KR100412228B1 - 열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체 및그 발포체를 이용한 자동차 마감재 - Google Patents

열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체 및그 발포체를 이용한 자동차 마감재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리우레탄 발포체의 자체 탄성 등으로 인하여 성형성을 부여하는데 있어 발생되는 한계를 극복하고, 열간 성형을 함에 있어 열적강도가 충분히 유지될 수 있도록 하여 작업성이 용이하게 하고, 원료 혼합물의 배합물 종류를 최소화할 뿐만 아니라 저가의 원료를 사용함으로써 제조원가를 저하시킬 수 있도록 한 것이며, 또한 폴리우레탄 발포체의 양면에 강도보강재를 산포(散布)하여 강성(剛性) 및 난연성(難練性)을 부여함과 동시에 폴리 이소시아네이트와 촉매가 혼합된 물을 분사하여 적층물 간의 접착 및 열경화성을 부여하여 최종의 표면층을 마감재로 피복시켜 빠른 시간내 열간 성형함으로써 무게가 경량이면서 단열, 방음성이 우수하고 복잡한 형상의 성형품을 충분한 강성을 유지할 수 있도록 하는 열간 성형이 가능한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체 및 그 발포체를 이용한 자동차 마감재에 관한 것이다.
본 발명은 글리세린을 개시제로서 중합반응시켜 얻어지는 프로필렌 옥사이드 폴리에테르계 폴리올로서 OH 값이 50~300까지의 2~4관능기인 하이드록실 폴리에테르 8~20중량부와,설탕과 글리세린 혼합물을 개시제로서 중합반응시켜 얻어지는 프로필렌 옥사이드 폴리에테르계 폴리올로 OH 값이 350~550까지의 4~6관능기인 하이드록실 폴리에테르 3~50중량부와, OH 값이 55~70인 2~3관능기의 아디핀산/트리메틸올 프로판/디에틸렌 글리콜계 폴리에스테르 60~30중량부를 혼합하여 전체 폴리올 100중량부를 형성하고, 상기 전체 폴리올 100중량부에 대하여 크루드-엠디아이(Crude-MDI) 110~130중량부와, 실리콘계 기포안정제 1~3중량부와, 주발포제인 물 2~5중량부와, 보조발포제인 메칠렌크로라이드를 15~35중량부와, 촉매 0.5~3중량부와, 난연제 6~10중량부를 혼합하여 발포한 것에 특징이 있다.
또한, 본 발명은 80∼130℃의 낮은 온도에서 열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체 양면에 부직포 및 표피재를 적층하여 이루어지는 자동차 마감재에 있어서, 상기 폴리우레탄 발포체의 일측에는 약 1600℃의 온도에서 용융된 유리를 고속으로 인출하여 직경 7~15㎛의 필라멘트를 형성하고, 상기 필라멘트 100∼4000본을 결속 후 30∼60mm의 길이로 절단하여 이루어진 제 1 강도보강재가 단위중량 50∼200g/m2되도록 균일하게 산포되고, 상기 폴리우레탄 발포체의 타측에는 제 1 강도보강재와 동일한 구성으로 이루어지는 제 2 강도보강재가 단위중량 50∼200g/m2되도록 균일하게 산포되고, 상기 제 1, 제 2 강도보강재 위에 부직포 및 표피재가 각각 적층되고, 상기 폴리우레탄 발포체와 부직포, 폴리우레탄 발포체와 표피재 사이에 폴리 이소시아네이트, 촉매 10~40중량부 및 물 60~90중량부가 혼합된 제 1, 제 2 혼합물반응물을 분사하여 화학반응에 의해 접착 및 경화되도록 한 것에 특징이 있다.

Description

열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체 및 그 발포체를 이용한 자동차 마감재{A hard polyurethane foam of continous bubble make facility of hot forming, and the finishing material of a car using thereof}
본 발명은 폴리우레탄 발포체의 자체 탄성 등으로 인하여 성형성을 부여하는데 있어 발생되는 한계를 극복하고, 열간 성형을 함에 있어 열적강도가 충분히 유지될 수 있도록 하여 작업성이 용이하게 하고, 원료 혼합물의 배합물 종류를 최소화할 뿐만 아니라 저가의 원료를 사용함으로써 제조원가를 저하시킬 수 있도록 하는 열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기의 열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체의 양면에 강도보강재를 산포(散布)하여 강성(剛性) 및 난연성(難練性)을 부여함과 동시에 폴리 이소시아네이트와 촉매가 혼합된 물을 분사하여 적층물 간의 접착 및 열경화성을 부여하여 최종의 표면층을 마감재로 피복시켜 빠른 시간내 열간 성형함으로써 무게가 경량이면서 단열, 방음성이 우수하고 복잡한 형상의 성형품을 충분한 강성을 유지할 수 있도록 하는 열간 성형이 가능한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체를 이용한 자동차 마감재에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 실내에 사용되는 마감재는 방음성 및 단열성이 우수한 여러 종류의 마감재를 사용하여 마감 처리되고 있으며, 특히 자동차 실내 천정의 마감재로 사용 설치되는 헤드라이너(headliner)는 첫째, 자동차의 천정 형상으로 성형후 금형으로부터 제품의 탈형이 용이하여야 하고, 둘째, 저가의 보강재를 사용하되 강성과 난연성을 유지 및 생산원가를 저하시켜야 하며, 셋째, 복잡한 형상으로도 쉽게 성형이 가능하고 잔류응력에 의한 변형없이 성형된 형상이 잘 유지되면서 내구성이 뛰어나야 하며, 넷째, 방음성이 우수하고 경박(輕薄)하여야 하는 조건을 만족하여야 한다.
