KR101357018B1

KR101357018B1 - 경량성과 강성이 우수한 복합부직포의 제조방법

Info

Publication number: KR101357018B1
Application number: KR1020120070659A
Authority: KR
Inventors: 이연세; 김경민; 신동필; 이현석
Original assignee: 주식회사 윈코
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-02-03
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: KR20140002329A

Abstract

본 발명은 경량성과 강성이 우수한 복합부직포의 제조방법에 관한 것으로, 유리섬유 30 ~ 50중량%, 폴리프로필렌섬유 50 ~ 70중량%, 메타-아라미드섬유 0 ~ 10중량%로 구성된 니들펀칭 복합부직포를 제조하는 제1단계; 상기 니들펀칭 복합부직포를 온도가 190 ~ 240℃인 1차 가열금형에서 30 ~ 120초 동안 가열하는 제2단계; 상기 니들펀칭 복합부직포를 온도가 5 ~ 80℃인 1차 냉각금형에서 두께를 1 ~ 3㎜로 압착시켜 시트를 성형하는 제3단계; 상기 압착된 시트를 온도가 190 ~ 230℃인 2차 가열금형에서 45 ~ 120초 동안 재가열하는 제4단계; 상기 압착된 시트를 다시 온도가 80℃ 이하인 2차 냉각금형에서 30 ~ 120초 동안 냉간 성형하는 제5단계로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 상기 유리섬유는 굵기가 7 ~ 20㎛인 E-글라스 장섬유를 50 ~ 100mm의 길이로 절단한 것이고, 상기 폴리프로필렌섬유는 융점이 150 ~ 170℃, 클림프가 3 ~ 6개/cm, 굵기는 5 ~ 10데니어, 길이가 50 ~ 70mm인 것이며, 상기 메타-아라미드섬유는 굵기가 0.9 ~ 5.0dTex, 클림프는 3 ~ 6개/cm, 길이는 30 ~ 80mm임을 특징으로 한다.
그리고 상기 제1단계에서의 니들펀칭 복합부직포는 니들펀칭 전에 부직포 적층체를 형성하고, 그 상부에 폴리에스테르 장섬유 부직포를 위치시킨 후, 니들링하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 경량성과 강성이 우수한 복합부직포의 제조방법은 1차 가열에 의해 용융된 복합부직포 내의 폴리프로필렌과 같은 열가소성 성분이 용융되었을 때 1차 냉각금형 공정 중에 용융된 성분이 압착된 시트의 표면으로 몰리게 되고, 2차 가열금형에서 재가열될 경우 고화된 폴리프로필렌 수지에 의해 결속되어진 유리섬유나 메타-아라미드섬유들이 원래의 부피특성을 회복하면서 가열 전의 원래 두께의 80% 이상으로 두께를 회복하게 되며, 또한 2차 냉각금형에서 최종제품으로 성형할 경우 용융된 폴리프로필렌 성분이 재고화되면서 원하는 제품형태로 성형되는데, 이런 과정을 거쳐 성형된 최종제품의 두께에 따른 폴리프로필렌의 함량분포는 1회 가열과 1회 냉각성형으로 제조된 제품과는 매우 상이한 함량분포를 나타내므로, 1차 가열과 냉각금형의 온도, 시간 등과 같은 조건에 의해 다소 차이는 있지만 금형과 맞닿는 표면에서의 폴리프로필렌의 함량이 내부에 비해 높게 분포됨으로써 이러한 양 표면층에서의 폴리프로필렌의 높은 함량이 최종제품의 강도를 올리는데 역할을 하는 것이다.
그리고 본 발명의 제조방법은 공정의 배열방법에 따라서는 1차 가열과 1차 냉각을 가열, 압착, 냉각이 가능한 연속상의 설비를 이용해 제조할 수 있으며, 이렇게 제조된 압착시트를 최종 성형공정으로 이동시켜 재단, 가열, 냉각압착을 통해 가볍고 강도가 우수하며 수분에도 안정한 자동차용 내장재를 제조하게 된다.

Description

경량성과 강성이 우수한 복합부직포의 제조방법{Manufacturing process of multi-component nonwoven fabric felt with lightness and high-strength}

본 발명은 유리섬유와 열가소성 섬유, 그리고 기타 기능성 보완을 위한 특수섬유로 이루어지는 복합부직포를 니들펀칭공정과 가열 및 냉각 압착공정을 거쳐 제조함으로써, 자동차, 조선, 항공기, 건축용 등의 다양한 분야에서 단열재, 흡음재, 마감재 등의 각종 내장재로 사용가능한 복합부직포의 성형방법에 관한 것이다.

