KR102291216B1 - 차량의 내장재용 복합소재 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 차량의 내장재용 복합소재 및 그 제조 방법은, 유리 섬유와 열가소성 바인더 수지로 기재층을 형성하고, 천연 섬유의 적용을 배제함으로써 VOC 방출량을 낮추어 사용자의 감성을 높힘과 동시에 재활용성을 높혀 환경 친화적인 효과를 갖게 되고, 기재층의 배면에 직접 사출 성형을 통해 리브, 브라켓 등과 같은 배면 구조물을 형성하도록 함으로써 제조 공정을 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있는 효과를 갖게 된다.

Description

차량의 내장재용 복합소재 및 그 제조 방법{COMPOSITE MATERIALS FOR INTERIOR PARTS OF VEHICLE, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 차량의 내장재용 복합소재 및 그 제조 방법에 관한 것으로 보다 구체적으로, 친환경적이면서 동시에 제조 공정의 단순화가 가능한 차량의 내장재용 복합소재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
자동차 내장재는 자동차에 적용되는 면적이 상대적으로 넓고, 부품 모듈화 추세에 따라 여러 상관부품이 조립 및 부착되는 등 복잡한 구조를 이루고 있어 소재의 형태 안정성 또는 치수 안정성이 필수적으로 요구되고 있다.
또한, 최근에는 친환경 요구에 따라, 내열성 및 강성이 우수하면서도 에너지 효율을 높일 수 있는 경량 소재가 요구되고 있는 실정이다.
이와 같은 친환경, 경량화 및 고강성화를 달성하기 위해서, 천연 섬유, 유리 섬유 및 합성 섬유를 혼합하고 니들 펀칭 및 웹 포밍 공정을 통해 기재층을 형성하고, 기재층의 상측면 및 하측면에 코팅층을 형성하는 복합소재가 개발되었다.
이와 관련하여, 한국 특허공개공보 제10-2012-0133275호에는 천연 섬유와 합성 섬유를 혼합하여 코어층을 형성하고, 코어층의 하부에 유리 섬유층 및 부직포층으로 구성되는 보강층을 부착하여 경량화되면서 기계적 강도가 향상된 내장재용 복합소재가 개시되어 있다.
그러나 상기 문헌에 개시된 구성에 따르면, 천연 섬유를 이용하여 코어층을 형성하기 때문에 높은 VOC(Volatile　Organic　Compound) 방출량을 갖고, 천연 섬유 특유의 냄새 발생 및 수분 흡습으로 인한 문제가 발생할 수 있다.
나아가 코어층에 포함되어 있는 천연 섬유의 노화로 인한 물성 하락 및 악취 발생의 문제가 있기 때문에 내장제의 재활용 측면에서도 불리한 점이 많다.
또한, 복합 재료의 강성 보강을 위한 브라켓 및 기능성 부재의 결합을 위한 보스 등은 별도로 제작하여 핫멜트 등의 접착제를 사용하여 복합소재의 이면에 부착되기 때문에 제조 공정수의 증가 및 제조 비용이 증가하는 문제점이 발생하게 된다.
한국 특허공개공보 제10-2012-0133275호
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 유리 섬유와 열가소성 바인더 수지로 기재층을 형성하고, 천연 섬유의 적용을 배제함으로써 VOC 방출량을 낮추어 사용자의 감성을 높힘과 동시에 재활용성을 높혀 친환적인 차량의 내장재용 복합소재 및 그 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 기재층의 배면에 직접 사출 성형을 통해 리브, 브라켓 등과 같은 배면 구조물을 형성하도록 함으로써 제조 공정을 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있는 차량의 내장재용 복합소재 및 그 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량의 내장재용 복합소재는, 유리 섬유와 열가소성 바인더 수지가 혼합되어 형성되는 복합층; 상기 복합층의 제1 면의 상측에 부착되는 표피재층; 및 상기 복합층의 제2 면의 하측에 열가소성 사출 수지가 직접 사출되어 형성되는 배면 구조물;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복합층은, 상기 유리 섬유와 열가소성 바인더 수지로서 열가소성 섬유가 혼합되어 형성되는 펠트층이 된다.
또한, 상기 펠트층은, 상기 유리 섬유와 상기 열가소성 섬유를 혼합한 후 니들 펀칭 공법을 통해 형성된다.
또한, 상기 펠트층은, 상기 유리 섬유 30 내지 70 중량%와, 상기 열가소성 섬유 70 내지 30 중량%가 혼합되어 형성된다.
또한, 상기 복합층은, 상기 유리 섬유와 열가소성 바인더 수지로서 열가소성 파우더가 혼합되어 형성되는 혼합물층이 된다.
