KR101743844B1

KR101743844B1 - 흡음 및 차음 성능이 우수한 차량용 내외장재

Info

Publication number: KR101743844B1
Application number: KR1020150180284A
Authority: KR
Inventors: 이광희; 허미; 이승준
Original assignee: 주식회사 휴비스
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2017-06-07

Abstract

본 발명은 흡음 및 차음 성능이 우수한 차량용 내외장재에 관한 것으로, 본 발명에 따른 차량용 내외장재는, 폴리에스테르 수지 발포체로 형성된 발포층의 적어도 일면에 이형단면 중공섬유의 집합체를 포함하는 부직포층을 형성함으로써 우수한 흡음 및 차음 특성을 구현함과 동시에 우수한 경량성, 내열성 및 내구성을 가질 수 있다.

Description

흡음 및 차음 성능이 우수한 차량용 내외장재{Interior and exterior furnishings of vehicle having excellent sound absorbing and excluding}

본 발명은 흡음 및 차음 성능이 우수한 차량용 내외장재에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 바닥면에 장착되는 플로어 언더커버는 엔진 또는 트랜스미션 및 쿨링팬 등의 저부에 설치되어 외부에서 가해지는 충격으로부터 엔진 및 트랜스미션을 보호함은 물론, 주행시 엔진 또는 트랜스미션으로부터 발생되는 소음이 외부로 방출되는 것을 방지하며, 외부로부터 자동차 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다.

종래에는 플로어 언더커버의 소재로서 GMT(Glass fiber Mat Thermoplastic)를 사용하였는데, GMT 시트란 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지와　유리 섬유　매트 강화재로 이루어진 판상 형태의 복합 소재를 말하는 것으로서, 열가소성 수지를 매트릭스(Matrix)로 하고 그 사이에　유리 섬유　매트를 강화시킨 시트 형태의 중간 완제품을 의미한다.

이와 같은 GMT는 플라스틱의 경량성과 강화재의 기계적 물성을 모두 갖춘 부품 성형용 복합 재료로서, 매트릭스 수지와 강화재의 적절한 조합에 의해 원하는 물성을 비교적 저렴하게 얻을 수 있다는 장점이 있다.

그러나, 상기 GMT 소재는 기공을 가지지 않으며 부위에 따라 두께를 상이하게 제조하기가 불가능하므로 흡음성능이 거의 없고, 압축 및 사출성형방법에 의해 제조됨에 따라 일체형 풀 언더커버를 구현하기가 불가능한 단점이 있으며, 소재 자체가 가지는 밀도가 높기 때문에 차량의 전체 중량을 증대키며, 유리 섬유로 인해 작업성이 저하되는 문제점이 있었다.

결국, 이는 로드 노이즈(road noise; 차량 주행시 차량 하부에서 발생되는모든 소음을 통칭하는 것으로서, 예를 들면 주행시 하부에서 모래, 자갈 등이 튀어 차체에 부딪힘으로 나오는 소리, 주행시 배기계에서 나오는 소음, 차량하부로 공기가 유동되면서 나오는 소음 등)의 문제점을 초래하고, 특히 차량 하부에서 올라오는 샌드 노이즈(모래나 자갈 등이 튈 때 생기는 고주파 소음)를 발생시키게 된다.

한국공개특허 제2011-0104948호

본 발명은 흡음 및 차음 성능이 우수한 차량용 내외장재에 관한 것으로, 우수한 흡음 및 차음 성능을 가짐과 동시에, 우수한 경량성, 내열성 및 내구성을 갖는 차량용 내외장재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서,

폴리에스테르 수지 발포체를 포함하는 발포층; 및

상기 발포층의 적어도 일면에 부직포층이 형성되며,

KS F 2805 에 따라 측정한 흡음률은 0.4 NRC 이상이고,

KS F 2080에 따라 측정한 투과손실 값이 1,000 Hz에서 20 dB 이상이고, 2,000 Hz에서 25 dB 이상이며, 5000 Hz에서 40 dB 이상인 차량용 내외장재를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 차량용 내외장재는, 폴리에스테르 수지 발포체로 형성된 발포층의 적어도 일면에 이형단면 중공섬유의 집합체를 포함하는 부직포층을 형성함으로써 우수한 흡음 및 차음 특성을 구현함과 동시에 우수한 경량성, 내열성 및 내구성을 가질 수 있다.

도 1 내지 6은 각각 본 발명의 하나의 일실시예에 따른 섬유 단면도이다.
도 7는 본 발명의 하나의 실시예에 의한 부피제어부에 대응되는 방사구금의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 의한 섬유 집합체의 단면도이다.
도 9 및 10은 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 차량용 내외장재의 적층구조를 나타낸 단면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 약, 실질적으로 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 명세서에서 섬유집합체라 함은 장섬유 및/또는 단섬유를 포함하는 것으로, 비제한적인 예로서, 직물, 편물, 원단, 부직포, 웹, 슬라이버 또는 토우 등을 포함하며, 이러한 섬유 들 중 1 종 이상을 포함하는 경우를 포괄한다.

이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명은 내구성이 우수한 차량용 내외장재에 관한 것으로, 상기 차량용 내외장재의 하나의 예로서,

폴리에스테르 수지 발포체를 포함하는 발포층; 및

상기 발포층의 적어도 일면에 부직포층이 형성되며,

KS F 2805 에 따라 측정한 흡음률은 0.4 NRC 이상이고,

구체적으로, 본 발명에 따른 차량용 내외장재는 폴리에스테르 수지 발포체를 포함하는 발포층의 적어도 일면에 이형단면 중공섬유의 집합체를 포함하는 부직포층을 형성함으로써, 우수한 강도를 구현함과 동시에 흡음 및 차음 성능이 우수할 수 있다.