본 발명이 속하는 기술분야에 많이 사용되는 경량성 복합부직포는 주로 가열에 의해 내부에 포함된 열가소성 성분의 섬유나 수지성분을 용융시킨 다음, 차가운 금형을 이용해 원하는 형태의 제품을 성형하는 용도에 적용되는 복합부직포로서, 제품의 형태안정성을 위해 성형되는 온도에서도 용융이 되지 않고 냉각 후 실온에서 강성이 우수한 유리섬유, 탄소섬유, 무기섬유, 천연섬유, 유기섬유 등을 주성분으로 사용하며, 이런 주성분의 섬유를 바인딩시켜 강도를 나타내게 하는 열가소성 성분으로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀 섬유나 분말 또는 지방족이나 오르토나 메타 위치에 반응성을 가진 지방족 구조가 포함되어 최종수지의 결정성을 낮추어 수지의 융점을 낮게 만든 저융점의 폴리에스테르나 폴리아미드 섬유 또는 수지를 사용하는데, 가장 대표적인 조성으로 강성을 담당하는 주성분은 유리섬유나 천연 마섬유, 그리고 일부 폴리에스테르 섬유가 단독 또는 혼합물의 형태로 사용되기도 하며, 바인딩을 담당하는 열가소성 수지로는 폴리프로필렌이 가장 범용적으로 사용되고 일부 저융점 폴리에스테르가 섬유나 분말형태로 사용되고 있다.

통상적으로 유리섬유를 니들펀칭공정으로 부직포형태로 제조할 경우에는 건축용이나 자동차용의 단열재 또는 흡차음재로 사용할 수 있는데, 이 펠트제품은 단열성과 흡차음성이 우수한 다공질의 제품이지만 유리섬유만으로 구성되어져 특정한 형태의 제품을 독립적으로 제조하기는 불가능하며, 다만 특정 용기나 구조물 사이에 삽입하여 원하는 특성을 활용하는 용도에 사용하는 제한을 가지고 있다.

그래서 본 출원인은 종래에 대한민국 등록실용신안 제20-0191180호(등록일: 2000. 5. 23)에서 건축용 흡음보드로 사용하기 위해 표면에 유리직물과 부직포를 부착시킨 제품을 제안하였는데, 이 경우에는 최종제품이 충분한 강도를 가지지 못하기 때문에 굴곡이 많은 특정형태로 제품을 성형하는 것이 어려워 대부분 평면의 판상제품만을 제공하는 단점이 있다. 그리고 대한민국 등록실용신안 제20-0177714호(등록일: 2000. 1. 27)에서는 유리섬유 니들펠트를 형태 유지력이 우수한 철판에 접착시킨 제품을 제안하고 있는데, 이 경우에는 철판재질의 구조물이 사용되는 벽체나 천정. 지붕 등과 같은 특정 용도에만 사용할 수 있는 제한을 가진다.

또한, 이러한 부직포 제품을 자동차에 사용하기 위해 대한민국 등록특허 제10-0899613호(등록일: 2009. 5. 20)에서는 마섬유와 폴리에스테르섬유를 혼합한 복합부직포를 제안하고 있으며, 대한민국 공개특허 제10-2006-0027990호(공개일: 2006. 3. 29)에서는 경질 폴리우레탄 양면에 마섬유와 저융점 폴리에스테르 섬유를 혼합한 복합부직포를 제안하고 있고, 대한민국 등록특허 제10-0810886호(등록일: 2008. 2. 28)에서는 마, 면, 화학섬유로 이루어진 폐섬유에 폴리프로필렌 분말이나 단섬유를 혼합한 펠트를 제안하고 있는데, 마섬유의 경우는 저가이긴 하지만 강도가 탁월한 섬유가 아니고 사용 중 수분이 많을 경우 흡습에 의해 강도가 저하되고 부패될 가능성이 높다.