또한, 상기 혼합물층은, 상기 유리 섬유 30 내지 70 중량%와, 상기 열가소성 파우더 70 내지 30 중량%가 혼합되어 형성된다.
또한, 상기 제1 면에 직접 부착되며, 열가소성 섬유로 제작되는 제1 부직포층; 및 상기 제2 면에 직접 부착되며, 열가소성 섬유로 제작되는 제2 부직포층;을 더 포함한다.
또한, 상기 배면 구조물은, 상기 열가소성 사출 수지가 상기 제2 부직포층을 향해 직접 사출되어, 상기 제2 부직포층에 직접 결합되어 형성된다.
또한, 상기 열가소성 사출 수지가 사출되기 전에, 상기 1 부직포층, 상기 복합층 및 상기 제2 부직포층은 소정의 온도로 예열된다.
또한, 상기 제2 부직포층의 열가소성 섬유의 재질과 상기 열가소성 사출 수지의 재질은 서로 상이하다.
한편, 본 발명에 따른 차량의 내장재용 복합소재의 제조방법은, 유리 섬유와 열가소성 바인더 수지가 혼합하여 복합층을 형성하는 복합층 형성 단계; 상기 복합층의 제1 면의 상측에 표피재층을 부착하는 표피재층 부착 단계; 및 상기 복합층의 제2 면의 하측에 열가소성 사출 수지를 직접 사출하여 배면 구조물을 형성하는 배면 사출 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복합층 형성 단계는, 상기 유리 섬유와 열가소성 바인더 수지로서 열가소성 섬유를 혼합하여 펠트층을 형성하는 펠트층 형성 단계를 포함한다.
또한, 상기 유리 섬유와 상기 열가소성 섬유를 혼합하는 혼합 단계; 및 상기 유리 섬유와 상기 열가소성 섬유의 혼합물을 니들 펀칭하는 니들 펀칭 단계;를 포함한다.
또한, 상기 펠트층은, 상기 유리 섬유 30 내지 70 중량%와, 상기 열가소성 섬유 70 내지 30 중량%가 혼합되어 형성된다.
또한, 상기 복합층 형성 단계는, 상기 유리 섬유와 열가소성 바인더 수지로서 열가소성 파우더를 혼합하여 혼합물층을 형성하는 혼합물층 형성 단계를 포함한다.
또한, 상기 혼합물층은, 상기 유리 섬유 30 내지 70 중량%와, 상기 열가소성 파우더 70 내지 30 중량%가 혼합되어 형성된다.
또한, 상기 제1 면에 열가소성 섬유로 제작되는 제1 부직포층을 직접 부착하는 제1 부직포층 부착 단계; 및 상기 제2 면에 열가소성 섬유로 제작되는 제2 부직포층을 직접 부착하는 제2 부직포층 부착 단계;을 더 포함한다.
또한, 상기 배면 사출 단계에서, 상기 열가소성 사출 수지가 상기 제2 부직포층을 향해 직접 사출되어, 상기 제2 부직포층에 직접 결합되어 상기 배면 구조물이 형성된다.
또한, 상기 배면 사출 단계 이전에, 상기 제1 부직포층, 상기 복합층, 및 상기 제2 부직포을 소정의 온도로 예열하는 예열 단계;를 더 포함한다.
또한, 상기 제2 부직포층의 열가소성 섬유의 재질과 상기 열가소성 사출 수지의 재질은 서로 상이하다.
본 발명에 따른 차량의 내장재용 복합소재 및 그 제조 방법은, 유리 섬유와 열가소성 바인더 수지로 기재층을 형성하고, 천연 섬유의 적용을 배제함으로써 VOC 방출량을 낮추어 사용자의 감성을 높힘과 동시에 재활용성을 높혀 환경 친화적인 효과를 갖게 된다.
또한, 본 발명에 따른 차량의 내장재용 복합소재 및 그 제조 방법은, 기재층의 배면에 직접 사출 성형을 통해 리브, 브라켓 등과 같은 배면 구조물을 형성하도록 함으로써 제조 공정을 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있는 효과를 갖게 된다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 차량의 내장재용 복합소재의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 차량의 내장재용 복합소재의 제조 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 차량의 내장재용 복합소재의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6는 도 5의 복합층 형성 단계의 세부 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 7는 도 5의 성형 단계의 세부 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1 내지 3은 본 발명에 따른 차량의 내장재용 복합소재(1)의 단면도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 내장재용 복합소재(1)는, 유리 섬유(11a)와 열가소성 바인더 수지(11b)가 혼합되어 형성되는 복합층(11)을 구비한 기재층(10), 복합층(11)의 제1 면의 상측에 부착되는 표피재층(20), 및 복합층(11)의 제2 면의 하측에 열가소성 사출 수지가 직접 사출되어 형성되는 배면 구조물(30)을 포함한다.
