어 만들어지는 섬유는 국내의 삼양사(SAMYANG CORP.)에서 대규모로 양산되고 있으며, 당사와 협조하여 로우멜트(Low-melt) 폴리에스터가 적정한 온도조건을 갖는 섬유를 개발하여 본 발명이 완성된다.

난연섬유는 유기 및 무기의 난연제를 혼합 방사한 폴리에스터, 폴리프로필렌, 비스코스 레이온, 폴리크랄(Polycral), 폴리아미드(Polyamide)계, 폴리비닐클로라이드(Polyvinylchloride) 중 1종 또는 2종 이상의 섬유로 이루어지고, 난연섬유의 혼용율이 5∼25%로 제조되는 것이 바람직하다.

항균섬유는 유기 및 무기의 항균제를 혼합 방사한 폴리에스터, 폴리프로필렌, 비스코스 레이온, 아세테이트(Acetate), 폴리아미드(Polyamide)계, 폴리비닐클로라이드(Polyvinylchloride) 중 1종 또는 2종 이상의 섬유로 이루어지고, 혼용율이 1∼5%로 제조되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 로우멜트 폴리머의 적정한 융점(Melting Point)은 80∼200℃로 규정하지만 보다 적절하게는 100∼160℃가 적정하다. 융점이 100℃ 이하가 되면 성형기재가 성형 후의 내열안정성이 나빠지고, 융점이 160℃ 이상이 되면 섬유간의 융착이 잘 이루어지지 않기 때문에 성형기재의 강도 및 탄성이 낮아진다.

이러한 공정에 의해서 강화층(151)과 결합된 부직포 보강재(191)는 연속적으로 고온 고압의 히트 프레스 롤(Heat Press Roll)을 통과하며, 부직포 보강재(191)를 구성하고 있는 2성분이 동시에 방사되어 이루어진 접착섬유의 로우 멜트(Low-melt) 부분이 열융착되어 강도 및 탄성이 우수한 강화층(151)이 삽입된 부직포 보강재(191)가 얻어진다.

이때 히트 프레스(Heat Press) 조건은 프레스 롤(Pres Roll)은 2단∼3단이고, 롤 온도는 120∼200℃이며, 롤 압력은 1∼3㎏/㎠의 조건이 적당하다.

프레스 롤의 갯수는 2단∼3단이 적절하고, 롤의 온도는 120℃ 이하가 되면 섬유간의 융착이 잘 이루어지지 않고, 200℃ 이상이 되면 섬유의 로우 멜트 부분이 과다하게 융착이 되어 성형기재의 흡음성능을 저하시킨다.

롤 압력이 1㎏/㎠ 이하가 되면 섬유간의 융착이 잘 이루어지지 않고 3㎏/㎠ 이상이 되면 부직포 보강재의 두께가 얇아지고, 섬유의 로우 멜트 부분이 과다하게 융착이 되어 성형기재의 흡음성능을 저하시킨다.

히트 프레스 조건은 상기와 같이 규정하지만 보다 적절한 조건은 프레스 롤은 3단이고, 롤 온도는 140∼180℃이며, 롤 압력이 2㎏/㎠의 조건이 적정하다.

이러한 강화층(151)이 삽입된 부직포 보강재(191)는 연속적으로 진행되며, 별도의 접착수지 공급장치에 의하여 부직포 보강재(191)의 한쪽면에 접착수지층(401)를 접착하여 최종적으로 권취하게 된다.

도 10은 본 발명의 자동차 내장용 성형기재의 단면도이고, 도 11은 본 발명의 부직포 보강재의 단면도이다.

본 발명에 의한 자동차 내장용 성형기재는 도 10에서와 같이 폴리우레탄 폼(400)의 상,하면에 접착수지층(401)이 형성된 섬유보강층(135a,135b)과 강화층(151)이 결합된 부직포 보강재(191)를 접착하고, 상기 부직포 보강재(191)의 상면에 접착수지층(402)을 형성하여 표피재(403)를 접착한다.

상기의 공정에 의해서 얻어진 강화층(151)이 삽입된 부직포 보강재(191)는 통상적인 접착공정에 의해서 열가소성 폼(350)의 양면에 접착된다. 이때 본 발명에 의해서 얻어진 부직포 보강재(191)는 한쪽면에 접착수지가 처리되어 있기 때문에 접착공정에서 별도의 접착수지 공급장치가 필요없기 때문에 접착수지의 공급 및 교체에 의한 비용이 들지 않고, 접착수지의 공급 및 교체에 의한 불량 발생이 없다.