그리고 대한민국 등록특허 제10-0341097호(등록일: 2002. 6. 4)에서는 유리섬유와 폴리프로필렌으로 구성되는 복합부직포의 2층 구조 사이에 폴리올레핀계 부직포를 삽입하여 강성을 보완하는 방법을 제안하고 있으나, 부직포의 경우 제조공정상 흐름성이 높은 수지를 사용하여야 하므로 분자량과 내열성이 낮은 수지특성을 가지고 있을 뿐 아니라 성형공정 중 여러 층을 적층하여야 하는 등의 번거로운 문제로 인하여 생산성과 장기내구성이 저하되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하고자 본 발명에서 제안하는 보다 나은 자동차의 천정재나 도어트림 등과 같은 자동차용 내장재를 성형하기 위해서는 기존의 제품이 가지고 있는 흡습성, 안정성, 강도, 중량 등의 문제를 해결하여야 한다는 점에 착안하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은, 기존의 자동차 내장재용 복합부직포가 가지는 높은 중량과 흡습에 의한 강도저하 및 박리현상 발생을 방지하고, 자동차 부품용으로 적용하기 위한 강도를 만들기 위해 유리섬유와 열가소성 섬유, 그리고 기타 기능성 보완을 위한 특수섬유로 이루어지는 니들펀칭 복합부직포를 사용하여 가볍고 강도가 우수하며, 아울러 수분에도 안정하여 소음방지특성, 제진특성, 단열성이 개선된 자동차용 내장재를 성형할 수 있는 복합부직포의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 경량성과 강성이 우수한 복합부직포의 제조방법은, 유리섬유 30 ~ 50중량%, 폴리프로필렌섬유 50 ~ 70중량%, 메타-아라미드섬유 0 ~ 10중량%로 구성된 니들펀칭 복합부직포를 제조하는 제1단계; 상기 니들펀칭 복합부직포를 온도가 190 ~ 240℃인 1차 가열금형에서 30 ~ 120초 동안 가열하는 제2단계; 상기 니들펀칭 복합부직포를 온도가 5 ~ 80℃인 1차 냉각금형에서 두께를 1 ~ 3㎜로 압착시켜 시트를 성형하는 제3단계; 상기 압착된 시트를 온도가 190 ~ 230℃인 2차 가열금형에서 45 ~ 120초 동안 재가열하는 제4단계; 상기 압착된 시트를 다시 온도가 80℃ 이하인 2차 냉각금형에서 30 ~ 120초 동안 냉간 성형하는 제5단계로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 상기 유리섬유는 굵기가 7 ~ 20㎛인 E-글라스 장섬유를 50 ~ 100mm의 길이로 절단한 것이고, 상기 폴리프로필렌섬유는 융점이 150 ~ 170℃, 클림프가 3 ~ 6개/cm, 굵기는 5 ~ 10데니어, 길이가 50 ~ 70mm인 것이며, 상기 메타-아라미드섬유는 굵기가 0.9 ~ 5.0dTex, 클림프는 3 ~ 6개/cm, 길이는 30 ~ 80mm임을 특징으로 한다.

그리고 상기 제1단계에서의 니들펀칭 복합부직포는 니들펀칭 전에 부직포 적층체를 형성하고, 그 상부에 폴리에스테르 장섬유 부직포를 위치시킨 후, 니들링하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 경량성과 강성이 우수한 복합부직포의 제조방법은 1차 가열에 의해 용융된 복합부직포 내의 폴리프로필렌과 같은 열가소성 성분이 용융되었을 때 1차 냉각금형 공정 중에 용융된 성분이 압착된 시트의 표면으로 몰리게 되고, 2차 가열금형에서 재가열될 경우 고화된 폴리프로필렌 수지에 의해 결속되어진 유리섬유나 메타-아라미드섬유들이 원래의 부피특성을 회복하면서 가열 전의 원래 두께의 80% 이상으로 두께를 회복하게 되며, 또한 2차 냉각금형에서 최종제품으로 성형할 경우 용융된 폴리프로필렌 성분이 재고화되면서 원하는 제품형태로 성형되는데, 이런 과정을 거쳐 성형된 최종제품의 두께에 따른 폴리프로필렌의 함량분포는 1회 가열과 1회 냉각성형으로 제조된 제품과는 매우 상이한 함량분포를 나타내므로, 1차 가열과 냉각금형의 온도, 시간 등과 같은 조건에 의해 다소 차이는 있지만 금형과 맞닿는 표면에서의 폴리프로필렌의 함량이 내부에 비해 높게 분포됨으로써 이러한 양 표면층에서의 폴리프로필렌의 높은 함량이 최종제품의 강도를 올리는데 역할을 하는 것이다.

그리고 본 발명의 제조방법은 공정의 배열방법에 따라서는 1차 가열과 1차 냉각을 가열, 압착, 냉각이 가능한 연속상의 설비를 이용해 제조할 수 있으며, 이렇게 제조된 압착시트를 최종 성형공정으로 이동시켜 재단, 가열, 냉각압착을 통해 가볍고 강도가 우수하며 수분에도 안정한 자동차용 내장재를 제조하게 된다.

이하에서는, 본 발명에 의한 경량성과 강성이 우수한 복합부직포의 제조방법에 대하여 설명하기로 하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 예시하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

본 발명의 가열압착 전의 니들펀칭 복합부직포는 유리섬유 30 ~ 50중량%, 폴리프로필렌섬유 50 ~ 70중량%, 메타-아라미드섬유 0 ~ 10중량%로 구성되어 제조되며, 이때 유리섬유는 단섬유인 경우 유리섬유 직경의 분포가 발생해 강도가 불량하고 카딩을 위해 원하는 길이로 섬유를 조절하기 어려워 카딩 시 중량 편차나 생산성 저하의 문제가 발생할 수 있으므로, 본 발명에서는 강도특성을 위해 장섬유 타입의 유리섬유가 좋다. 그리고 직경이 7 ~ 20㎛인 장섬유를 50 ~ 100㎜의 길이로 절단한 E-글라스 성분의 섬유가 가장 유리한데, E-글라스가 다른 조성의 유리섬유에 비해 강도가 유리하기 때문에 적은 유리섬유 함량으로도 높은 강도의 발휘가 가능해 제품경량화에 기여할 수 있다.