기재층(10)을 형성하는 복합층(11)은 본 발명에 따른 복합소재의 전체적인 강성을 유지하는 역할을 하며, 유리 섬유(11a)와 열가소성 바인더 수지(11b)를 혼합한 후 보드 형태로 제조된다.
이 때, 복합층(11)에는 종래 기술과 같은 천연 섬유가 포함되지 않도록 한다. 천연 섬유 대신 유리 섬유(11a)를 사용함으로써 동일 중량 대비 강성을 더 높이되 천연 섬유와는 달리 노화가 발생하지 않아 재활용이 가능하며, 기재층(10)의 내습성이 개선되고 및 VOC 방출량을 낮출 수 있게 된다.
이 경우에, 유리 섬유(11a)와 열가소성 바인더 수지(11b)의 혼합 비율은 유리 섬유(11a) 30 내지 70중량%와 바인더 수지(11b) 70 내지 30중량%가 바람직하다. 이는 바인더 수지(11b)의 함량이 부족하면 성형 후 제품의 형태 안정성이 낮아짐과 동시에 성형성이 낮아지기 때문이며, 바인더 수지(11b)의 함량이 지나치게 높아지면 성형을 위한 예열 시간이 늘어나게 되어 양상성이 저하되거나 강도 및 탄성률이 저하될 가능성이 있기 때문이다.
바인더 수지(11b)는, 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리아미드(Polyamide, PA), 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 계열의 수지 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재질을 가질 수 있다.
바인더 수지(11b)는, 섬유상이나 파우더 상으로 형태로 유리 섬유(11a)와 혼합될 수 있다.
바인더 수지(11b)가 섬유상 형태일 경우에는, 1cm ~ 15cm의 길이를 갖는 바인더 섬유를 1cm ~ 15cm의 길이를 갖는 유리 섬유(11a)와 혼합하여 니들 펀칭 및 웹 포밍 공정을 통해 펠트 형태의 복합층(11)이 제조될 수 있다.
한편, 바인더 수지(11b)가 파우더 형태일 경우에는, 1cm ~ 15cm의 길이를 갖는 유리 섬유(11a)와 파우더 형태의 바인더 수지(11b)를 물에 고루 분산시킨 후 소정의 두께를 갖는 판상을 갖도록 건조하여 제조되는 방식, 소위 초지법으로서 제조될 수 있다.
표피재층(20)은 복합층(11)의 제1 면의 상측에 부착되어 층상구조를 갖는 복합소재(1)의 최외곽층을 형성하며, 복합소재(1)의 표면 강성을 향상을 위해서 구비되는 층이다. 바람직하게는 표피재층(20)은 복합층(11)의 제1 면에 열경화성 수지 또는 핫멜트 접착제를 도포한 후 열간 압착 및 냉간 압착하여 형성될 수 있다.
한편, 표피재층(20)은 올레핀-폴리프로필렌 폼(TPO/PP Foam), 폴리우레탄 폼(PU foam), 피브이씨/폴레우레탄 폼(PVC/PU foam), 직물원단/폴리우레탄 폼과 같이 당업계에서 차량의 표피재를 형성하는 원단으로 사용되는 재질 등이 적용 가능하다.
배면 구조물(30)은 복합층(11)의 제2 면의 하측에 열가소성 사출 수지가 직접 사출되어 형성되는 부분으로서 본 발명에 따른 차량의 내장재용 복합소재(1)와 관련되는 부품의 조립을 위한 보스(32), 융착부(33)로서 기능하거나 복합소재(1)의 강도 취약 부분(벤딩부 등)의 강도를 보강하는 리브(31)에 해당한다.
본 발명에 따른 차량의 내장재용 복합소재(1)의 배면 구조물(30)은 접착제의 사용없이 직접 복합층(11)의 제2 면을 향해 사출되어 형성된다. 따라서 종래와 같이 별도의 사출 공정으로 제조된 배면 구조물(30)을 복합층(11)에 접착하는 공정이 생략될 수 있어 제조 공정이 단순화되고 제조 비용이 현저히 절감될 수 있다.
사출되는 소재는 전술한 복합층(11)의 바인더 수지(11b)와 동일한 재질로서 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리아미드(Polyamide, PA), 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 계열의 수지 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재질을 갖거나, 이종 재질로서 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리카보네이트/에이비에스 혼합재 (PC/ABS), 에이비에스(ABS), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene terephthalate, PBT) 계열의 수지 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재질을 가질 수 있다.
또한, 사출되는 소재에는 강도 보강을 위한 첨가물로서 미네럴 필러, 유리 섬유, 탈크, 탄산 칼슘 등이 소정의 비율로 첨가될 수 있다.
