KR101954178B1

KR101954178B1 - 단일니들펀칭기를 이용한 상, 하 방향 동시 니들펀칭에 의한 3층 복합부직포 제조방법

Info

Publication number: KR101954178B1
Application number: KR1020170126610A
Authority: KR
Inventors: 박성탁; 박창석
Original assignee: 원풍물산주식회사
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2019-03-05

Abstract

본 발명은 기재층 부직포, 세절된 단섬유층 및 기재층을 상, 하 방향으로 동시에 니들펀칭하여 3층 복합부직포를 제조하는 방법으로 기재층 부직포는 PET 섬유와 저융점 섬유(LMF)로 조성되고, 단섬유층은 세절(cutting)된 PET 섬유, PP 섬유 중에서 하나 이상의 섬유가 선택되고, 표면층 부직포는 PET 섬유와 PP 섬유 및 저융점 섬유(LMF)로 조성되며, 본 발명에 따라 제조된 3층구조의 내, 외장용 소재에 적용되는 부직포 적층체는 단일니들펀칭기를 이용한 하 방향 또는 상 방향 등의 단일방향의 니들펀칭에 의해 합지(일체화)하는 제조방법에 비하여 인장강도 내지 인장신도가 균일한 소재가 얻어지는 특징 내지 효과가 있다.

Description

단일니들펀칭기를 이용한 상, 하 방향 동시 니들펀칭에 의한 3층 복합부직포 제조방법{method of manufacturing a three-layer composite nonwoven fabric by needle punching simultaneously in the upward direction and the downward direction}

본 발명은 3층 복합부직포 제조방법에 관한 것이며, 상세하게는 자동차의 내, 외장용 소재로 사용되는 내, 외장재의 표피층 내지 흡차음층을 단일니들펀칭기를 이용한 상, 하 방향으로 동시에 니들펀칭한 3층 복합부직포의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 주행 중에 엔진소음, 타이어의 마찰음 등 각종 소음이 실내로 유입되어 차량의 정숙감을 저해하므로 유입되는 소음을 차단하여 운전자 및 탑승자에게 안락한 운행을 제공하기 위하여 자동차의 내부 및 외부에는 다양한 기능을 갖는 내, 외장용 소재를 적용하고 있다.

상기 자동차의 내, 외장용 소재는 통상적으로 흡차음 소재공정과 성형공정으로 나누어지며, 흡차음 소재는 표피용 부직포와 흡차음용 부직포를 별도의 제조공정에 의해 제조되고, 성형공정은 차종에 따라 표피용 부직포 성형과 흡차음용 부직포 성형 및 발포 공정으로 이루어져 있어 제조공정이 복잡하고, 공정마다 별도의 금형이 필요하여 제작비가 높은 단점이 있다.

특히, 표피용 부직포와 흡차음용 부직포는 소정의 두께로 형성하기 위하여 일정한 두께의 부직포 2장 또는 4장을 니들펀칭으로 각각 작업하고, 다시 2장 또는 4장을 합지하여 니들펀칭에 의해서 단일체로 형성하는 작업을 하기 때문에 생산성이 크게 떨어지게 되고, 또 표피용 부직포와 흡차음용 부직포 사이에 필름을 개입시켜 접착하기 때문에 흡차음 기능을 하는 기공이 많이 형성되지 않아 자동차 내장재용 카페트로서의 기능이 크게 떨어질 뿐 아니라 표면용 카페트를 성형한 후, 흡음기능을 가지는 소재를 부착하고 여기에 다시 차음기능을 가지는 소재를 부착하여 내장재를 제조하는 경우에는 두 개의 금형을 준비해야 하기 때문에 그에 따른 경제적인부담과 함께 제조 공정이 복잡해지는 등 많은 문제가 있다.