상기 차량용 내외장재에 있어서,

폴리에스테르 수지는 테레프탈산과 1,4-부탄디올 축합중합 반응에 의하여 제조 가능하다. 본 발명에 따른 폴리에스테르 수지는 방향족 혹은 지방족 폴리에스테르를 모두 포함한다. 다른 측면에서, 상기 폴리에스테르 수지는 난연 폴리에스테르, 생분해성 폴리에스테르, 탄성 폴리에스테르 및 재사용 폴리에스테르 등을 포함한다. 예를 들어, 본 발명에 따른 수지 발포체는 PET(polyethylene terephthalate) 발포체일 수 있다. 상기 PET를 사용함으로써, 친환경적이며, 재사용에 용이할 수 있다.

이때, 상기 차량용 내외장재는, KS F 2805에 따라 측정한 흡음률은 0.4 NRC 이상이고, KS F 2080에 따라 측정한 투과손실 값이 10 dB 이상일 수 있다.

예를 들어, 상기 흡음률은 0.4 내지 1 NRC 또는 0.4 내지 0.6 NRC 범위일 수 있고, 상기 1,000 Hz에서 20 dB 이상이고, 2,000 Hz에서 25 dB 이상이며, 5000 Hz에서 40 dB 이상일 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 차량용 내외장재는 흡음과 차음을 우수한 수준으로 동시에 구현 가능하여, 외부의 충격으로 인한 소음 및 엔진의 소음을 효과적으로 차음 내지 흡음할 수 있다.

상기 발포층은 하기 일반식 1을 만족할 수 있다.

[수학식 1]

X/Y ≥ 1.5

상기 수학식 1에서 X는 KS M ISO 844에 따른 수지 발포층의 굴곡강도(N/cm²)를 나타내고, Y는 KS M ISO 845에 따른 수지 발포층의 밀도(kg/m³)를 나타낸다.

상기 수지 발포층의 밀도 대비 굴곡강도비는 상기 수학식 1을 만족할 수 있다. 예를 들어, 수지 발포층의 밀도 대비 굴곡강도비는 1.5 이상, 1.5 내지 2, 1.6 내지 1.8 또는 1.5 내지 1.6 범위일 수 있다. 본 발명에 따른 발포 성형체는 상기 범위의 수지 발포층의 밀도 대비 굴곡강도 비를 만족함으로써, 발포 비율이 높으면서 동시에 고강도인 발포 성형체를 구현할 수 있다. 이는, 본 발명에 따른 발포 성형체에 있어서, 발포제가 수지 발포층 내에 잘 포집되어, 기공이 서로 결합하지 않고 독자적으로 폐쇄 셀이 형성된 것을 의미할 수 있으며, 이를 통해 우수한 우수한 차음성과 높은 단열성을 기대할 수 있다.

상기 수학식 1에서, X는 70 내지 110 N/cm²이고, 상기 Y는 40 내지 80 kg/m³일 수 있다. 예를 들어, X(굴곡강도)는 75 내지 110 N/cm², 80 내지 110 N/cm², 80 내지 100 N/cm² 범위일 수 있고, Y(밀도)는 40 내지 75 kg/m³, 50 내지 75 kg/m³ 또는 55 내지 65 kg/m³ 범위일 수 있다.

상기 부직포층은, 이형단면 중공섬유의 집합체로 형성되며,

상기 이형단면 중공섬유는, 단면 형상을 기준으로, 중공부, 형태유지부 및 부피제어부로 이루어지되,

상기 부피제어부는 섬유 중심의 반대 방향으로 돌출된 형태일 수 있으며, 돌출된 형태의 말단부는 라운드 형상으로 이루어진 것일 수 있다.

구체적으로, 상기 부피제어부는 섬유 중심의 반대 방향으로 돌출된 형태일 수 있으며, 보다 구체적으로는 상기 돌출된 형태의 말단부는 라운드 형상으로 이루어진 형태일 수 있다.

본 발명에서, 상기 이형단면 중공섬유의 단면 구조를 중공부, 형태유지부 및 부피제어부로 나누어 설명하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이다. 상기 이형단면 중공섬유의 단면 구조는, 내부에 섬유의 길이 방향을 따라 홀을 형성하는 중공부가 존재하며, 상기 중공부를 감싸는 형태유지부를 포함한다. 또한, 상기 형태유지부는 단면을 기준으로, 중공부의 반대측 외주면에 요철이 형성되며, 이러한 요철 중에서 돌출된 부분을 부피제어부라고 지칭한다.

상기 차량용 내외장재는 발포층과 부직포층을 복합화함으로써, 차음 및 흡음 성능을 동시에 높일 수 있다. 상기 발포층은 경질 보드형태일 수 있으며, 이러한 경질 보드층은 소리를 차단하여 차음성을 높일 수 있다. 또한, 상기 부직포층은 사용된 섬유에 의해 형성된 망상 구조를 포함하고, 이러한 망상구조는 소리를 흡수함으로써, 흡음 성능을 높일 수 있다. 본 발명에서는, 경질 보드 형태인 발포층과 망상 구조의 부직포층을 복합화함으로써, 차음 및 흡음 특성을 동시에 구현 가능하다.