참고로, 상기 유리섬유는 매우 가늘고 길게 성형한 후에 급냉시켜 만든 섬유형태의 유리를 말한다. 글라스섬유는 그 형태와 생산방법에 따라 단열흡음재로 사용하는 단섬유와 각종 수지보강재로 사용되는 장섬유로 구분되며, 일반적으로 단섬유를 글라스 울(Glass Wool), 장섬유를 글라스 파이버(Glass Fiber)라고 부른다. 또한, 그 조성에 따라 A-Glass, C-Glass, E-Glass, S-Glass, AR-Glass 등의 종류로 구분되고 있다. 장섬유인 글라스 파이버 가운데 가장 먼저 개발된 E-Glass는 조성 중 알칼리 성분이 거의 없어 고온에서의 안정성이 우수하고 전기전도도가 낮아 절연성이 우수한 재료로 평가되고 있다. E-Glass는 열경화성 수지가 개발된 1930년대부터 수지를 보강시켜 주는 수지강화제로 사용되기 시작하여 전기절연성을 이용한 각종 전기전자 제품부터 고강도가 요구되는 항공기 부품에까지 사용되고 있다.

그리고 상기 폴리프로필렌섬유의 길이는 카딩공정을 위해 50 ~ 70mm인 것이 적당하다. 이 폴리프로필렌섬유는 호모 폴리프로필렌 수지 단독 또는 폴리프로필렌 공중합체나 폴리에틸렌을 혼합 및 공중합한 것으로, 수지의 융점은 150 ~ 170℃가 적당하며, 가능한 넓은 성형 온도범위를 얻기 위하여 저밀도 폴리에틸렌 및 선형저밀도 폴리에틸렌을 일부 공중합한 것을 사용할 수도 있다. 이러한 특성의 수지로 방사한 폴리프로필렌섬유는 이차적 가공을 통하여 클림프가 3 ~ 6개/cm가 되도록 가연처리하고, 더욱 바람직한 것은 4 ~ 5개/cm가 적당하며, 여기서 가연처리가 적을 경우 웹 형성에 제약이 오고, 너무 크면 니들링시 큰 마찰열로 부분적으로 엉킴 현상이 발생할 수 있어 바람직하지 않다. 또한 폴리프로필렌섬유는 열성형시 적절히 융착성을 유지하기 위하여 적절한 굵기가 반드시 필요하기 때문에 그 굵기는 5 ~ 10데니어가 적당하며(D : 데니어는 실의 길이 90,000m에 대하여 실의 무게 1g을 1데니어, 2g을 2데니어라 부른다), 가장 바람직하기로는 7 ~ 8 데니어를 사용한다. 폴리프로필렌섬유의 길이는 50 ~ 70 mm의 것을 사용하는 것이 바람직하며, 그 보다 너무 짧으면 웹 형성에 제약을 받고 너무 길면 균일한 혼합도를 얻기 어렵다.

본 발명에 사용하는 메타-아라미드섬유는 굵기가 0.9 ~ 5.0dTex가 적당한데(dTex : 데시텍스는 길의 길이 10,000m에 대하여 실의 무게 1g을 1데시텍스, 2g을 2데시텍스라 부른다), 섬유가 너무 굵어도 동일 중량비율에서 섬유가닥 수가 감소하여 고내열, 고강도 섬유를 혼합한 목적을 달성하기 어렵고, 너무 가는 경우에는 카딩특성이 타 섬유와 달라 혼섬특성이 저하한다. 그리고 메타-아라미드섬유의 길이는 특별한 제한은 없으나, 다른 섬유와의 혼합성을 고려하여 30 ~ 80mm가 적합하고, 클림프는 3 ~ 6개/cm가 적당하며, 가장 바람직한 것은 4 ~ 5개/cm 수준이다. 이때 섬유길이가 너무 짧으면 웹 형성에 제약을 받고, 너무 길면 균일한 혼합도를 얻기 어려우며, 클림프수가 너무 적을 경우 웹 형성에 제약이 있고, 너무 크면 니들링시 큰 마찰열로 부분적으로 엉킴 현상이 발생할 수 있어 바람직하지 않다.