자동차의 내, 외장용 소재로 사용되는 복합부직포의 제조방법과 관련하여 선행기술을 예로 들면, 특허문헌1에 자동차용 각종 내장재를 성형하는데 사용할 수 있는 복합섬유 니들펀칭 부직포 기재에 있어서, 유리섬유 35 ~ 50중량%, 폴리프로필렌 섬유 42 ~ 60중량%, 메타-아라미드 섬유 3 ~ 15중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 경량성이 우수한 복합부직포를 개시하고 있으며, 특허문헌2에 부직포 2겹 또는 3겹이 합지되어 한번의 니들펀칭에 의해 단일체로 구성된 표면용 폴리에스터 부직포의 이면에 VAM 타입(비닐아세테이트 타입)의 수지 또는 MMA 타입(메타 메틸 아세테이트 타입)의 수지 발포코팅하여 발포코팅층이 형성되며, 상기 발포코팅층에는 저밀도 폴리에틸렌 파우더를 뿌려서 파우더층을 형성하고 폴리에스터 펠트로 구성된 부직포를 합포하여 열처리로 건조시켜 접착하거나 또는 상기 파우더층에 가스 라미네이팅 작업으로 폴리에스터 펠트로 구성된 부직포를 접착하여 구성된 것을 특징으로 하는 부직포 웹 2겹 또는 3겹 원펀칭에 의한 일체형 흡차음, 통기성, 압축회복률이 뛰어난 자동차용 트렁크, 카페트 소재를 개시하고 있으며, 특허문헌3에 천연섬유와 합성섬유로 이루어진 펠트층의 일측면에 폴리올레핀계 필름을 부착하여 폴리올레핀계 필름층을 형성하는 단계와, 상기 펠트층의 타측면에 열경화성 수지를 분사하여 열경화성 수지층을 형성하는 단계와, 상기 펠트층을 열경화성 수지층이 내부로 들어가도록 하프 폴딩하여 펠트층의 중간에 열경화성 수지층이 존재하는 다층 구조의 기재를 형성하는 단계와, 상기 기재를 가형상 금형으로 열간 압착하여 예열 및 가성형하는 단계 및, 상기 예열 및 가성형된 기재를 완전형상금형으로 냉간 압착하여 완전한 제품 형상으로 성형하는 단계를 포함하는 천연섬유 복합소재를 이용한 자동차의 내장재 제조방법을 개시하고 있으나, 상기 선행기술들은 주로 소재의 재료에 특징으로 두고 있는 기술이다.

특허문헌 1 : 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2012-0131972호 특허문헌 2 : 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1425852호 특허문헌 3 : 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1726164호

본 발명은 표피층 내지 흡차음용 기재층 등으로 이루어지는 3층의 자동차 내, 외장용 소재를 단일니들펀칭기를 이용한 상, 하 방향 동시 니들펀칭한 3층 복합부직포의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

보다 상세하게는 단일니들펀칭기를 이용하여 하 방향, 상 방향순으로 니들펀칭하거나, 상 방향, 하 방향순으로 니들펀칭하여 단일 방향의 니들펀칭에 의해 3층 등 다층구조를 갖는 내, 외장용 복합부직포의 제조방법에서 하나의 니들펀칭 과정에 원단의 장력(tention)으로 인하여 3층 구조의 합지(일체화) 시에 과부하가 발생하여 합지가 어렵고 또 인장강도 내지 신장강도가 균일하지 않는 종래기술의 문제점을 해결하여 하나의 니들펀칭기에서 니들펀칭을 위해 한번의 장력상태에서 상 방향과 하방향의 니들펀칭을 수행하므로써 인장강도와 신장강도를 균일화할 수 있도록 하는 3층 복합부직포를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명의 목적인 단일니들펀칭기를 이용한 상, 하 방향 동시 니들펀칭에 의한 3층 복합부직포 제조방법을 위한 해결수단으로는 3층구조의 부직포 적층체를 상, 하 방향으로 동시에 니들펀칭하여 일체화하여 내, 외장용 소재를 제조하는 것으로 이루어지며, 상, 하 방향으로 동시에 니들펀칭하는 공정에 의해 제조된 내, 외장용 소재에 적용되는 부직포 적층체는 인장강도 내지 인장신도가 균일한 소재가 얻어진다.