본 발명에 따른 차량용 내외장재의 적층 형태는 특별히 제한되는 것은 아니며, (i) 발포층의 일면에 부직포층이 형성된 구조, (ii) 발포층의 양면에 부직포층이 형성된 구조, (iii) 발포층이 2 내지 5층 적층되고, 각층 사이의 계면에 부직포층이 형성된 구조, (iv) 발포층이 2 내지 5층 적층되고, 각층 사이의 계면 및 외면에 부직포층이 형성된 구조 등을 포함한다. 또한, 상기 차량용 내외장재를 형성하는 각층 사이의 계면에는 별도의 접착필름이 형성될 수 있다.

본 발명의 하나의 실시예에 의한 이형단면 중공섬유는, 섬유상으로 형성될 수 있는 모든 소재로 이루어질 수 있다.

상기 이형단면 중공섬유는, 구체적으로는, 폴리에스테르 수지가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 폴 리프로필렌(polypropylene, PP), 나일론 등이 사용될 수 있다. 상기 용융 방사되는 PET 폴리머의 용유점도는 0.60 내지 0.64 범위일 수 있으며, 냉각 효과를 극대화 시킬 수 있는 인-아웃(In-out) 형태의 방사통이 적합하다. 섬유의 굵기는 4 내지 15 데니아 범위에서 다양하게 적용될 수 있으며, 섬유장은 22 내지 64 mm일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 이형단면 중공섬유의 개념도로서 상기 섬유(10)은 중공부(100), 형태유지부(200), 부피제어부(300)로 형성될 수 있다. 상기 중공부(100)의 중공율은 섬유 전체 면적에서 약 15 내지 30% 범위일 수 있다. 상기 범위를 초과하는 경우 섬유형성성에 문제가 될 수 있고, 상기 범위 미만인 경우 중공유지성과 본 발명의 다양한 기능성을 발현하는데 한계를 가질 수 있다. 상기 형태유지부(200)는 중공부(100)에서부터 부피제어부(300) 사이의 섬유상을 의미한다.

상기 부피제어부(300)는 섬유 중심 반대 방향으로 돌출된 형태일 수 있으며 말단부는 라운드 형상으로 이루어질 수 있다. 이 때 말단부의 최상부를 피크(310)로, 부피제어부 사이를 밸리(330)로 정의할 수 있다. 이 때 피크의 곡률반경을 R, 밸리의 곡률반경을 r로 정의할 수 있으며, 각 부피제어부마다 서로 다른거나 같은 R과 r 값이 결정될 수 있다(도 2).

또 중공부(100)의 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 가장 큰 값을 T1, 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 가장 작은 값을 T2라 하고, 중심점(M)으로부터 밸리(330)까지의 거리가 가장 큰 값을 t1 중심점(M)으로부터 밸리(330)까지의 거리가 가장 작은 값을 t2으로 정의할 수 있다. 한편 T1을 기준으로 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 다음 차순위 큰 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원을 CTmax라 하고, T2를 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 다음 차순위 작은 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원을 CTmin라 하고, t1을 기준으로 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 다음 차순위 큰 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원을 Ctmax라 하고, t2를 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 다음 차순위 작은 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원을 Ctmin라 할 때; CTmax의 중심점(CTmaxM)과 중심점(M)간의 차이값을 CTmax-R라 하고, CTmin의 중심점(CTminM)과 중심점(M)간의 차이값을 CTmin-R라 하고, Ctmax의 중심점(CtmaxM)과 중심점(M)간의 차이값을 Ctmax-r라 하고, Ctmin의 중심점(CtminM)과 중심점(M)간의 차이값을 Ctmin-r라 규정할 때, 본 발명에 의한 섬유는 하기 조건을 만족할 수 있다(도 3 내지 6 참조).

상기 차량용 내외장재는 내열성이 KS F ISO 5660-1을 기준으로 3급 이상일 수 있다. 구체적으로, KS F ISO 5660-1 기준을 따르면, 3급은 난연재료, 2급은 준불연재료 및 1급은 불연재료로서, KS F ISO 5660-1을 기준으로 3급 이상, 즉, 1 내지 3급일 경우, 난연 내지 불연 특성을 짐으로써, 이후 화재 위험성을 감소시킬 수 있다.

상기 차량용 내외장재는 90±1℃ 온도 조건에서 24 시간 방치하는 단계; 및 50±1℃ 온도 조건 및 90% 상대습도 조건에서 24 시간 방치하는 단계를 포함하는 가혹 조건을 거친 후, 하기 수학식 2를 만족할 수 있다.

[수학식 2]

|V₁-V₀| / V₀ x 100 ≤ 5%

상기 수학식 2에서,

V₀은 가혹 조건 노출 전 차량용 내외장재의 체적(mm³)이고,

V₁은 가혹 조건 노출 후 차량용 내외장재의 체적(mm³)이다.

구체적으로, 제조된 차량용 내외장재 샘플을 가혹 조건을 거치기 전 후의 치수 변화율을 측정하였다. 이는, 차량용 내외장재를 차량에 적용한 후의 장기적인 치수 변화율과 대응하는 측정치이다. 예를 들어, 상기 체적은, 차량용 내외장재의 길이, 너비 및 두께 각각의 길이를 곱하여 계산된 값을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 수학식 2의 치수 변화율은 0.01 내지 5%, 0.01 내지 3% 또는 0.01 내지 1% 범위일 수 있다. 상기 범위 내의 수학식 2의 값을 만족함으로써, 본 발명에 따른 차량용 내외장재는 온도 변화가 심한 환경에서 장기간 사용에도 형태가 변하지 않는 것을 알 수 있다.