따라서 상기의 조건을 부합하기 위해 여러 가지 방안의 자동차 실내 마감재의 소재와 가공방법이 제안되었으며, 그 일예로서 대한민국 특허 제 178401호(등록일자 1998.11.23)를 들수 있다.
즉, 대한민국 특허 제 178401호에서의 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체의제조는 도 1a의 (가)에서와 같이 디페닐 메탄 디이소시아네이트 70~90중량부와 폴리페닐 폴리메틸렌 폴리 이소시아네이트 10~30중량부로 구성된 폴리 이소시아네이트 혼합물(a)을, OH 값이 28~600인 이관능성(또는 삼관능성)인 하이드록실 폴리에테르 50~70중량부, OH 값이 150~440인 이관능성 프탈산 하이드록실 폴리에스테르 20~35중량부, 글리세롤 2~10중량부, 물 3.5~7중량부, 혼입 가능한 3급 아민 촉매 0.3~1중량부 및 임의로 실리콘 기포안정제 0.1~2중량부로 구성된 폴리올성분(b)과 반응시켜 상온 성형성 연속 기포 경질 폴리우레탄 발포체를 제조하고 있다.
상기와 같이 제조되는 종래 대한민국 특허 제 178401호의 상온 성형성 연속 기포 경질 폴리우레탄 발포체는 원료 원액의 혼합이 복잡하고 가격이 비싼 문제점이 있으며, 발포체를 일정한 두께로 절단시 폴리우레탄의 가루 발생으로 인하여 표피재 및 부직포의 합포시 접착력을 저하시키게 되는 문제점이 있는 것이다.
또한, 상기 대한민국 특허 제 178401호에서 폴리 이소시아네이트 혼합물(a)과 폴리올성분(b)이 반응에 의해 제조되는 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체를 이용하여 자동차 헤드라이너를 가공하는 공정은 다음과 같다.
먼저 도 1a의 (나)에 도시된 단면도에서와 같이 용매가 없는 2성분 폴리우레탄 접착제를 글래스 매트(62a)(62b)에 분무(약 120g/m2) 한 다음, 두께 1㎝ 경질 폴리우레탄 발포체(61)를 상기 2개의 글래스 매트(62a)(62b) 사이에 샌드위치 형태로 넣은 후, 상기 글래스 매트(62a)의 일측면에는 장식용 필름(63)으로, 타측면은 섬유(64)로 피복한다.
상기 경질 폴리우레탄 발포체(61)의 양면에 글래스 매트(62a)(62b), 필름(63), 섬유(64)로 적층되어진 적층물을 약 130℃로 가열한 금형에 투입하여 밀폐시킨 다음, 상기의 적층물을 충분한 기간 동안 금형 속에서 유지시켜 접착제를 경화시킨 후, 금형으로부터 성형제품을 분리시킴에 따라 자동차 헤드라이너의 제조를 완료하게 되는 것이다.
상기와 같은 종래 대한민국 특허 제 178401호의 상온 성형성 연속 기포 경질 폴리우레탄 발포체를 이용한 자동차 헤드라이너의 가공공정은 용매가 없는 2성분 폴리우레탄 접착제를 분무할 경우 주변 기기를 오염시킬 가능성과 배기덕트 등을 막히게 할 가능성이 있으며, 고가의 글래스 매트 등의 사용으로 제품의 원가를 상승시키게 되고, 접착제로써의 역할을 기대되나 폴리우레탄 발포체 사이에 스며들어 경화시키는 역할은 미약하여 전체적으로 강도가 저하되는 문제점이 있다.
종래 다른 자동차 헤드라이너의 제조방법으로서는 대한민국 특허 제 203381호를 들수 있으며, 이는 일반적인 폴리우레탄 발포체의 양면에 천연섬유(견, 마, 모 등) 또는 합성섬유(나일론, 아크릴, 우레탄 등), 그리고 무기섬유(유리섬유, 광물질섬유 등)와 같은 섬유강화접착층과 통상의 직물지인 피복재를 순차 적층하여 구성한 것이다.
이와 같이 대한민국 특허 제 203381호에서와 같이 일반적인 폴리우레탄 발포체(22)를 사용하여 자동차 헤드라이너를 제조하는 방법은 다음과 같다.
도 1b (가)는 종래 대한민국 특허 제 203381호의 자동차 헤드라이너 단면도이며, (나)는 (가)에 도시된 자동차 헤드라이너 제조장치의 구성도이다.
즉, 컨베이어벨트(42) 구동에 따른 피복재롤(44)로부터 연속적으로 공급되는제 1 피복재(26a)의 일면에 접착제공급기(46)와 섬유공급기(48)에 의하여 핫멜트파우더인 접착제분말과 섬유필라멘트를 교호로 산포한 후, 그 위에 접착제분말을 더 도포하는 제 1 섬유강화접착층(24a)을 형성하고, 상기 섬유필라멘트와 접착제분말이 산포된 피복재 상에 폴리우레탄 발포체(22)를 발포체 공급기(50)에 의해 공급한다.
그 다음, 피복재 상에 공급된 폴리우레탄 발포체(22) 표면 상에 상기 제 1 섬유강화접착층(24a) 형성시와 동일한 과정으로 제 2 섬유강화접착층(24b)을 형성시키고, 상기 제 2 섬유강화접착층(24b) 표면 위에 연속적으로 공급되는 제 2 피복재(26b)를 적층한 후, 가열/가압챔버(52)를 경유하게 하여 적층물을 가열/가압함으로써 일체화시키는 과정으로 제조하게 된다.