본 발명에 따른 단일니들펀칭기를 이용한 상, 하 방향 동시 니들펀칭에 의한 3층 복합부직포 제조방법을 보다 상세하게 설명하면, a). 기재층을 형성하는 부직포(1)를 공급하는 제1단계, b). 기재층의 부직포(1) 상부로 세절된 단섬유(2)를 균일하게 분산 및 공급하는 제2단계, c). 표피층을 형성하는 부직포(3)를 공급하는 제3단계, d). 상기 부직포(1), 세절된 단섬유(2), 부직포(3)를 순차적으로 적층시켜 단일니들펀칭기를 이용한 상, 하 방향으로 동시에 니들펀칭하여 일체화하는 제4단계를 포함하여 3층 복합부직포(4)를 제조하는 것으로 이루어진다.

상기 본 발명에 따른 제1단계의 기재층을 형성하는 부직포(1)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유 60 ~ 70 중량%와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 저융점 섬유(Low Melting Fiber; LMF) 30 ~ 40중량%로 조성된 부직포로 이루어진다.

상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 저융점 섬유(LMF)는 융점이 130 ~ 180℃으로 일반적인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유의 융점(265℃ 이상)보다 낮아 가열 압착시 바인더 작용을 한다.

상기 제2단계에 공급되는 세절(cutting)된 섬유(2)는 균일하게 분산 및 적층되어 중심층을 형성하며, 흡음 및 완충(큐숀)작용을 나타내며, 부직포 제조에 통상 사용되는 단섬유를 20 내지 50㎜ 범위의 길이를 갖도록 세절(cutting)하여 얻어지고, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유, 폴리프로필렌(PP) 섬유 중에서 선택되는 하나 이상의 섬유로 이루어지며 200 ~ 300g/㎡범위가 되도록 부직포(1) 상부로 균일하게 공급한다.

본 발명에 따른 상기 제3단계의 표피층을 형성하는 부직포(3)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유 30 ~ 45중량%와 폴리프로필렌(PP) 섬유 35 ~45중량% 및 상기한 저융점 섬유(LMF)10 ~ 30중량%로 조성된 부직포로 이루어진다.

그리고 상기 본 발명에 따른 제4단계는 상기 기재층의 부직포(1), 중간층의 세절(cutting)된 단섬유(2), 표피층의 부직포(3)를 순차적으로 적층시킨 3층 구조의 적층체를 하방향, 상방향 순으로 니들펀칭하거나, 상방향, 하방향순으로 니들펀칭하여 일체화(합지)하는 것으로 이루어진다.

본 발명에 따른 상기 부직포(1) 및 부직포(3)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적으로 알려진 제조방법으로 카딩공정, 웹형성공정 및 웹결합(접착)공정에 의해 제조되는 부직포로써 특별히 제한되는 것은 아니다.

상기 기재층을 형성하는 부직포(1)는 차체 측으로 접합되는 부분이며, 부직포(1)은 자동차의 주행 중에 엔진소음, 타이어의 마찰음 등 각종 소음을 차단 및 흡수하는 흡차음층의 작용을 나타낸다.

상기 부직포(1)에 조성되는 저융점 섬유(Low Melting Fiber; LMF)는 상기 표피층을 형성하는 부직포(3)의 섬유보다 굵은 10 ~ 50데니어(denier), 길이 64 ~ 76㎜의 섬유로 이루어지며, 중량은 800 ~ 1500g/㎡ 범위를 갖는다.

상기 표피층을 형성하는 부직포(3)는 외부에 노출되는 표면층이며, 상기 기재층을 형성하는 부직포(1)의 섬유보다 가늘며, 표피층의 섬유를 너무 굵은 섬유로 선택하는 경우에는 표면의 질감이 거칠어 바람직하지 않으며 너무 가는 섬유를 선택하는 경우에는 표면의 강성이 약해지므로 2 ~ 10데니어(denier), 길이 64 ~ 76㎜의 섬유가 바람직하며, 중량은 300 ~ 400g/㎡범위를 갖는다.