다시 말해, 본 발명의 복합부직포 제조방법은 유리섬유 30 ~ 50중량%, 폴리프로필렌섬유 50 ~ 70중량%, 메타-아라미드섬유 0 ~ 10중량%로 구성된 니들펀칭 복합부직포를 제조하는 제1단계와, 온도가 190 ~ 240℃인 1차 가열금형에서 30 ~ 120초 동안 가열하는 제2단계와, 온도가 5 ~ 80℃인 1차 냉각금형에서 두께를 1 ~ 3㎜로 압착시켜 시트를 성형하는 제3단계와, 압착된 시트를 온도가 190 ~ 230℃인 2차 가열금형에서 45 ~ 120초 동안 재가열하는 제4단계와, 다시 온도가 80℃ 이하인 2차 냉각금형에서 30 ~ 120초 동안 냉간 성형하는 제5단계를 거치는 경우, 기존 1회 가열에 1회 냉간으로 성형하는 제품에 비해 강성을 월등히 개선할 수 있다.

이는 1차 가열에 의해 용융된 복합부직포 내의 폴리프로필렌섬유와 같은 열가소성 성분이 용융되었을 때 1차 냉각금형 공정 중에 용융된 성분이 압착된 시트의 표면으로 몰리게 되고, 2차 가열금형에서 재가열될 경우 고화된 폴리프로필렌 수지에 의해 결속되어진 유리섬유나 메타-아라미드섬유들이 원래의 부피특성을 회복하면서 가열 전의 원래 두께의 80% 이상으로 두께를 회복하게 되고, 2차 냉각금형에서 최종제품으로 성형할 경우 용융된 폴리프로필렌 성분이 재고화되면서 원하는 제품형태로 성형되는데, 이런 과정을 거쳐 성형된 최종제품의 두께에 따른 폴리프로필렌의 함량분포는 1회 가열과 1회 냉각성형으로 제조된 제품과는 매우 상이한 함량분포를 나타내므로, 1차 가열과 냉각금형의 온도나 시간 등과 같은 조건에 의해 다소 차이는 있지만 금형과 맞닿는 표면에서의 폴리프로필렌의 함량이 내부에 비해 높게 분포함으로써 이러한 양 표면층에서의 높은 폴리프로필렌 함량이 최종제품의 강도를 끌어올리는데 역할을 하는 것이다.

그리고 공정의 배열방법에 따라서는 1차 가열과 1차 냉각을 가열, 압착, 냉각이 가능한 연속상의 설비를 이용해 제조할 수 있으며, 이렇게 제조된 압착시트를 최종 성형공정으로 이동시켜 재단, 가열, 냉각압착을 통해 최종제품을 제조할 수도 있으며, 상기 제1단계에서의 니들펀칭 복합부직포는 니들펀칭 전에 부직포 적층체를 형성하고, 그 상부에 폴리에스테르 장섬유 부직포 등을 위치시킨 후, 니들링을 실시함에 의해 다양한 종류의 제품을 생산할 수도 있다.

본 발명에서 복합부직포를 구성하는 성분 중 유리섬유는 30 ~ 50중량%가 적합한데, 만약 유리섬유가 30중량% 미만이면 유리섬유의 보강효과가 낮아 강도가 낮으며, 50중량%를 초과하는 경우에는 상대적으로 용융성분인 폴리프로필렌의 함량이 낮아져 유리섬유의 결합력이 저하되어 강도가 저하되는 단점이 있다. 그리고 폴리프로필렌과 같은 열가소성 유기섬유는 50 ~ 70중량%가 적합한데, 만약 50중량% 미만이면 유리섬유의 결합력이 저하되어 강도가 저하되고, 70중량%를 초과하면 상대적으로 유리섬유의 함량이 낮아져 낮은 보강효과로 강도가 떨어지는 단점이 있다. 또 최종 성형물의 흡음성, 제진성, 두께유지성, 경량성을 개선하기 위해 필요에 따라 메타-아라미드와 같은 가열조건에서도 녹지 않고 형태를 유지하는 유기섬유를 사용할 수 있는데, 이 경우에는 전체 중량의 10중량%를 넘지 않는 것이 좋다. 만약 10중량%를 초과하여 사용할 경우에는 유리섬유와 폴리프로필렌의 함량이 상대적으로 저하되어 제품의 강도나 결합력에 문제가 생길 우려가 있다.

이러한 조성으로 이루어지는 복합부직포는 190 ~ 240℃의 1차 가열금형에서 30 ~ 120초 동안 가열한 후, 5 ~ 80℃의 1차 냉각금형에서 두께를 1 ~ 3mm로 압착하여 시트를 성형하고, 이 압착된 시트를 190 ~ 230℃의 2차 가열금형에서 45 ~ 120초 동안 재가열 한 후, 80℃ 이하의 2차 냉각금형에서 30 ~ 120초 동안 냉간 성형함으로써 가볍고 강도가 우수한 최종제품을 얻을 수 있는데, 1차 가열금형의 온도를 190℃ 미만으로 하면 복합부직포 내의 폴리프로필렌이 충분히 용융되지 않아 1차 냉각금형에서 압착을 하여도 용융된 성분이 복합부직포의 표면으로 이동하기 어렵고, 240℃를 초과하면 과도한 용융에 의해 유기섬유 성분이 열분해되어 장기 내구성이 저하되는 단점이 있다.