종래 또다른 자동차 헤드라이너의 제조방법으로서는 대한민국 실용신안공개 제 98-68604호(공개일자:1998.12.05)를 들수 있으며, 이는 일반적인 폴리우레탄 발포체의 양면에 고융점화학단섬유(폴리에스테르단섬유, 나일론단섬유, 폴리아크릴로니트릴단섬유, 폴리우레아단섬유, 폴리우레탄단섬유 및 이들의 혼합물 등) 및 보강장섬유(천연 장섬유: 마)를 혼합한 혼합물 20~60중량부와, 저융점화학단섬유(폴리프로필렌단섬유, 폴리에스테르단섬유) 40~80중량부를 혼합하여서 이루어진 섬유강화 혼성부직포를 접착하여서 된 것이다.
즉, 도 1c (가)는 종래 대한민국 실용신안공개 제 98-68604에서의 자동차 헤드라이너의 단면도이며, (나)는 (가)에 도시된 자동차 헤드라이너 제조장치의 구성도로서, 일반적인 폴리우레탄 발포체(10)를 이송컨베이어(30)에 의해 공급하면서그 상.하면에 접착필름공급롤(32)과 부직포공급롤(34)로부터 접착용 필름(핫멜트필름, 핫멜트파우더) 및 섬유강화 혼성부직포(14)를 공급하여 접착제층(12)을 형성한다.
이 후, 접착용 필름과 섬유강화 혼성부직포(14)를 가이드로울러(36)에 의해 가열가압챔버(38)로 도입시키고, 상기 가열가압챔버(38)를 경유함에 따라 폴리우레탄 발포체(10)에 덮여진 접착용 필름과 섬유강화 혼성부직포(14)를 가열 및 가압하여 하나의 접착된 마감재 적층체를 형성한다.
그 다음 상기 가열, 가압되어 적층된 마감재는 냉각챔버(40)에 의하여 냉각되면서 접착제층(12)과 섬유강화 혼성부직포(14) 중의 저융점화학단섬유의 용융물들이 냉각 고화되어 완전하게 접착되며, 이 과정에서 섬유강화 혼성부직포(14)는 그 두께가 원래의 섬유강화 혼성부직포(14)에 비하여 60~90부 정도 감소될 수 있으며, 자체적으로 고융점화학단섬유를 기준으로 밀집되어 단단한 표면을 이룸과 동시에 폴리우레탄 발포체(10)의 표면에 밀착되도록 한 것이다.
상기와 같은 종래의 대한민국 특허 제 203381호 및 대한민국 실용신안공개 제 98-68604호는 자동차 내장 부품용, 특히 헤드라이너로 사용되는 레진펠트(Resin Felt:자동차 내장 부품 소재로써 면, 마, 합성섬유 등의 섬유를 벌크 상태로 한 후 열 경화성 수지에 합침시켜 열성형하여 자동차 부품을 만드는 소재), F-10(자동차 내장 부품 소재의 상품명으로써 크라프트종이 등을 적층 후 열 성형한 것으로 자동차 부품을 만드는 소재) 등은 현재 보편화되어 사용되고 있는 재질로써 제품생산시 자체중량, 환경적인 문제, 강성 부족으로 인한 꺾임 등의 문제점이 있을 뿐만 아니라 이로 인해 완성 제품에 대한 신뢰성 확보면에서도 많은 문제가 발생하게 된다.
그리고 통상적인 폴리우레탄 발포체를 베이스로 하는 자동차 헤드라이너용 소재는 폴리우레탄 발포체 자체의 탄성 등으로 인하여 성형성을 부여하는데 한계가 있으며, 다른 소재에 비하여 열악한 강성을 글래스 매트(glass mat), PET 부직포로 강성 보강을 하고 있으나, 제품 성형 완료후의 강도 및 열 사이클 시험에서 단말부 층간의 박리, 주름, 처짐으로 인한 형상변형 및 칫수변화가 크게 발생하는 등 많은 문제점이 지적되었다.
또한, 통상적인 폴리우레탄 발포체를 이용하여 자동차 헤드라이너를 성형할 경우 접착제로 사용한 핫멜트필름, 핫멜트파우더와 같은 열가소성수지를 미리 예열한 후 냉간금형으로 성형해야 하는 제약이 있으며, 이러한 냉간금형 성형공법은 잔류응력에 의한 변형에 의해 정확한 형상으로 제조하기 어려운 관계로 주문자의 요구에 부합하지 못하는 문제점을 안고 있다.