또 상기 표피층을 형성하는 부직포(3)는 본 발명에 따른 3층 복합부직포(4)가 내장용 소재에 적용될 경우에는 일정한 강성을 유지하면서 동시에 부드러운 표면질감을 갖도록 하기 위하여 기모가 형성된 벨루어 타입(velour-type) 부직포일 수 있다.

본 발명은 단일니들펀칭기를 이용한 상, 하 방향 동시 니들펀칭에 의한 3층 복합부직포의 제조방법에 따라 제조된 3층 구조의 내, 외장용 소재에 적용되는 부직포 적층체는 하 방향 또는 상 방향 등의 단일방향의 니들펀칭에 의해 합지(일체화)하는 제조방법에 비하여 인장강도 내지 인장신도가 균일한 소재가 얻어지는 특징 내지 효과가 있다.

또한 표피층 부직포 및 기재층인 흡차음용 부직포를 각각 별도의 공정으로 제작 및 성형하는 것에 따른 복잡성과 제작비 상승의 문제점을 해결하는 장점을 지니고 있다.

도 1은 본 발명의 단일니들펀칭기에 의한 하방향, 상방향 순으로 니들펀칭하는 3층 복합부직포 제조방법을 대략적으로 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 단일니들펀칭기에 의한 상방향, 하방향순으로 니들펀칭하는 3층 복합부직포 제조방법을 대략적으로 나타낸 도면
도 3은 본 발명에 따른 3층 복합부직포의 단면을 대략적으로 나타낸 도면

이하에서는 실시예 및 시험예 등에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하겠으며, 아래 기재에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 단일니들펀칭기에 의한 하방향, 상방향 순으로 니들펀칭하는 3층 복합부직포 제조방법을 대략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 단일니들펀칭기에 의한 상방향, 하방향순으로 니들펀칭하는 3층 복합부직포 제조방법을 대략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 3층 복합부직포의 단면을 대략적으로 나타낸 도면으로써, 도 1 및 도 2에 의해 본 발명에 따른 제조방법을 설명하면,

도 1에 도시된 바와 같이 기재층을 형성하는 부직포(1)를 공급하는 공급로울러(a)로부터 부직포(1)이 공급되면, 부직포(1)의 상부로 세절된 단섬유(2)의 공급부(b)에서 세절된 단섬유(2)가 균일하게 분산 및 적층되고 계속하여 세절된 단섬유(2)의 상부로 표피층을 형성하는 부직포(3)를 공급하는 공급로울러(c)로부터 부직포(3)가 공급되면서 안내로울러(d)에 의해 부직포(1), 세절된 단섬유(2) 및 부직포(3)이 순차적으로 적층되면서 니들펀칭기(NP)로 안내되어 상, 하 방향으로 동시에 니들펀칭이 이루어지면서 이후 재단 및 절단되어 3층 복합부직포(4)가 제조된다.

도 1의 단일니들펀칭기는 부직포(1)(2)(3)이 적층상태에서 공급되면 좌측의 니들펀치가 상부에서 하방향으로 니들펀칭하고, 우측의 니들펀치가 하부에서 상방향으로 니들펀칭한다. 이와 같이 단일니들펀칭기가 적층된 부직포(1)(2)(3)에 장력을 인가한 상태에서 단일니들펀칭기에서 하방향 상방향의 2번의 니들펀칭을 수행하여 인장강도와 인장신율을 균일화하는 효과를 갖는다.

도 2의 단일니들펀칭기는 부직포(1)(2)(3)이 적층상태에서 공급되면 좌측의 니들펀치가 하부에서 상방향으로 니들펀칭하고, 우측의 니들펀치가 상부에서 하방향으로 니들펀칭한다. 이와 같이 단일니들펀칭기가 적층된 부직포(1)(2)(3)에 장력을 인가한 상태에서 단일니들펀칭기에서 상방향 하방향의 2번의 니들펀칭을 수행하여 인장강도와 인장신율을 균일화하는 효과를 갖는다.