이때, 상기 수학식 2가 5%를 초과하는 경우에는 차량용 내외장재에 박리, 부품, 처짐, 변색 내지 변형이 쉽게 발생할 수 있다는 것을 의미할 수 있다.

상기 차량용 내외장재는 단위면적당 질량은 500 내지 2000 g/m²일 수 있다. 예를 들어, 차량용 내외장재의 단위면적당 질량은 550 내지 2000 g/m², 600 내지 1500, 700 내지 1300 g/m² 또는 700 내지 1000 g/m²일 수 있다. 상기 범위의 단위면적당 질량을 만족함으로써, 본 발명에 따른 차량용 내외장재가 경량이라는 것을 확인할 수 있었다.

상기 차량용 내외장재에 있어서, 발포층의 평균 두께는 1 내지 30 mm 이고, 부직포층의 평균 두께는 0.1 내지 10 mm일 수 있다.

예를 들어, 상기 발포층의 두께는 1.5 내지 30 mm, 5 내지 30 mm, 5 내지 20 mm 또는 5 내지 10 nm 범위일 수 있다. 또한, 부직포층의 두께는 0.5 내지 10 mm, 0.5 내지 8 mm, 0.5 내지 5 mm 범위일 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 차량용 내외장재는 상대적으로 얇은 두께에도 불구하고, 우수한 내열성, 굴곡강도, 장기 수치 변형률, 흡음 및 차음성 등의 특성을 구현할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 차량용 내외장재는 경량화가 가능하여, 우수한 연비를 구현할 수 있다.

상기 이형단면 중공섬유는,

부피제어부의 돌출된 형태인 말단부의 최상부를 피크로, 부피제어부의 돌출된 형태인 말단부 사이를 밸리로 정의할 때 하기 조건 (1) 및 (2) 중 어느 하나 이상을 만족할 수 있다.

(1) -3 ≤ Z ≤ 4

(2) 0.9 ≤

≤ 1.8

여기서,

R은 피크의 곡률반경을 나타내고,

r은 밸리의 곡률반경을 나타낸다.

섬유단면 형태분석을 통한 본 발명자들의 다수의 시험결과 상기 범위 외에서 일 섬유의 부피제어부가 인접한 다른 섬유의 부피제어부 사이의 밸리에 삽입되어 마치 기어가 맞물려 있는 것과 같은 구조적 특성을 나타내었고, 삽입된 후 유동 등에 의해 이탈되지 못해 섬유 집합체의 균제도에 나쁜 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 상기 범위 내에서 섬유들간 부피제어부가 서로 간섭을 하여 벌키성이 유지되고 부피제어부가 인접한 섬유의 밸리에 삽입되더라도 유동 등에 의해 용이하게 이탈될 수 있어 섬유 집합체에서 균제도를 향상시키는 요소가 될 수 있다.

또한 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 섬유는 CTmax-R, CTmin-R, Ctmaxr, Ctmin-r이 하기 조건 (3) 및 (4) 중 어느 하나 이상을 만족할 수 있다.

(3)

≥ 0.80

(4)

≥ 0.30

여기서,

T1은 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 가장 큰 값이고,

T2는 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 가장 작은 값이고,

t1은 중심점(M)으로부터 밸리(330)까지의 거리가 가장 큰 값이고,

t2는 중심점(M)으로부터 밸리(330)까지의 거리가 가장 작은 값이고,

CTmax는 T1을 기준으로 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 다음 차 순위 큰 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원이고,

CTmin은 T2를 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 다음 차순위 작은 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원이고,

CTmax-R은 CTmax의 중심점(CTmaxM)과 중심점(M)간의 차이값을 나타내고,

CTmin-R은 CTmin의 중심점(CTminM)과 중심점(M)간의 차이값을 나타내고,

Ctmin-r은 Ctmin의 중심점(CtminM)과 중심점(M)간의 차이값을 나타낸다.

상기 조건 (3), (4)는 본 발명의 일실시예에 의한 섬유의 형성성에 관한 것 일 수 있다. 이상적으로 상기 값은 1이 되어야 하나, 고분자의 레올로지적 특성에 의해 1이 될 수 없다. 조건 (3)은 부피제어부 형성에 관한 것일 수 있는데 상기 범위 외에서는 부피제어부의 편차가 커지고 r 값의 편차도 커질 수 있어 공정상 카딩성이나 섬유 집합체에서 벌키성에 영향을 미칠 수 있다. 조건 (4)는 섬유형태성으로 해석될 수 있는데 중공부(100)와 형태유지부(200)의 형성성에 영향을 줄 수 있다. 상기 범위 외에서는 중공형성성과 섬유의 형태유지가 불안정할 수 있다.

한편 상기와 같은 섬유단면을 형성하기 위해 상기 부피제어부(300)의 방사구금은 도 7에 도시된 바와 같이 방사상 형태로 이루어질 수 있다. 이 때 중심점(M)을 기준으로 각(θ) 10 내지 17°로 형성될 수 있다. 본 발명자들의 다수의 시험결과 상기 범위내에서 중공성도 유지되면서 이형단면의 부피제어요소로서 상기 부재(300)가 기능을 발현하기 위한 위 조건들을 만족할 수 있는 섬유 단면 형상이 구현되었다.