그리고, 통상적인 폴리우레탄 발포체에 글래스 매트, PET 부직포 등이 적층 완료된 마감재를 소정의 형상으로 열간 성형을 할 경우 금형열에 의하여 제품이 가소화되어 소정의 형상이 유지되지 않음으로써 탈형이 원할하게 이루어지지 않을 뿐만 아니라 폴리우레탄 발포체를 적정한 두께로 절단시 분말이 생성되어 보강층의 접착력을 저하시키는 등 많은 문제점이 있는 것이다.여기서, 열간성형이란 소재가 열가소성수지일 경우 소재 예열 후, 냉각금형으로 성형과 동시에 냉각을 하여야 하나, 열경화성수지일 경우 소재 예열 없이 열이 가해져 있는 금형으로 성형과 동시에 경화시키는 방법을 말한다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 글리세린을 개시제로서 중합반응을 일으켜 얻어진 프로필렌 옥사이드 폴리에테르계와, 설탕과 글리세린을 개시제로서 중합반응을 일으켜 얻어진 프로필렌 옥사이드 폴리에테르계의 폴리올이 혼합된 혼합물과, 상기 혼합물에 아디핀산/트리메틸올 프로판 /디에틸렌 글리콜 폴리에스테르계의 폴리올을 적정량 배합하여 총 폴리올을 100중량부로 설정한 후 상기 전체 폴리올 100중량부에 대하여 크루드-엠디아이(Crude-M야), 실리콘계 기포안정제, 물, 메칠렌크로라이드, 촉매, 난연제를 소정양 혼합하여 발포시킴으로써 연질 발포체에 비해 성형성이 우수하고 성형후 압착된 부위가 다시 복원되는 단점을 보완함과 동시에 성형후 지지 기능이 우수한 열간 성형이 용이한한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 상기의 조성물로 제조되는 열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체 양측면에 고온에서 용융된 유리를 고속으로 인발 성형하여 얻은 필라멘트를 다량 결속하여 일정한 길이로 절단된 강도보강재를 산포하고, 이 강도보강재 위에 표피재 및 부직포를 적층함에 따른 섬유함유율을 높여 기계적 강성 및 난연성을 향상시키고, 특히 상기 폴리우레탄 발포체에 적층되는 소재들의 접착은 용액상태의 폴리 이소시아네이트와 촉매가 함유된 물을 분사하여 발포체를 구성하는 폴리올과의 화학적 반응에 의해 결합되게 함으로써 열경화성의 부여는 물론, 단열, 방음성이 높은 자동차 헤드라이너를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
설탕과 글리세린 혼합물을 개시제로서 중합반응시켜 얻어지는 프로필렌 옥사이드 폴리에테르계 폴리올로 OH 값이 350~550까지의 4~6관능기인 하이드록실 폴리에테르 3~50중량부와, OH 값이 55~70인 2~3관능기의 아디핀산/트리메틸올 프로판/디에틸렌 글리콜계 폴리에스테르 60~30중량부를 혼합하여 전체 폴리올 100중량부를 형성하고, 상기 전체 폴리올 100중량부에 대하여 크루드-엠디아이(Crude-MDI) 110~130중량부와, 실리콘계 기포안정제 1~3중량부와, 주발포제인 물 2~5중량부와, 보조발포제인 메칠렌크로라이드를 15~35중량부와, 촉매 0.5~3중량부와, 난연제 6~10중량부를 혼합하여 발포한 것에 특징이 있다.
또한, 본 발명은 80∼130℃의 낮은 온도에서 열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체 양면에 부직포 및 표피재를 적층하여 이루어지는 자동차 마감재에 있어서, 상기 폴리우레탄 발포체의 일측에는 약 1600℃의 온도에서 용융된 유리를 고속으로 인출하여 직경 7~15㎛의 필라멘트를 형성하고, 상기 필라멘트 100∼4000본을 결속 후 30∼60mm의 길이로 절단하여 이루어진 제 1 강도보강재가 단위중량 50∼200g/m2되도록 균일하게 산포되고, 상기 폴리우레탄 발포체의 타측에는 제 1 강도보강재와 동일한 구성으로 이루어지는 제 2 강도보강재가 단위중량 50∼200g/m2되도록 균일하게 산포되고, 상기 제 1, 제 2 강도보강재 위에 부직포 및 표피재가 각각 적층되고, 상기 폴리우레탄 발포체와 부직포, 폴리우레탄 발포체와 표피재 사이에 폴리 이소시아네이트, 촉매 10~40중량부 및 물 60~90중량부가 혼합된 제 1, 제 2 혼합물반응물을 분사하여 화학반응에 의해 접착 및 경화되도록 한 것에 특징이 있다.
도 1a (가)는 종래 폴리우레탄 발포체의 제조공정도.
(나)는 (가)에 의해 제조된 발포체를 이용한 자동차 마감재(헤드라이
너)의 단면도.
도 1b (가)는 종래 다른 자동차 마감재(헤드라이너)의 단면도.
(나)는 (가)에 도시된 자동차 마감재(헤드라이너) 제조장치의 구성도.
도 1c (가)는 종래 또다른 자동차 마감재(헤드라이너)의 단면도.
(나)는 (가)에 도시된 자동차 마감재(헤드라이너) 제조장치의 구성도.
도 2 (가)는 본 발명에 따른 열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄
발포체의 제조공정 순서도.
(나)는 (가)도에 의해 제조된 폴리올 혼합물의 발포과정도.
도 3 (가)는 본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체를 이용한 자동차 마감재(헤
드라이너) 제조장치의 구성도.
(나)는 (가)도에 의해 제조된 폴리우레탄 발포체의 확대단면도.
(다)는 본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체를 이용한 자동차 마감재(헤
드라이너) 성형과정도.
도 4는 본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체를 이용한 자동차 마감재(헤드라이
너)의 제조공정 순서도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
53 : 폴리우레탄 발포체 71 : 부직포 권취롤러
72 : 콘베이어 73a : 제 1 보강재산포기
73b : 제 2 보강재산포기 74a : 제 1 폴리 이소시아네이트 분사기
74b : 제 2 폴리 이소시아네이트 분사기
75a : 제 1 반응물분사기 75b : 제 2 반응물분사기
76 : 발포체공급기 77 : 표피재 권취롤러
78 : 가압로울러 79 : 열금형
81 : 부직포 82a : 제 1 강도보강재
82b : 제 2 강도보강재 83 : 표피재
이하 본 발명에 따른 열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체및 그 발포체를 이용한 자동차 헤드라이너를 첨부된 도 2 내지 도 4를 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2의 (가)는 본 발명에 따른 열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체(53)의 제조공정 순서도이며, (나)도는 (가)도에 의해 제조된 폴리우레탄 발포체(53)의 확대단면도이고, (다)는 (가)도에 의해 제조된 폴리우레탄 발포체 (53)의 성형예시도이다.