또한, 1차 가열금형은 190 ~ 240℃에서 30 ~ 120초 동안 가열하는 것이 적당한데, 이 가열시간은 온도와 상관성이 있으며 240℃에서 최소 30초만 가열하여도 가능하며, 190℃에서는 120초를 가열하는 것도 가능하다는 의미이다. 그리고 이 복합부직포의 가열정도는 내부에 포함된 폴리프로필렌의 용융정도에 따라 달라지는 것으로 판단되는데, 단시간 가열 시에는 두께방향으로 보아 상하 표면측의 폴리프로필렌 성분이 용융되기 쉽고, 용융된 폴리프로필렌은 1차 냉각금형에 의한 압착 시 표면으로 이동할 가능성이 높아진다. 만약에 1차 가열금형의 가열시간이 30초 미만이면 복합부직포 내부의 폴리프로필렌이 충분히 용융되지 않아 1차 냉각금형에서 압착을 하더라도 폴리프로필렌 수지가 표면으로 이동하는 양이 매우 적어 강도 개선효과가 나타나지 않으며, 가열시간이 120초를 초과하면 과도한 가열로 인해 복합부직포 내의 성분들이 노화되어 물성과 내구성이 저하되는 단점이 있다.

그리고 1차 냉각금형의 압착조건은 5 ~ 80℃에서 1mm 이상에서 3mm 이하로 압착하는 것이 좋은데, 1차 냉각압착 시 5℃이하의 금형온도에서는 과도한 냉각으로 압착에 의해 표면으로 흘러갈 폴리프로필렌 성분이 급격히 냉각되어 표면으로 이동하는 시간이 너무 짧아 강도 개선효과가 떨어지고, 80℃ 이상이면 냉각효과가 너무 적어 용융된 폴리프로필렌이 표면뿐 아니라 내부로도 이동할 수 있어서 강도 개선효과가 저하될 수 있다. 또 압착두께가 1mm 이내이면 제품에 걸리는 압력이 높아 제품의 품질이 균일하지 않아 흡음성이 저하되며, 3mm 이상이면 제품에 걸리는 압력이 낮아 용융된 폴리프로필렌 수지를 제품의 표면으로 이동시킬 수 있는 힘이 부족하며 강도개선효과가 저하된다.

이렇게 압착된 복합부직포 시트는 2차 가열금형에서 190 ~ 230℃에서 45 ~ 120초 동안 재가열하면 복합부직포 원래의 두께에 가깝게 부풀어 오르는데, 이는 냉각에 의해 고화된 폴리프로필렌이 유리섬유를 구속하고 있다가 재가열로 용융되면서 구속력이 저하되면 유리섬유의 원래 부피대로 돌아오는 현상에 의한 것이다. 이 과정에서 상하 금형의 간격은 부풀어 오르는 정도를 감안하여 설정하여야 하며, 1차 냉각금형에 비해 복합부직포에 걸리는 압력이 미미하므로 1차 냉각압착조건에서 표면에 이동되어진 폴리프로필렌은 재이동하지 않고 그대로 존재하면서 용융된다. 이 때 2차 가열금형의 온도를 190 ~ 230℃로 설정하고 45 ~ 120초 동안 가열하는 것이 적당한데, 가열온도가 190℃에 미달되거나 가열시간이 45초 미만이면 가열압착된 복합부직포 내의 폴리프로필렌이 충분히 용융되지 않고 부피도 부풀어 오르지 않아 2차 냉각금형에서 성형이 불가능하거나 성형제품의 강도가 낮은 문제가 발생하며, 금형온도가 240℃를 상회하거나 가열시간이 120초를 초과하면 과도한 가열조건에 의해 유기섬유 성분이 열분해되어 장기 내구성이 저하되는 단점이 있다.

이러한 공정에 의해 가열압착, 재가열된 복합부직포는 최종적으로 단독이나 각종 표피재와 함께 2차 냉각금형에서 80℃ 이하의 온도에서 30 ~ 120초 동안 성형되면 최종제품으로 제조되어진다. 이 때 2차 냉각금형의 온도는 낮을수록 좋고 80℃를 넘지 않는 것이 좋다. 만약 80℃를 넘을 경우에는 냉각효과가 저하되어 냉각시간이 길어지는 단점이 있다. 그리고 2차 냉각시간이 30초 미만인 경우에는 충분한 냉각이 이루어지지 않아 금형에서 채취된 최종성형품에서 후변형이 발생할 수 있으며, 120초를 초과할 경우가 제품품질에는 문제가 없으나 생산주기나 공정의 배열과 조합에 따라 발생할 수는 있지만 실제로는 불필요한 냉각시간이다.