상기 본 발명에 따른 3층 복합부직포(4)는 사용자의 목적에 따라 자동차용 내, 외장재로 성형되며, 자동차용 내, 외장재의 성형과정은 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상적으로 알려진 방법에 따라 원단을 열압착 장치에 투입하여 예열 압착한 후 금형장치에 투입하여 냉각 프레스 압착방식 등으로 내, 외장재를 성형한다.

본 발명에 따른 단일니들펀칭기를 이용한 상, 하 방향 동시 니들펀칭에 의한 3층 복합부직포 제조방법을 보다 상세하게 설명하면, a). 기재층을 형성하는 부직포(1)를 공급하는 제1단계, b). 기재층의 부직포(1) 상부로 세절된 단섬유(2)를 균일하게 분산 및 공급하는 제2단계, c). 표피층을 형성하는 부직포(3)를 공급하는 제3단계, d). 상기 부직포(1), 세절된 단섬유(2), 부직포(3)를 순차적으로 적층시켜 단일니들펀칭기를 이용한 상, 하 방향으로 동시에 니들펀칭하여 일체화하는 제4단계를 포함하여 3층 복합부직포(4)를 제조한다.

또 상기 표피층을 형성하는 부직포(3)는 본 발명에 따른 3층 복합부직포(4)가 내장용 소재에 적용될 경우에는 일정한 강성을 유지하면서 동시에 부드러운 표면질감을 갖도록 하기 위하여 기모가 형성된 벨루어 타입(velour-type) 부직포인것이 바람직하다.

상기한 본 발명의 성형공정을 설명하면, 3층 복합부직포(4) 원단은 표피층을 형성하는 부직포(3)에 저융점섬유를 조합하여 니들펀칭에 의해 3층 구조의 적층체를 일체화(합지) 하였으므로 예열은 3층 복합부직포(4) 원단에 접촉하지 않는 비접촉방식의 예열장치 예를 들면, 오븐식 가열장치(H) 등으로 예열하고, 목적하는 소재의 형상에 따른 금형장치에 넣고 냉간 프레스압착을 수행하고 프레스 압착이 완료되면 가장자리를 트리밍하여 완료한다.

상기한 기재층을 형성하는 부직포(1) 및 표피층을 형성하는 부직표(3)에는 다같이 조성된 저융점 섬유(Low Melting Fiber; LMF)는 3층 복합부직포(4)이 예열장치에 의해 가열될 때 일정하게 용융되어 바인더 작용에 의해 층간의 결합력을 향상시킨다.

또 상기 본 발명에 따른 성형공정은 표피층을 형성하는 부직포에 라텍스 코팅을 적용하거나 핫멜트 접착제를 적용하지 않으므로 제조공정의 수가 축소되고 이와 동시에 라텍스나 핫멜트 접착제와 같은 부자재가 감소되며 결과적으로 생산원가가 절감되는 장점을 가진다.

또 본 발명에 따른 성형공정은 표피층을 형성하는 부직포(3)가 예열장치에 접촉하지 않는 비접촉방식의 예열방식이므로 표피층을 형성하는 부직포(3)의 표면이 광택이 없는 상태이면서 동시에 표피층을 형성하는 부직포(3)에 표면이 기모층을 갖는 경우에는 기모조직이 살아있어서 부드럽고 폭신폭신한 표면질감을 가지게 된다.