먼저 도 2의 (가)에서와 같이 OH 값이 50~550, 관능기 2~6의 글리세린 혼합물을 개시제로서 중합반응시켜 얻어지는 프로필렌 옥사이드 하이드록실 폴리에테르 10~28중량부 및 OH 값이 50~550, 관능기 2~6의 설탕과 글리세린 혼합물을 개시제로서 중합반응시켜 얻어지는 프로필렌 옥사이드 폴리에테르 90~72중량부가 혼합된 제 1 폴리올을 제조(단계 61)하고, 상기 제 1 폴리올 40~70중량부와, OH 값이 55~70, 관능기 2~3의 아디핀산/트리메틸올 프로판/디에틸렌 글리콜 폴리에스테르계인 제 2 폴리올 60~30중량부를 용도나 물성에 따라 배합하여 전체 폴리올 100중량부를 형성(단계 62)한다.
상기와 같이 제 1폴리올과 제 2폴리올을 혼합하였을 경우 각각의 폴리올의 혼합비율은 아래의 표 1과 같은 범위내에서 폴리올 100중량부를 형성하게 된다.
(표 1)
폴리올 비율
글리세린을 개시제로서 중합반응된 프로필렌 옥사이드 하이드록실폴리에테르 8~20중량부
설탕과 글리세린을 개시제로서 중합반응된 프로필렌 옥사이드하이드록실 폴리에테르 32~50중량부
아디핀산/트리메틸올 프로판/디에틸렌 글리콜 폴리에스테르 60~30중량부
합계 100중량부
그 다음 상기 전체 폴리올 100중량부에 대하여 이소시아네이트 성분으로 폴리 이소시아네이트의 일종인 크루드-엠디아이(Crude-MDI)를 110~130중량부와, 상기전체 폴리올 100중량부에 대하여 실리콘계 기포안정제 1~3중량부와, 상기 전체 폴리올 100중량부에 대하여 주발포제인 물 2~5중량부와, 상기 전체 폴리올 100중량부에 대하여 발포체의 밀도를 낮추기 위해 저비점 용제이며 보조발포제인 메칠렌크로라이드를 15~35중량부와, 상기 전체 폴리올 100중량부에 대하여 촉매 0.5~3중량부와, 상기 전체 폴리올 100중량부에 대하여 난연제 6~10중량부를 투입 및 고르게 혼합하여 혼합물(60)을 형성한다.
상기와 같이 혼합된 혼합물(60)을 전체 100중량부로 설정하였을 때 각 조성물의 혼합비율은 표 2와 같다.
(표 2)
조성물 비율(중량부)
글리세린을 개시제로서 중합반응된 프로필렌 옥사이드 하이드록실폴리에테르 3~5
설탕과 글리세린을 개시제로서 중합반응된 프로필렌 옥사이드하이드록실 폴리에테르 12~18
아디핀산/트리메틸올 프로판/디에틸렌 글리콜 폴리에스테르 24~14
크루드-엠디아이(Crude-MDI) 40~51
실리콘계 기포안정제 0.2~1.5
물 5~0.5
메칠렌크로라이드 13~5
촉매 0.5~15
난연제 2.3~3.5
합계 100
그 외에 필요에 따라 폴리우레탄 발포체 생산에 공지된 바와 같이 반응지연제, 기포조절제, 계면활성제, 안료(염료), 노화방지제, 세균 및 진균성장억재제, 충진제 등의 보조제를 투입 및 혼합(단계 63)하며, 이 보조제는 통상적인 양으로 투입된다.
따라서 도 2의 (나)에서와 같이 상기 전체 폴리올 100중량부에 대하여 크루드-엠디아이(Crude-MDI)를 110~130중량부와, 실리콘계 기포안정제 1~3중량부와, 주발포제인 물 2~5중량부와, 메칠렌크로라이드를 15~35중량부와, 촉매 0.5~3중량부와, 난연제 6~10중량부가 혼합된 혼합물(60)을 도 2의 (다)에서와 같이 주입기(51)를 통해 발포기(52)에 유입하여 발포시킴으로써 폴리우레탄 발포체(53)를 형성(단계 64)하고, 상기 폴리우레탄 발포체(53)를 일정한 두께로 절단(단계 65)함으로써 열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체의 제조를 완료하게 되는 것이다.
이와 같은 과정을 통해 제조되는 폴리우레탄 발포체(53)는 연질 발포체에 비해 성형성이 우수하고 성형후 압착된 부위가 다시 복원되지 않으며, 성형후 지지 기능이 우수하게 된다.
상기와 같은 조성물과 공정에 의해 제조되는 폴리우레탄 발포체(53)의 보다 구체적인 실시예를 설명하면 다음과 같다.
(실시예)
먼저 OH 값이 50~550, 관능기 2~6의 글리세린을 개시제로 하여 중합반응되어 얻어진 프로필렌 옥사이드 하이드록실 폴리에테르 20중량부와, OH 값이 50~550, 관능기 2~6의 설탕과 글리세린을 개시제로 하여 중합반응되어 얻어진 프로필렌 옥사이드 하이드록실 폴리에테르 80중량부가 혼합된 제 1 폴리올을 제조하고, 상기 제 1 폴리올 50중량부와, OH 값이 55~70, 관능기 2~3의 아디핀산/트리메틸올 프로판/디에틸렌 글리콜 폴리에스테르계인 제 2 폴리올 50중량부를 용도나 물성에 따라 배합하여 전체 폴리올 100중량부를 형성한다.
그 다음 상기 전체 폴리올 100중량부에 대하여 이소시아네이트 성분으로 폴리 이소시아네이트의 일종인 크루드-엠디아이(Crude-MDI)를 124중량부와, 실리콘계기포안정제 1.5중량부와, 상기 전체 폴리올 100중량부에 대하여 주발포제인 물 3.4중량부와, 메칠렌크로라이드를 20중량부와, 촉매 1.5중량부와, 난연제 8중량부를 투입 및 고르게 혼합하여 혼합물을 형성한다.
상기와 같이 혼합된 혼합물을 전체 100중량부로 설정하였을 때 각 조성물의 혼합비율은 표 3과 같다.