도 12는 본 발명에 의한 부직포 보강재(191) 표면의 전자현미경 100배 확대사진으로서 섬유보강층(135a,135b)과 강화층(151)이 다층으로 섬유가 결합되어 있는 모습을 나타내고 있으며, 도 13은 도 12을 350배 다시 확대한 사진으로 섬유보강층(135a,135b)의 섬유와 강화층(151)의 로우 멜트(Low-melt) 섬유의 융착상태를 보여주는 것이다.

도 14는 강화층(151)으로 사용되는 섬유의 단면을 나타내는 것으로서 전자현미경의 500배 확대사진으로 각 섬유의 내측은 고융점수지이고, 외측은 저융점수지이다.

본 발명에 의해서 제조되는 자동차용 천정기재는 기존의 성형기재의 단점을 보완하고, 독특하고 창의적인 제조방식을 사용하여 저렴한 비용으로 자동차용 성형기재에서 요구하는 형태안정성, 내열안전성, 난연성, 대량양산성, 치수안정성, 저중량화 등의 요구성질을 만족시킬 수 있고, 항균섬유의 혼용으로 영구적인 항균성능을 유지하여 자동차의 쾌적한 실내를 제공할 수 있다.

본 발명의 효과로는 부직포 보강재의 제조시 별도의 강화층을 연속적으로 공급하여 니들 펀칭이나 포인트 실링 중 어느 하나의 공정에 의해서 결합시켜서 부직포 보강재와 강화층(예를 들면 글라스층)의 접착을 기존제품에서와 같이 별도의 접착수지층을 사용하지 않기 때문에 비용을 절감할 수 있으며, 성형 후의 접착수지에 의한 층 분리 발생소지가 없으며, 글라스와 같이 인체에 유해한 강화층의 경우 부직포 보강재 사이에 삽입되어 있기 때문에 노출될 염려가 없다.

또한 본 발명에서 얻어지는 강화층이 삽입된 부직포 보강재는 한쪽면에 접착수지를 일괄공정으로 처리하기 때문에 별도의 비용이 들지 않고, 열가소성 폼의 양면에 부직포 보강재를 접착하는 공정에서 별도의 접착수지가 공급되지 않아도 되기 때문에 접착수지의 공급 및 교체작업이 필요없으며, 접착수지의 공급 및 교체에 의한 불량이 발생하지 않는다.

또한 본 발명의 부직포 보강재에 사용되어지는 섬유는 2성분이 동시에 방사되어 섬유단면의 가운데 부위가 통상의 폴리에스터이고 섬유단면의 바깥부분은 상대적으로 낮은 온도에서 녹는 로우 멜트 폴리머(Low-melt Polymer)로 이루어져 있어 고온, 고압의 히트 프레스 롤을 통과할 때 모든 섬유간의 접촉부위가 녹아서 서로 붙기 때문에 강도 및 탄성이 매우 우수하다. 이에 반하여 기존의 부직포 보강재에 사용되는 섬유는 저융점섬유와 고융점 섬유가 일정비율로 섞여 있기 때문에 고온, 고압의 열처리시 고융점섬유간의 접촉부위가 융착되지 않기 때문에 상대적으로 강도 및 탄성이 낮다.

따라서 본 발명에서 얻어지는 부직포 보강재는 여러 가지 장점을 갖고 있기 때문에 물성이 우수하고, 가격이 저렴하며, 난연성능과 항균성능이 영구적인 자동차 내장용 성형기재를 얻을 수가 있다.

Claims

자동차 내장용 성형기재에 있어서,

특수섬유, 난연섬유, 항균섬유로 구성된 섬유보강층 사이에 비신장성인 강화층을 연속으로 공급하여 섬유보강층과 섬유층을 니들 펀칭 또는 포인트 실링 중 어느 하나의 공정에 의하여 결합하고, 고온, 고압의 히트 프레스 롤 사이에 통과시켜 열접착시키며, 부직포 보강층의 한쪽면에 접착수지층을 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 성형기재.
청구항 1에 있어서,

강화층을 구성하는 특수섬유는 저융점수지를 공급하는 내측노즐과 고융점수지를 공급하는 외측노즐로 2성분을 동시에 방사하여 섬유 단면의 가운데 부위가 폴리에스터이고, 섬유단면의 바깥부분은 로우 멜트 폴리머로 이루어져 열접착시 섬유간의 접합부위가 서로 융착되어 고강도 섬유층을 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 성형기재.
청구항 1에 있어서,