상기 이형단면 중공섬유는, 섬유의 단면을 기준으로, 부피제어부가 평균 4 내지 12개 형성될 수 있다.

또한 본 발명의 일실시예에 의한 섬유는 비제한적인 예로서 열가소성 수지인 폴리에스테르로 이루어질 수 있고, 냉각 및 고화 공정에서 결정화 속도차로 인한 자발크림프 발현을 통해 단섬유 상태나 부직포 형태에서 벌키성 및 탄력성을 향상시키는데 기여할 수 있다.

본 발명에 의한 섬유는 본 발명에 의한 섬유만으로 또는 섬유간의 결속 구조를 형성하기 위한 결속재가 포함된 섬유 집합체를 니들 펀칭 공정, 열 접착 공정 또는 멜트블로링 공정을 통해 부직포 형태로 성형하여 제조할 수 있다.

본 발명에 의한 이형단면 중공섬유를 적용한 섬유 집합체는 섬유간의 결속을 위해 일반적으로 사용되는 결속재로 단섬유 형태로는 열접착 공정에서는 시스-코어 형태의 저융점 PET 단섬유가 사용될 수 있고, 멜트 블로잉 공정에서는 세섬의 폴리프로필렌(PP)섬유가 사용될 수 있다.

열접착 공정에서 제조되는 소재는 이형단면 중공섬유 60 내지 90 중량부, 및 결속재 40 내지 10 중량부를 포함하는 조성으로 구성되며, 여기서 이형단면 중공섬유의 길이는 51 내지 64 mm를 가지는 것이 사용될 수 있고, 섬유의 굵기(섬도)는 6 내지 8 데니어일 수 있다. 열접착 공정에서 이형단면 중공섬유의 길이가 51 ㎜ 미만이 되면 섬유 간의 간극이 넓어져서 매트릭스 구조를 형성하기가 힘들고, 섬유 집합체로의 형성 및 생산이 힘들게 된다. 또한 과도한 공극률로 인하여 흡음 및 차음 성능이 저하되는 결과를 초래할 수 있다.

이형단면 중공섬유와 결속재의 조성 중량비는 6:4 내지 9:1 바람직하다. 여기서 이형단면 중공섬유의 함량이 60 중량부 미만인 경우에는 섬유의 표면적이 축소되어 제반 물성을 구현할 수 없으며, 특히 열접착 공정에 사용되는 저융점 PET의 함량이 상대적으로 함량이 높아지기 때문에 공극이 큰 벌키성을 유지하지 못하고 섬유 집합체가 단단해지게 된다. 반면 이형단면 중공섬유의 함량이 90 중량부를 초과하게 되면 상대적으로 바인더 섬유, 즉 결속재의 함량이 10중량부 미만이 되어, 섬유간의 충분한 결속력을 유지하지 못하게 되며, 이로 인해 집합체를 임의의 모양으로 성형하기가 어렵게 된다.

멜트 블로잉 공정에서 제조되는 소재는 이형단면 중공섬유 20 내지 60 중량부, 및 폴리프로필렌 섬유 80 내지 40 중량부를 포함하는 조성으로 구성되며, 여기서 이형단면 중공섬유의 길이는 32 내지 51 mm를 가지는 것이 사용될 수 있고, 섬유의 굵기(섬도)는 6 내지 8 데니어인 것이 사용될 수 있다. 51 mm를 초과하는 경우에는 개섬후 공기에 의해 블로잉공정에서 섬유간 엉킴 발생으로 불균일한 웹을 형성하게 된다. 따라서 흡음재 및 충전재에 적용되는 후공정에 따라 32 ~ 64 ㎜ 섬유장 범위에서 적합한 섬유장 선택이 필요하다.

상기 차량용 내외장재는 발포층과 부직포층 사이에 형성된 접착필름을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리에스테르계 접착 수지는, 디올(Diol)과 디카르본산(Dicarbonic acid)의 에스테르화 반응물인 하드 세그먼트; 및 폴리올(Polyol)인 소프트 세그먼트의 축중합물인 폴리에스테르계 탄성 접착 수지 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 차량용 내외장재는 발포층의 발포 시, 기능성 첨가제를 혼합하여 발포할 수 있고, 또는 발포층의 적어도 일면에 기능성 첨가제를 이용하여 기능성 첨가제층을 형성할 수 있다. 이를 통해, 발포층의 물성 저하 없이도, 원하는 기능성을 효과적으로 부여할 수 있고, 공정 효율 및 자유도를 높일 수 있다.

상기 기능성 첨가제는 단열제, 친수화제, 방수제, 난연제, 항균제, 소취제 및 자외선 차단제 중 1 종 이상을 포함한다.

상기 단열제는, 탄소질 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 단열제로는 흑연, 카본 블랙, 그래핀 등을 포함할 수 있고, 구체적으로, 흑연일 수 있다.

또한, 난연제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 브롬 화합물, 인 화합물, 안티몬 화합물 및 금속 수산화물 등을 포함할 수 있다. 상기 브롬 화합물은, 예를 들어, 테트라브로모 비스페놀 A 및/또는 데카브로모디페닐에테르 등을 포함한다. 상기 인 화합물은 방향족 인산에스테르, 방향족 축합 인산에스테르, 할로겐화 인산에스테르 및/또는 적인 등을 포함하고, 안티몬 화합물은 삼산화안티몬 및 오산화안티몬 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속 수산화물에 있어서의 금속 원소로서는, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 니켈(Ni), 코발트(Co), 주석(Sn), 아연(Zn), 구리(Cu), 철(Fe), 티타늄(Ti) 및 붕소(B) 중 1 종 이상을 포함할 수 있다. 그 중에서도, 알루미늄 또는 마그네슘의 금속 수산화물을 사용할 수 있다. 금속 수산화물은, 1 종의 금속 원소로 구성되거나, 2 종 이상의 금속 원소로 구성될 수 있다. 예를 들어, 금속 수산화물로서는, 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.