상기와 같이 제조되는 복합부직포 성형제품은 기존의 1회 가열과 1회 냉각으로 제조되어지는 성형제품에 비해 강성이 15% 이상 개선되기 때문에 보다 가벼운 복합부직포를 이용하여도 동일 내지 그 이상의 강성을 가진 제품을 제조할 수 있는 특징이 있으며, 기존의 마섬유와 폴리프로필렌섬유로 구성되는 복합부직포에 비해 강도가 우수하고 습기에 의한 강도저하가 없으며, 유리섬유와 폴리프로필렌섬유로 구성되는 기존의 복합부직포에 비해 제품이 가벼우면서도 우수한 강성을 나타내어 경량화의 목적을 달성할 수 있을 뿐 아니라, 소음방지특성, 제진특성, 단열성이 개선된 우수한 자동차 등의 내장재 제조가 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 수많은 실험을 거쳐 완성되었으나, 이하에서는 당업자가 용이하게 이해하고 실시할 수 있을 정도의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.

[실시예 1]

섬유 굵기가 9.7 ~ 10.1㎛인 E-글라스 장섬유를 길이 50 ~ 70mm로 절단한 유리섬유 40중량%, 융점이 167℃이고 길이가 55mm, 크림프가 4개/cm, 7데니어인 폴리프로필렌 단섬유 60중량%를 원료로 하여, 액상의 통상 대전방지제를 원료섬유에 대해 0.5중량%로 처리한 후, 혼섬된 섬유를 일련의 개면, 카딩, 크로스랩핑을 통해 니들펀칭 전의 복합부직포 적층체를 형성하고, 이 복합부직포 적층체 상부에 중량이 50g/m²인 폴리에스테르 장섬유 부직포를 덮은 다음, 니들링을 거쳐 복합부직포를 제조하였다. 이렇게 제조한 복합부직포는 200× 200의 크기로 시편을 잘라 중량을 측정한 결과 824g/m²이었다. 상기와 같이 제조한 복합부직포는 210℃의 가열압착 프레스를 이용해 1분간 1차 가열하고, 30℃의 1차 냉각금형에서 2mm로 압착한 후, 다시 210℃의 2차 가열금형에서 80초 동안 가열하며, 이후 40℃의 2차 최종 성형용 냉각금형에서 100초간 압착하여 평판을 냉각성형하고 각종 물성을 측정하였으며, 그 결과를 [표 1]에 나타내었다.

[실시예 2]

실시예 2에 따른 단열재는 상기 실시예 1에서 유리섬유를 39중량%, 폴리프로필렌 단섬유를 58중량%, 굵기가 2.2dTex이고 길이가 51mm, 클리프가 4.5개/cm인 메타-아라미드섬유를 3중량%로 변경하여 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였는데, 복합부직포의 단중은 907g/m² 이었다.

[비교예 1]

상기 실시예 1에서 유리섬유를 20중량%, 폴리프로필렌 단섬유를 80중량%로 변경하여 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[비교예 2]

상기 실시예 1에서 유리섬유를 60중량%, 폴리프로필렌 단섬유를 40중량%로 변경하여 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[비교예 3]

상기 실시예 2에서 유리섬유를 30중량%, 폴리프로필렌 단섬유를 40중량%, 메타 아라미드섬유를 30중량%로 변경하여 사용하는 것 이외에는 실시예 2와 동일하게 실시하였다.

[비교예 4]

상기 실시예 1에서 1차 가열금형 온도를 170℃로 변경하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[비교예 5]

상기 실시예 1에서 1차 가열금형 온도를 250℃로 변경하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[비교예 6]

상기 실시예 1에서 1차 가열금형의 가열시간을 10초로 변경하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[비교예 7]

상기 실시예 1에서 1차 가열금형의 가열시간을 200초로 변경하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[비교예 8]

상기 실시예 1에서 1차 냉각금형의 온도를 -5℃로 변경하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[비교예 9]

상기 실시예 1에서 1차 냉각금형의 온도를 120℃로 변경하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[비교예 10]

상기 실시예 1에서 1차 냉각금형의 압착시 두께를 5mm로 변경하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[비교예 11]

상기 실시예 1에서 1차 냉각금형의 압착시 두께를 1mm로 변경하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[비교예 12]

상기 실시예 1에서 2차 가열금형의 온도를 170℃로 변경하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[비교예 13]

상기 실시예 1에서 2차 가열금형의 온도를 250℃로 변경하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[비교예 14]

상기 실시예 1에서 2차 가열금형의 가열시간을 30초로 변경하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[비교예 15]

상기 실시예 1에서 2차 가열금형의 가열시간을 200초로 변경하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[비교예 16]

상기 실시예 1에서 2차 냉각금형의 온도를 120℃로 변경하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[비교예 17]

상기 실시예 1에서 2차 냉각금형의 냉각시간을 20초로 변경하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[비교예 18]