(표 3)
조성물 비율(중량부)
글리세린을 개시제로서 중합반응된 프로필렌 옥사이드 하이드록실폴리에테르 3.9
설탕과 글리세린개시을 개시제로서 중합반응된 프로필렌 옥사이드하이드록실 폴리에테르 15.6
아디핀산/트리메틸올 프로판/디에틸렌 글리콜 폴리에스테르 19.6
크루드-엠디아이(Crude-MDI) 47.7
실리콘계 기포안정제 0.6
물 1.3
메칠렌크로라이드 7.8
촉매 0.4
난연제 3.1
합계 100
상기와 같이 실시예에 의해 제조된 본 발명의 폴리우레탄 발포체(53)의 인장특성, 굽힘특성, 압축특성을 표 4에 나타내었다.
(표 4)
시험항목 규격 시험조건 단위 샘플 크기 물성치
밀도 - - Kg/m3 - 30∼36
인장특성 인장강도 JIS A9511 500mm/min N/cm2 아령형 10W×5H 15∼30
연신율 ↑ ↑ % ↑ 12∼16
굽힘특성 굽힘강도 JIS K7221 10mm/min Kpa 100(L)×25(W)×20(H) 90∼170
압축특성 10%압축강도 JIS K7220 5mm/min Kpa 100(L)×100(W)×50(H) 80∼120
30%압축강도 ↑ ↑ ↑ ↑ 110∼130
도 3의 (가)는 본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체를 이용한 자동차 헤드라이너 제조장치의 구성도이며, (나)는 본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체를 이용한 자동차 헤드라이너 성형가공 공정도이고, 도 4는 본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체를 이용한 자동차 헤드라이너의 제조공정 순서도로서 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 부직포 권취롤러(71)로부터 공급되며 단위중량 30∼150Kg/m2의 부직포 (81)는 콘베이어(72)를 통해 연속적으로 공급(단계 101)하게 되고, 상기 콘베이어 (72)의 전단부에서는 제 1 보강재산포기(73a)에 의해 부직포(81) 위에 제 1 강도보강재(82a)를 단위중량이 50∼200g/m2되도록 균일하게 산포(단계 102)한다.
여기서 제 1 강도보강재(82a)는 원재료인 유리를 약 1600℃의 온도에서 용융하고, 이 용융된 유리를 고속으로 인출하여 직경 7~15㎛의 필라멘트를 형성한 다음, 상기 필라멘트 100∼4000본을 결속 후 30∼60mm의 길이로 일정하게 절단한 것으로, 꼬임이 없어 인발성형에 적합하고 섬유함유율을 높일 수 있으므로 기계적 강도가 뛰어나다.
이와 같은 강도보장재(82a)의 강성을 높이기 위해서는 필라멘트의 굵기와 절단길이가 매우 중요하며, 본 발명에 사용된 제 1 강도보강재(82a)의 사양 및 물성은 표 5에 도시하였다.
(표 5)
시험항목(Characteristics) 단위(Unit) 기준치(Specification) 관련규격(Reference)
섬유 사양(Glass Type) E-Glass KS L 2513
번수(Count of Strand) tex 200±20
단섬유 직경(Filament Diameter) ㎛ 11±1
바인더 함량(Binder Content) % Max.2.0
알카리 함량(Alkali Content) % Max.0.5
스트랜드 길이(Strand Length) mm 50±1
접속제 종류(Coupling Agent) Silane
즉, 기존에 널리 사용되는 글래스 매트(GLASS MAT)는 열용융성 핫 멜트 파우더 또는 핫 멜트 필름을 사용함에 따라 표면 표피층과 이면 부직포층을 접착할 경우 자체 층간 박리가 일어남으로써 200g/m2이상의 글래스 매트는 사용할 수 없는 문제점이 있으나, 본 발명의 제 1 강도보강재(82a)를 산포할 경우 후술되는 용액상태의 접착제기능을 갖는 폴리 이소시아네이트 및 물과 촉매가 혼합된 혼합물을 순차적으로 분사함으로써 제 1 강도보강재를 구성하고 있는 각각의 제 1 강도보강재(82a) 사이로 쉽게 침투가 가능하여 제 1 강도보강재(82a)간의 결속을 높일 수 있다.
특히, 특정 부분에 제 1 강도보강재의 산포량을 증대하여 부분적으로 강도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 기존의 다른 소재에 비해 제품의 기능 향상은 물론, 제품의 경량화로 인해 원가절감을 도모할 수 있는 장점이 있으며, 상기 제 1 강도보강재(82a)대신에 열경화성 수지의 글래스 매트(GLASS MAT)를 사용할 수 있으며, 또한 상기 제 1 강도보강재(82a)는 글래스 로빙(glass roving)을 30∼60mm의 길이로 절단하여 산포할 수 있다.
상기 공정을 통해 부직포(81) 위에 제 1 강도보강재(82a)를 균일하게 산포 완료한 다음, 상기 제 1 강도보강재(82a)와 부직포(81) 위에 제 1 폴리 이소시아네이트 분사기(74a)를 통해 폴리 이소시아네이트를 고르게 분사(단계 103)하고, 이어서 제 1 반응물분사기(75a)를 통해 반응촉진제인 촉매 10~40중량부와 물 60~90중량부가 혼합된 제 1 혼합반응물(84a)을 고르게 분사(단계 104)시킴으로써 제 1 강도보강재(82a) 간을 결속하고, 제 1 강도보강재(82a)와 부직포(81)를 접착시킴과 동시에 열성형성을 부여하게 된다.
이와 같이 분사되는 폴리 이소시아네이트 및 촉매와 물이 혼합된 제 1 혼합반응물(84a)이 제 1 강도보강재(82a)와 부직포(81)에 충분히 스며들 경우 이들의 화학적 반응에 의해 접착 및 경화시키게 된다.