상기 VOC 저감제는, 그라프(Graf) 및/또는 박토스터 알렉신(Bactoster Alexin) 등을 포함할 수 있다. 이때, 박토스터 알렉신은 프로폴리스에서 추출한 천연 살균 소재인 것을 특징으로 한다.

상기 친수화제는 특별히 한정되지 않으며, 음이온계　계면　활성제(예를 들어, 지방산염, 알킬황산에스테르염, 알킬벤젠술폰산염, 알킬나프탈렌술폰 산염, 알킬술포숙신산염, 폴리옥시에틸렌알킬황산에스테르염 등), 비이온계　계면　활성제(예를 들어, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 등의 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 유도체, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비톨 지방산 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬아민, 알킬알칸올아미드 등), 양이온계 및 양성 이온계　계면　활성제(예를 들어, 알킬아민염, 제 4 급 암모늄염, 알킬베타인, 아민옥사이드 등) 및 수용성 고분자 또는 보호 콜로이드(예를 들어, 젤라틴, 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜, 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌블록코폴리머, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염, 알긴산나트륨, 폴리비닐알코올 부분 비누화물 등) 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.

상기 방수제의 종류는, 특별히 한정되는 것은 아나며, 예를 들어, 실리콘 계열, 에폭시 계열, 시아노아크릴산 계열, 폴리비닐아크릴레이트 계열, 에틸렌비닐아세테이트 계열, 아크릴레이트 계열, 폴르클로로프렌 계열, 폴리우레탄 수지와 폴리에스터 수지의 혼합체 계열, 폴리올과 폴리 우레텐 수지의 혼합체 계열, 아크릴릭 폴리머와 폴리우레탄 수지의 혼합체 계열, 폴리이미드 계열 및 시아노아크릴레이트와 우레탄의 혼합체 계열 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.

상기 항균제의 종류는, 예를 들어, 하이드록시아파타이트, 알루미나, 실리카, 티타니아, 제올라이트, 인산지르코늄 및 폴리인산알루미늄 중 1 종 이상의 담체에 은, 아연, 동 및 철 중 1 종 이상의 금속을 첨가시킨 차량용 내외장재를 포함할 수 있다.

상기 소취제는 다공성 물질을 사용할 수 있다. 다공성 물질은 특성상 그 주위에 흐르는 유체를 물리적으로 흡착하려는 성질이 강하기 때문에, 휘발성 유기화합물(VOC)의 흡착이 가능하다. 상기 소취제는, 예를 들어, 실리카, 제올라이트 및 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 주석(Zn), 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2 종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.

또한, 자외선 차단제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 유기계 또는 무기계　자외선　차단제일 수 있으며, 상기 유기계　자외선　차단제의 예로는 p-아미노벤조산 유도체, 벤질리데네캠포 유도체, 신남산 유도체, 벤조페논 유도체, 벤조트리아졸 유도체 및 이들의 혼합물을 들 수 있고, 상기 무기계　자외선　차단제의 예로는 이산화티탄, 산화아연, 산화망간, 이산화지르코늄, 이산화세륨 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.

상기 차량용 내외장재는 엔진룸 커버일 수 있다. 본 발명에 따른 차량용 내외장재를 엔진룸 커버로 사용할 경우, 엔진 내부의 소음의 흡음 내지 차음에 효과적일 수 있다.

상기 발포층의 제조방법은 구체적으로 한정되지 않으나, 예를 들어, 상기 발포층은 압출 발포체일 수 있다. 구체적으로, 발포 방법의 종류에는 크게 비드 발포 또는 압출 발포가 있다. 상기 비드 발포는, 일반적으로, 수지 비드를 가열하여 1차 발포시키고　이것을 적당한 시간 숙성 시킨 후 판모양, 통모양의 금형에 채우고 다시 가열하여　2차 발포에　의해 융착, 성형하여 제품을 만드는 방법이다. 반면, 압출 발포는, 수지를 가열하여 용융시키고, 상기 수지 용융물을 연속적으로 압출 및 발포시킴으로써, 공정 단계를 단순화할 수 있으며, 대량 생산이 가능하며, 비드 발포 시의 비드 사이에서 균열과, 입상 파괴 현상 등을 방지하여 보다 우수한 굴곡강도, 압축강도를 구현할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

제조예 1 내지 3

고유점도 0.64의 폴리에스테르를 사용하여 부피제어부가 4개, 6개, 12개인 섬유를 각각 제조하였다. 방사온도 285℃에서 방사속도를 1,000 m/min로 방사후 연신비 3.8로 연신후 크림퍼(crimper)를 통해 권축을 부여하여 단섬유 섬도 7 De이고, 섬유장 64 mm인 섬유를 제조하였다.

비교제조예 1 내지 3

제조예 1과 동일하되, 원형 단면 섬유, 원형 중공 단면 섬유, 폴리에스테르 고유점도 0.64와 0.50을 복합방사한 원형 중공 단면 섬유를 제조하였다.