상기 실시예 1에서 2차 냉각금형의 냉각시간을 200초로 변경하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

구분	물성
구분	굴곡강도	인장강도	흡음성	단열성	특이사항
실시예1	17.8	62.7	0.320	0.035
실시예2	17.2	61.2	0.324	0.034
비교예1	11.4	44.2	0.252	0.041
비교예2	14.3	34.5	0.311	0.038
비교예3	9.1	32.4	0.287	0.039
비교예4	14.3	58.7	0.313	0.035
비교예5	13.1	42.4	0.314	0.037
비교예6	14.1	54.5	0.314	0.036
비교예7	13.4	47.1	0.317	0.035	약간 변색
비교예8	14.5	48.2	0.310	0.035
비교예9	15.2	47.2	0.295	0.037
비교예10	14.5	52.1	0.307	0.036
비교예11	15.7	61.4	0.218	0.042	압력과다하게 걸림
비교예12	8.5	49.8	0.294	0.035
비교예13	12.4	41.8	0.308	0.036	변색 심함
비교예14	9.8	29.7	0.285	0.035
비교예15	12.5	43.5	0.306	0.037	약간 변색
비교예16	15.1	55.3	0.315	0.036
비교예17	17.1	58.2	0.318	0.035	변형 발생
비교예18	16.8	37.4	0.321	0.036

PP : 폴리프로필렌섬유

GF : 유리섬유

AR : 메타-아라미드섬유

굴곡하중 : 성형시편을 흐름직각방향(CD)을 기준으로 폭 50mm, 길이 150mm로 재단하여 시험속도 20mm/분으로 측정한 최대하중(단위: N)

인장강도 : 성형시편을 흐름방향(MD)을 기준으로 폭 50mm, 길이 150mm로 재단하여 시험속도 50mm/분으로 측정한 인장강도(단위: kg/cm²)

흡음성 : 인피던스 튜브를 이용해 측정한 흡음결과로 2kHz의 흡음율

단열성 : KS L 9016의 기준에 준하여 측정한 열전도도(단위: W/mK)

상기 [표 1]에서와 같이, 본 발명의 경량성과 강성이 우수한 복합부직포로 시험한 실시예 1 및 실시예 2와 비교예 1 내지 비교예 18을 비교한 결과를 종합하면, 본 발명에 의한 실시예는 자동차 등의 내장재에서 요구되는 강도, 흡음성, 단열성 등의 물성과 외관이 균일하게 양호함을 확인할 수 있다.

따라서 본 발명의 제조방법으로 제조된 경량성과 강성이 우수한 복합부직포는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능한 것으로, 자동차는 물론, 항공기, 선박 등의 내장재로서 소음방지특성, 제진특성, 단열성이 개선된 친화적인 복합기능성 소재로서 다양한 용도와 형태로 사용되어 질 수 있다.

Claims

유리섬유 30 ~ 50중량%, 폴리프로필렌섬유 50 ~ 70중량%, 메타-아라미드섬유 0 ~ 10중량%로 구성된 니들펀칭 복합부직포를 제조하는 제1단계;
상기 니들펀칭 복합부직포를 온도가 190 ~ 240℃인 1차 가열금형에서 30 ~ 120초 동안 가열하는 제2단계;
상기 니들펀칭 복합부직포를 온도가 5 ~ 80℃인 1차 냉각금형에서 두께를 1 ~ 3㎜로 압착시켜 시트를 성형하는 제3단계;
상기 압착된 시트를 온도가 190 ~ 230℃인 2차 가열금형에서 45 ~ 120초 동안 재가열하는 제4단계;
상기 압착된 시트를 다시 온도가 80℃ 이하인 2차 냉각금형에서 30 ~ 120초 동안 냉간 성형하는 제5단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경량성과 강성이 우수한 복합부직포의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 유리섬유는 굵기가 7 ~ 20㎛인 E-글라스 장섬유를 50 ~ 100mm의 길이로 절단한 것임을 특징으로 하는 경량성과 강성이 우수한 복합부직포의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 폴리프로필렌섬유는 융점이 150 ~ 170℃이고, 클림프가 3 ~ 6개/cm, 굵기는 5 ~ 10데니어, 길이가 50 ~ 70mm임을 특징으로 하는 경량성과 강성이 우수한 복합부직포의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 메타-아라미드섬유는 굵기가 0.9 ~ 5.0dTex, 클림프는 3 ~ 6개/cm, 길이는 30 ~ 80mm임을 특징으로 하는 경량성과 강성이 우수한 복합부직포의 제조방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1단계에서의 니들펀칭 복합부직포는 니들펀칭 전에 부직포 적층체를 형성하고, 그 상부에 폴리에스테르 장섬유 부직포를 위치시킨 후, 니들링하는 것을 특징으로 하는 경량성과 강성이 우수한 복합부직포의 제조방법.