즉, 폴리 이소시아네이트는 정확히 이소시아네이트트를 중합반응시켜 생성되는 변성품으로써 피착체의 하이드록시(Hydroxy) 화합물과 반응하여 우레탄을 형성함과 동시에 수분과의 반응에 의해 우레아(Urea)를 형성하고 승온 프레서에 의해 반응이 촉진되어 접착 및 결합제로서의 기능을 띄게 되며, 이때 이소시아네이트를 중합반응시켜 생성되는 변성품 여하에 따라 열 경화성을 좋게 부여 할 수 있다.
여기서 열성형성을 부여하며 접착제 기능을 갖는 폴리 이소시아네이트는 이소시아네이트를 중합반응시켜 생성되는 변성품을 100% 사용하며, 제 1 혼합반응물(촉매+물)의 개략적 물성은 표 6과 같다.
(표 6)
품 명 기본 물성
폴리이소시아네이트(이소시아네이트를 중합반응시켜 생성되는 변성품인 프리폴리머) - 외관(APPEARANCE ) : DARK-AMBERTO BROWN,점성액체(VISCOUSE LIQUID)- 비중(SPECIFIC GRAVITY) : 1.23 AT 25℃- 점도(VISCOSITY) : 180CPS AT 25℃
혼합반응물(촉매+물) - 외관(APPEARANCE) : 투명액체(OPAQUE LIQUID)- 비중(SPECIFIC GRAVITY) : 1.00 AT 25℃- 점도(VISCOSITY) : 3CPS AT 25℃
상기 공정을 통해 부직포(81)와 제 1 강도보강재(82a)가 적층된 위에 폴리 이소시아네이트 및 물과 촉매가 혼합된 제 1 혼합반응물(84a)을 분사 완료한 다음, 그 위에 발포체공급기(76)에 의해 본 발명으로 제조된 열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체(53)를 적층(단계 105)시킨 후, 상기 폴리우레탄 발포체(53)의 표면에 제 2 보강재산포기(73b)를 통해 용융된 유리를 고속 인출하여형성된 직경 7~15㎛의 필라멘트를 100∼4000본 결속 후 30∼60mm의 길이로 절단된 제 2 강도보강재(82b)를 단위중량이 50∼200g/m2되도록 균일하게 산포(단계 106)한다.
상기 공정을 통해 폴리우레탄 발포체(53)의 표면 위에 제 2 강도보강재(82b)를 균일하게 산포 완료한 다음, 그 위에 제 2 폴리 이소시아네이트 분사기(74b)와 제 2 반응물분사기(75b)를 통해 폴리 이소시아네이트 및 반응촉진제인 촉매 10~40중량부와 물 60~90중량부가 혼합된 제 2 혼합반응물(84b)을 고르게 분사(단계 107, 108)함으로써 각각의 제 2 강도보강재(82b) 간을 결속하며 상기 폴리우레탄 발포체(53)를 구성 요소인 폴리올과 화학적 반응을 일으켜 제 2 강도보강재(82b) 및 폴리우레탄 발포체(53)를 서로 접착 및 경화시킴과 동시에 열성형성을 부여하게 된다.
상기의 공정을 통해 폴리우레탄 발포체(53) 위에 제 2 강도보강재(82b)를 적층 및 접착 완료한 다음, 상기 제 2 강도보강재(82b) 위에 표피재 권취롤러(77)를 통해 공급되는 표피재(83)를 적층(단계 109)한 후, 가압로울러(78)를 경유시킴에 따라 상기 표피재(83)는 제 2 강도보강재(82b) 및 폴리우레탄 발포체(53)에 접착 및 경화(단계 110)고정됨으로써 자동차 헤드라이너 소재의 제조를 완료하게 된다.
상기까지의 공정을 통해 부직포(81)와 제 1 강도보강재(82a) 및 폴리우레탄 발포체(53), 제 2 강도보강재(82b), 표피재(83)가 적층 및 접착된 자동차 헤드라이너 소재를 도 3의 (다)에서와 같이 약 30분 이내에 80∼130℃로 가열된 소정 형상의 열금형(79)속에 넣고 1~2분간 프레스작업을 진행하여 열경화시킴과 동시에 성형후 탈형(단계 111)시킴으로써 자동차 헤드라이너의 제조를 완료하게 되는 것이다.
상기 과정에서 30분 이내에 프레스작업을 진행하여야 하는 이유는 이소시아네이트를 중합반응시켜 생성되는 변성품인 폴리 이소시아네이트, 그리고 물, 촉매가 혼합된 제 1, 제 2 혼합반응물(84a)(84b)를 분사하면 상온 중이라도 다소 화학반응이 진행되어 열 경화성 물질이 생성되며, 열성형 금형으로 소정의 형상이 이루어진 후 경화되어야 제품의 형상이 유지되기 때문에 가능한 한 빠른 시간내에 프레스작업을 진행하여야 한다.