실험예 1

제조예 및 비교제조예에서 제조된 섬유에 대해서, 물성 측정을 실시하였다. 구체적인 물성 측정 방법은 다음과 같이 실시하였다.

* 복합 섬유의 벌키성

가. 시험 방법

- 준비된 시료를 20±2g 정량한다.

- 시료를 개섬 기구를 이용하여 1 분간 개섬한다.

- 개섬된 시료를 측정용 비커(Beaker)에 넣어 균일하게 충진되도록 끝까지 2 회(4 cm) 다운(Down) 시킨다.

- 누름판을 용기 윗부분에 위치한 후 전자저울을 0"으로 세팅한다.

- 최초 10 cm 지점부터 4 cm 지점까지 1 cm 단위로 내리면서 저울의 무게를 기록한다.

- 다시 10 cm지점까지 올리면서 무게를 기록한다.

(눈금 이동 속도 2 초/㎝)

나. 벌키성

- 초기벌키: 섬유의 벌키 특성, 10cm 압축시 값

- 압축벌키: 섬유의 반발 특성 (압축 10~5 cm 값 + 4 cm 값)/2

- 회복벌키: 섬유의 탄성 회복특성 (회복 10~5 cm 값 + 4 cm 값)/2

* 중공율

섬유의 중공율은 섬유의 전체 면적대비 중공이 차지하는 면적의 비로 계산하였으며, 부피제어부가 있는 중공섬유의 경우 피니언이 접한 내원의 면적대비 중공이 차지하는 면적비로 측정하였다.

측정결과는 아래 표 1에 나타내었다.

		제조예			비교제조예
		1	2	3	1	2	3
단위형상		4개 부피제어부 중공	6개 부피제어부 중공	12개 부피제어부 중공	원형	원형중공	원형중공
중공율(%)		19	21	18	-	22	6
벌키	초기		390	380	20	47	280
	압축	11050	11900	11000	6500	8800	9000
	회복	4600	4900	4800	2500	3400	3900

상기 표 1에서와 같이, 제조예 1 내지 3에 의한 섬유는 부피제어부의 간섭효과로 인해 벌키성이 우수한 것으로 시험되었다. 또한, 섬유 집합체 내에서 제조예 1 내지 3에 의한 섬유들은 도 8에 도시된 바와 같이 부피제어부가 인접한 섬유의 부피제어부와 간섭하면서 공간을 확보하면서 벌키성이 향상된 것으로 나타났다.

실시예 1

제조예 2에서 제조된 이형단면 중공섬유 75 중량부 및 결속제 25 중량부를 혼합하여, 부직포층을 제조하였다.

제조된 부직포층을 폴리에스테르 발포층의 일면에 적층하여, 차량용 내외장재를 제조하였다.

실시예 2

제조예 1에서 제조된 이형단면 중공섬유 40 중량부 및 세섬 폴리프로필렌 섬유 60 중량부를 혼합하여, 부직포층을 제조하였다.

제조된 부직포층을 폴리에스테르 발포층의 양면에 적층하여, 차량용 내외장재를 제조하였다.

실시예 3

폴리에스테르 발포층의 일면에 폴리에스테르 필름과 위에서 제조한 부직포층을 순차 적층하여, 차량용 내외장재를 제조하였다.

실시예 4

폴리에스테르 발포층의 양면에 폴리에스테르 필름과 위에서 제조한 부직포층을 각각 순차 적층하여, 차량용 내외장재를 제조하였다.

비교예 1

제조예 2에서 제조된 이형단면 중공섬유 75 중량부 및 결속제 25 중량부를 혼합하여, 부직포층을 제조하였다. 별도의 폴리에스테르 발포층은 적층하지 않았다.

비교예 2

폴리에스테르 발포층을 단독으로 형성하였으며, 별도의 부직포층은 적층하지 않았다.

실험예 2

*흡음성 측정 방법: KS F 2805 잔향실법 측정방법을 이용하여 0~10,000 Hz 의 흡읍률을 측정하고, NRC(noise reduction coefficient) 값을 산출하였다. NRC는 250, 500, 1,000 및 2,000 Hz에서의 흡음률 평균값을 나타낸 것이다.

*차음성 측정 방법: KS F 2862에 의거한 Apamat 측정장비를 활용하여 주파수 1~8,000 Hz의 투과손실 값을 구한다. 비교를 위해, 8,000 Hz의 투과손실 값을 비교하였다.

측정 결과는 하기 표 2와 같다.

구 분			실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
조 건	부직포층	이형단면 중공섬유 함량(중량부)	75	40	75	-
	부직포층	결속제의 함량(중량부)	25	60 (PP 섬유)	25	-
	두께		5	5	15	-
	두께	PET 발포폼(mm)	10	10	-	15
물 성	흡음성	NRC	0.5	0.4	0.32	0.16
물 성	차음성	dB	33	29	5	22

표 2의 결과를 참조하면, 실시예 1 및 2의 차량용 내외장재는 흠음성과 차음성이 모두 우수한 것을 알 수 있다. 부직포층만을 형성한 비교예 1의 경우에는 차음성이 현저히 저하되는 것을 확인하였으며, 발포층만을 형성한 경우에는 흡음성이 현저히 저하되는 것을 확인하였다.

위 표 2에는 도시되지 않았으나, 실시예 3 및 4의 경우에는 폴리에스테르 필름을 게재함으로써, 흡음 및 차음 성능이 더욱 향상됨을 확인하였다.