강화층은 130℃ 이상의 온도에서 연화되어 성형시 원하는 형상으로 늘어나고, 130℃ 이하에서는 비신장성의 특징을 갖는 폴리머를 필라멘트화 하고, 상기 필라멘트를 경사와 위사로 하여 메쉬 형상으로 제직된 포(Scrim)를 강화층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 성형기재.
청구항 1에 있어서,

폴리에스터, 폴리프로필렌, 나일론 섬유 중 1종 또는 2종 이상의 코폴리머를 방사하여 시트상으로 하고, 고온, 고압의 프레스롤로 결합시킨 스펀본드 부직포를 강화층으로 사용하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 성형기재.
청구항 1에 있어서,

강화층은 글라스 매트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 성형기재.
청구항 1에 있어서,

난연섬유는 유기 및 무기의 난연제를 혼합 방사한 폴리에스터, 폴리프로필렌, 비스코스 레이온, 폴리크랄(Polycral), 폴리아미드(Polyamide)계, 폴리비닐클로라이드(Polyvinylchloride) 중 1종 또는 2종 이상의 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 성형기재
청구항 1에 있어서,

난연섬유의 혼용율이 5∼25%로 제조되는 부직포 보강재로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 성형기재.
청구항 1에 있어서,

항균섬유는 유기 및 무기의 항균제를 혼합 방사한 폴리에스터, 폴리프로필렌, 비스코스 레이온, 아세테이트(Acetate), 폴리아미드(Polyamide)계, 폴리비닐클로라이드(Polyvinylchloride) 중 1종 또는 2종 이상의 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 성형기재.
청구항 1에 있어서,

항균섬유의 혼용율이 1∼5%로 제조되는 부직포 보강재로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 성형기재.
베일 오프닝(Bail opening) 장치에서 파인 오프닝(Fine opening)로 섬유를 공급하는 섬유공급단계와 파인 오프닝 장치에서 섬유를 덩어리 형태로 뭉쳐서 섬유믹싱장치로 이송하는 섬유뭉침단계와 섬유믹싱장치에서 섬유를 고르게 분포시킨 다음 카딩기로 이송하는 섬유믹싱단계와 섬유믹싱장치를 거친 섬유를 카딩기에서 시트(웨브) 형태로 형성하는 시트(웨브)형성단계와 카딩기를 거쳐 공급되는 시트를 적층하는 시트적층단계로 이루어지는 자동차 내장용 성형기재의 제조방법에 있어서,

제1섬유층 성형기에서 이송되는 섬유보강층의 상면에 권취된 강화층을 연속적으로 공급하는 강화층공급단계와, 제2카딩기에서 성형된 섬유보강층를 제2섬유층성형기로 이송하여 강화층 상면에 섬유보강층를 적층하는 시트공급단계와, 섬유보강층과 강화층을 결합시키기 위하여 니들펀칭하는 니들펀칭단계와, 니들펀칭된 섬유보강층과 강화층을 고온, 고압의 히트 프레스 롤 장치에 통과시키면서 섬유보강층과 강화층을 융착하는 융착단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 성형기재의 제조방법.
청구항 10에 있어서,

섬유단면의 가운데 섬유가 폴리에스터이고, 멜팅 포인트가 250℃ 이상으로 제조되는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 성형기재의 제조방법.
청구항 10에 있어서,

섬유보강층 사이에 삽입된 강화층을 결합시키는 니들 머신은 2∼8대로 이루어지며, 니들의 펀칭밀도가 200∼400st/㎠이고, 니들 관통깊이는 3∼12㎜인 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 성형기재의 제조방법.
청구항 10에 있어서,

섬유보강층 사이에 삽입된 강화층을 결합시키는 포인트 실링의 프레스 롤 온도는 150∼280℃ 이고, 롤 압력(선압)은 30∼100kN/㎠이며, 실링면적은 10∼35%의 조건으로 결합시키는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 성형기재의 제조방법.
청구항 10에 있어서,

상기 히트 프레스 조건으로 프레스 롤은 2단∼3단이고, 롤 온도는 120∼200℃이며, 롤 압력이 1∼3㎏/㎠의 조건으로 섬유보강층과 강화층을 열접착시키는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 성형기재의 제조방법.
청구항 10에 있어서,

강화층 섬유단면의 바깥 부위의 섬유가 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 나일론 중 1종의 폴리머 또는 2종 이상의 코폴리머이고, 멜팅 포인트가 80∼200℃ 이상으로 제조되는 것을 특징으로 하는 자동차 내장용 성형기재의 제조방법.