<실시예>

상기 도1에서 설명한 바와같이 PET섬유 65중량%와 저융점 섬유(LMF) 35중량부로 조성된 40중량%로 조성된 기재층을 형성하는 800g/㎡ 중량의 부직포(1)를 공급하면서 부직포(1)의 상부로 40㎜ 길이로 세절된 단섬유(2)를 250g/㎡중량으로 균일하게 공급하고, 세절된 단섬유(2) 상부로 PET섬유 35중량%, PP섬유 40중량% 및 저융점섬유(LMF) 25중량%로 조성된 표피층을 형성하는 350g/㎡중량의 부직포(3)을 공급하고 적층한 적층체를 니들펀칭기로 상, 하 방향으로 동시에 니들펀칭하여 합지(일체화)시켜 3층 복합복직포를 제작하였다.

<시험예>

상기 <실시예>에서 제조한 3층 복합복직포 원단을 230℃에서 가열한 후, -10℃의 온도로 냉각한 하부금형에 위치시키고, 7Kgf/㎠으로 가압하면서 2분 30초를 유지한 다음 성형된 자동차 내장재용 플로어 카페트를 추출하였다.

상기 제조한 차량 내장재용 플로어 카페트로부터 시편를 준비하고, 시편에 대하여 기계적 강도 및 차음성(Apamat-II로 투과손실 측정)에 대하여 시험하고 그 결과를 아래 [표 1] 내지 [표 2]로 나타내었다.

시험항목		단위	시험결과	시험방법
중량		g/㎡	1490	MS 341-09
인장강도(가로/세로방향)		㎏/5㎝	27.5/26.7
내열성	인장강도(가로/세로방향)	㎏/5㎝	24.8/22.9
내열성	수출율(가로/세로방향)	%	+0.43/0.15
압축탄성율		%	92

시험항목		시험결과	비고
차음성	1,000Hz	28	Apamat-II로 투과손실 측정[dB]
	2,000Hz	33
	3,150Hz	37
	5,000Hz	42

상기 [표 1] 및 [표 2]에 나타난 바와 같이 본 발명 따른 차량용 플로어 카페트는 가로방향과 세로방향의 편차가 비교적 작으며, 차음성은 주파수에 비례하여 수치가 높게 나타나는 것은 차음성이 우수한 것을 알 수 있으므로 차량용 플로워 카페트로써 우수한 품질을 지닌다고 할 수 있다.

1 ; 기재층을 형성하는 부직포
2 ; 세절된 단섬유
3 ; 표피층을 형성하는 부직포
4 : 3층 복합부직포
a, c : 공급로울러
b : 공급홉퍼
d : 안내로울러
e : 카팅장치
NP : 상,하방향 동시 니들펀칭 장치

Claims

a). 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유 60 ~ 70 중량%와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 저융점 섬유(Low Melting Fiber; LMF) 30 ~ 40중량%로 조성된 기재층을 형성하는 부직포(1)를 공급하는 제1단계,
b). 기재층을 형성하는 부직포(1)의 상부로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유, 폴리프로필렌(PP) 섬유 중에서 선택되는 20 내지 50㎜ 범위의 길이를 갖도록 세절(cutting)한 단섬유(2)를 균일하게 분산 및 공급하는 제2단계,
c). 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유 30 ~ 45중량%와 폴리프로필렌(PP) 섬유 35 ~45중량% 및 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 저융점 섬유(LMF) 10 ~ 30중량%로 조성된 표피층을 형성하는 부직포(3)를 공급하는 제3단계 및
d). 상기 부직포(1), 세절(cutting)된 단섬유(2), 부직포(3)를 순차적으로 적층시켜 단일니들펀칭기에서 한번의 장력으로 상, 하 방향으로 동시에 니들펀칭하여 일체화하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일니들펀칭기를 이용한 상, 하 방향 동시 니들펀칭에 의한 3층 복합부직포 제조방법.
삭제
청구항1에 기재된 제조방법에 따라 제조된 3층 복합부직포를 열압착한 다음 금형에 투입하여 냉각 프레스 압착방식에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 차량용 내장재.
청구항1에 기재된 제조방법에 따라 제조된 3층 복합부직포를 열압착한 다음 금형에 투입하여 냉각 프레스 압착방식에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 차량용 외장재.