상기와 같이 제조된 자동차 헤드라이너는 상기 폴리우레탄 발포체(53)의 양면에 직경 7~15㎛의 필라멘트를 100∼4000본 결속되어 30∼60mm 길이를 갖는 제 1, 제 2 강도보강재(82a)(82b)가 산포됨으로 인해 일정한 강도를 유지하게 되며, 또한 폴리 이소시아네이트, 그리고 촉매와 물이 혼합된 혼합반응물에 의해 제 1, 제 2 강도보강재(82a)(82b)간을 서로 결속하고, 이 강도보강재(82a)(82b)와 부직포(81), 표피재(83), 및 폴리우레탄 발포체(53)를 화학반응으로 접착시킴과 동시에 열성형성을 가지게 되는 것이다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 글리세린을 개시제로서 중합반응시켜 얻어진 프로필렌 옥사이드 폴리에테르계와, 설탕 및 글리세린을 개시제로서 중합반응시켜 얻어진 프로필렌 옥사이드 폴리에테르계의 폴리올이 혼합된 혼합물과, 상기 혼합물에 아디핀산/트리메틸올 프로판/디에틸렌 글리콜 폴리에스테르계의 폴리올을 적정량 배합하여 총 폴리올을 100중량부로 설정한 후 발포시킴으로써 연질 발포체에 비해 성형성이 우수하고 성형후 압착된 부위가 다시 복원되는 단점을 보완함과 동시에 성형후 지지 기능이 우수하며, 금형으로부터 탈형이 용이하는 효과를 제공하게 된다.
또한, 본 발명은 폴리우레탄 발포체 양면에 고온에서 용융된 유리를 고속으로 인발 성형하여 얻은 필라멘트를 다량 결속하여 일정한 길이로 절단된 강도보강재를 산포하고, 이 강도보강재 위에 표피재 또는 부직포를 적층함에 따른 섬유함유율을 높여 기계적 강성 및 난연성을 향상시키고, 특히 상기 폴리우레탄 발포체에 적층되는 소재들의 접착은 용액상태의 폴리 이소시아네이트, 그리고 촉매와 물이 혼합된 혼합반응물을 분사하여 발포체를 구성하는 폴리올과의 화학적 반응에 의해 결합되게 함으로써 열경화성의 부여는 물론, 단열, 방음성이 높은 효과를 제공하게 되는 것이다.

Claims (5)

  1. ( 정 정 ) 80∼130℃의 낮은 온도에서 열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체에 있어서,
    글리세린을 개시제로서 중합반응시켜 얻어지는 프로필렌 옥사이드 폴리에테르계 폴리올로서 OH 값이 50~300까지의 2~4관능기인 하이드록실 폴리에테르 8~20중량부와,
    설탕과 글리세린 혼합물을 개시제로서 중합반응시켜 얻어지는 프로필렌 옥사이드 폴리에테르계 폴리올로 OH 값이 350~550까지의 4~6관능기인 하이드록실 폴리에테르 3~50중량부와,
    OH 값이 55~70인 2~3관능기의 아디핀산/트리메틸올 프로판/디에틸렌 글리콜계 폴리에스테르 60~30중량부를 혼합하여 전체 폴리올 100중량부를 형성하고,
    상기 전체 폴리올 100중량부에 대하여 크루드-엠디아이(Crude-MDI) 110~130중량부와, 실리콘계 기포안정제 1~3중량부와, 주발포제인 물 2~5중량부와, 보조발포제인 메칠렌크로라이드를 15~35중량부와, 촉매 0.5~3중량부와, 난연제 6~10중량부를 혼합하여 발포한 것을 특징으로 하는 열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체.
  2. 제 1항에 있어서 상기 폴리올 혼합물을 상온성형(냉간성형)과, 열금형에 의한 열간성형 중에서 택일하여 발포한 것을 특징으로 하는 열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체.
  3. 80∼130℃의 낮은 온도에서 열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체(53) 양면에 부직포(81) 및 표피재(83)를 적층하여 이루어지는 자동차 마감재에 있어서,
    상기 폴리우레탄 발포체(53)의 폴리올은 OH 값이 50~300까지의 2~4관능기의 하이드록실 폴리에테르 8~20중량부와, OH 값이 350~550인 4~6관능기의 하이드록실 폴리에테르 32~50중량부와, OH 값이 55~70인 2~3관능기의 아디핀산/트리메틸올 프로판/디에틸렌 글리콜계 폴리에스테르 60~30중량부로 이루어지고,
    상기 폴리우레탄 발포체(53)의 일측에는 약 1600℃의 온도에서 용융된 유리를 고속으로 인출하여 직경 7~15㎛의 필라멘트를 형성하고, 상기 필라멘트 100∼ 4000본을 결속 후 30∼60mm의 길이로 절단하여 이루어진 제 1 강도보강재 (82a)가 단위중량 50∼200g/m2되도록 균일하게 산포되고,
    상기 폴리우레탄 발포체(53)의 타측에는 제 1 강도보강재(82a)와 동일한 구성으로 이루어지는 제 2 강도보강재(82b)가 단위중량 50∼200g/m2되도록 균일하게 산포되고,
    상기 제 1, 제 2 강도보강재(82a)(82b) 위에 부직포(81) 및 표피재(83)가 각각 적층되고,
    상기 폴리우레탄 발포체(53)와 부직포(81), 폴리우레탄 발포체(53)와 표피재 (83) 사이에 폴리 이소시아네이트, 촉매 10~40중량부 및 물 60~90중량부가 혼합된 제 1, 제 2 혼합물반응물(84a)(84b)을 분사하여 화학반응에 의해 접착 및 경화되도록 한 것을 특징으로 하는 열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체를 이용한 자동차 마감재.
  4. ( 정 정 ) 제 3항에 있어서 상기 폴리우레탄 발포체(53)의 폴리올과 화학반응하여 접착 및 경화되는 폴리 이소시아네이트는, 이소시아네이트를 중합반응시켜 생성되는 프리폴리머 (Prepolymer)를 100% 사용한 것을 특징으로 하는 열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체를 이용한 자동차 마감재.
  5. 제 3항에 있어서 상기 제 1, 제 2 강도보강재(82a)(82b)는 글래스 로빙 (glass roving)을 30∼60mm의 길이로 절단하여 산포하는 것을 특징으로 하는 열간 성형이 용이한 연속기포 경질 폴리우레탄 발포체를 이용한 자동차 마감재.
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