실험예 3

상기 실시예 1 내지 4에서 제조한 차량용 내외장재에 대하여, 인장강도, 굴곡강도 및 내열성을 측정하였다. 측정 방법은 하기 기재하였으며, 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.

1) 인장강도 측정

ASTM D 638 조건 하에서 굴곡강도를 측정하였다.

2) 굴곡강도 측정

ASTM D 638 조건 하에서 굴곡강도를 측정하였다.

3) 내열성

KS F ISO 4724 조건 하에서 난연성을 측정하였다.

	인장강도 (MPa)	굴곡강도 (N)	내열성 (급)
실시예 1	45	59	2
실시예 2	49	62	1
실시예 3	55	65	2
실시예 4	61	67	2

표 3을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 내외장재의 경우, 인장강도, 굴곡강도 및 내열성이 우수한 것을 알 수 있었다.

10: 이형단면 중공섬유
M: 중심점
100: 중공부
200: 형태유지부
300: 부피제어부
310: 피크
330: 밸리
400: 발포층
510, 520: 부직포층
610, 620: 접착필름

Claims

폴리에스테르 수지 발포체를 포함하는 발포층; 및
상기 발포층의 적어도 일면에 부직포층이 형성되며,
부직포층은, 이형단면 중공섬유의 집합체로 형성되며,
상기 이형단면 중공섬유는, 단면 형상을 기준으로, 중공부, 형태유지부 및 부피제어부로 이루어지되,
상기 부피제어부는 섬유 중심의 반대 방향으로 돌출된 형태일 수 있으며, 돌출된 형태의 말단부는 라운드 형상으로 이루어지고,
상기 이형단면 중공섬유는 부피제어부의 돌출된 형태인 말단부의 최상부를 피크로, 부피제어부의 돌출된 형태인 말단부 사이를 밸리로 정의할 때 하기 조건 (3) 및 (4) 중 어느 하나 이상을 만족하며,
KS F 2805에 따라 측정한 흡음률은 0.4 NRC 이상이고,
KS F 2080에 따라 측정한 투과손실 값이 1,000 Hz에서 20 dB 이상이고, 2,000 Hz에서 25 dB 이상이며, 5000 Hz에서 40 dB 이상인 차량용 내외장재:
(3)
≥ 0.80
(4)
≥ 0.30
여기서,
T1은 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 가장 큰 값이고,
T2는 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 가장 작은 값이고,
t1은 중심점(M)으로부터 밸리(330)까지의 거리가 가장 큰 값이고,
t2는 중심점(M)으로부터 밸리(330)까지의 거리가 가장 작은 값이고,
CTmax는 T1을 갖는 부피제어부(300)의 접선과 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 다음 차 순위 큰 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원이고,
CTmin은 T2를 갖는 부피제어부(300)의 접선과 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 다음 차순위 작은 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원이고,
Ctmax는 t1을 갖는 부피제어부(300)의 접선과 중심점(M)으로부터 밸리(330)까지의 거리가 다음 차 순위 큰 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원이고,
Ctmin은 t2를 갖는 부피제어부(300)의 접선과 중심점(M)으로부터 밸리(330)까지의 거리가 다음 차순위 작은 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원이고,
CTmax-R은 CTmax의 중심점(CTmaxM)과 중심점(M)간의 차이값을 나타내고,
CTmin-R은 CTmin의 중심점(CTminM)과 중심점(M)간의 차이값을 나타내고,
Ctmax-r은 Ctmax의 중심점(CtmaxM)과 중심점(M)간의 차이값을 나타내고,
Ctmin-r은 Ctmin의 중심점(CtminM)과 중심점(M)간의 차이값을 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
상기 발포층은 하기 수학식 1을 만족하는 차량용 내외장재:
[수학식 1]
X/Y ≥ 1.5
상기 수학식 1에서 X는 KS M ISO 844에 따른 수지 발포층의 굴곡강도(N/cm²)를 나타내고, Y는 KS M ISO 845에 따른 수지 발포층의 밀도(kg/m³)를 나타낸다.
삭제
제 1 항에 있어서,
내열성이 KS F ISO 5660-1을 기준으로 3급 이상인 차량용 내외장재.
제 1 항에 있어서,
90±1℃ 온도 조건에서 24 시간 방치하는 단계; 및 50±1℃ 온도 조건 및 90% 상대습도 조건에서 24 시간 방치하는 단계를 포함하는 가혹 조건을 거친 후, 하기 수학식 2를 만족하는 차량용 내외장재:
[수학식 2]
|V₁-V₀| / V₀ x 100 ≤ 5%
상기 수학식 2에서,
V₀은 가혹 조건 노출 전 차량용 내외장재의 체적(mm³)이고,
V₁은 가혹 조건 노출 후 차량용 내외장재의 체적(mm³)이다.
제 1 항에 있어서,
단위면적당 질량은 500 내지 2000 g/m²인 차량용 내외장재.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 이형단면 중공섬유는, 섬유의 단면을 기준으로, 부피제어부가 평균 4 내지 12개 형성된 차량용 내외장재.
제 1 항에 있어서,
상기 이형단면 중공섬유는, 섬유의 단면적을 기준으로, 중공부의 중공율이 평균 15 내지 30%인 차량용 내외장재.
제 1 항에 있어서,
발포층과 부직포층 사이에 형성된 접착필름을 더 포함하는 차량용 내외장재.
제 1 항에 있어서,
차량용 내외장재는 엔진룸 커버인 차량용 내외장재.