사출 소재가 복합층(11)의 바인더 수지(11b)와 동일한 재질을 갖는 경우에는 사출 수지가 가진 열과 압력에 의해서 복합층(11)의 표면 상의 바인더 수지(11b)가 적어도 부분적으로 사출 수지와 용융 결합되기 때문에 별도의 접착제의 사용이 없이도 배면 구조물(30)이 복합층(11)에 견고히 부착될 수 있다.
사출 소재가 복합층(11)의 바인더 수지(11b)와 다른 재질을 갖는 경우에도, 복합층(11)의 표면 및 내부에 형성되는 미세 공극에 사출시 사출 소재가 침투되어 결합될 수 있기 때문에 별도의 접착제의 사용이 없이도 배면 구조물(30)이 복합층(11)에 견고히 부착될 수 있다.
도 2 및 도 3에는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 내장재용 복합소재(1)가 도시되어 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 내장재용 복합소재(1)는, 복합층(11)의 제1 면에 직접 부착되며 열가소성 섬유로 제작되는 제1 부직포층(12), 및/또는 복합층(11)의 제2 면에 직접 부착되며 열가소성 섬유로 제작되는 제2 부직포층(13)을 더 포함한다.
도 2에는 제1 부직포층(12)만 추가된 구성이 도시되어 있고, 도 3에는 제1 부직포층(12) 및 제2 부직포층(13)이 함께 추가된 구성이 도시되어 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량의 내장재용 복합소재(1)는 유리 섬유(11a)를 함유한 복합층(11)을 포함한다.
통상 유리 섬유(11a)는 통상 유해 물질로 알려져 있다. 따라서 복합소재(1)의 제조 과정 중 또는 차량에 조립된 후 사용 과정에서 외부로 유출되는 것을 차단할 필요가 있다.
제1 부직포 및 제2 부직포는, 상기와 같이 복합소재(1)의 제조 과정 중 또는 차량에 조립된 후 사용 과정에서 외부로 유출되는 것을 방지하는 역할을 한다.
제1 부직포 및 제2 부직포는 복합층(11)의 바인더 수지(11b)의 재질과 동일하게 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리아미드(Polyamide, PA), 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 계열의 수지 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재질을 가지며, 스펀 본드 또는 스펀 레이스와 같이 당업계에서 기공지된 임의의 부직포 제조 공정을 통해 제조될 수 있다.
제1 부직포층(12) 및 제2 부직포층(13)의 단위면적당 중량은 20~200g/m2 범위가 바람직하다.
한편, 제1 부직포층(12) 및 제2 부직포층(13)은 후술하는 예열 과정 및 성형 과정에서 복합층(11)에 제1 면 및 제2 면에 융착되어 복합층(11)과 함께 기재층(10)을 형성하게 된다.
이 때, 전술한 배면 구조물(30)은 제2 부직포층(13)에 직접 분사되는 방식으로 제1 부직포층(12)에 형성된 미세 공극에 사출시 사출 소재가 침투되어 결합될 수 있기 때문에 별도의 접착제의 사용이 없이도 배면 구조물(30)이 복합층(11)에 견고히 부착될 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 차량의 내장재용 복합소재(1)의 제조 방법의 상세 단계를 설명한다.
먼저 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 내장재용 복합소재(1)의 제조 방법은, 기재층 형성 단계(S10), 예열 단계(S20), 성형 단계(S30), 배면 사출 단계(S40), 표피재층 부착 단계(S50)를 포함하여 구성된다.
기재층 형성 단계(S10)에서, 유리 섬유(11a)와 열가소성 바인더 수지(11b)가 혼합된 후 보드 형태로 제조된다.
보다 상세히는 도 6에 도시된 바와 같이 기재층 형성 단계(S10)는, 복합층 형성 단계(S11a, S11b), 및 제2 부직포층 부착 단계(S13)를 포함한다.
복합층 형성 단계(S11a, S11b)에서, 유리 섬유(11a)와 열가소성 바인더 수지(11b)가 혼합되어 도 4(a)에 도시된 바와 같은 복합층(11)이 형성된다.
이 때, 바인더 수지(11b)는, 섬유상이나 파우더 상으로 형태로 유리 섬유(11a)와 혼합될 수 있다.
바인더 수지(11b)가 섬유상 형태일 경우에는, 1cm ~ 15cm의 길이를 갖는 바인더 섬유를 1cm ~ 15cm의 길이를 갖는 유리 섬유(11a)와 혼합하여 니들 펀칭 및 웹 포밍 공정을 통해 펠트 형태의 복합층(11)이 제조될 수 있다. (펠트층 형성 단계 - S11a)
한편, 바인더 수지(11b)가 파우더 형태일 경우에는, 1cm ~ 15cm의 길이를 갖는 유리 섬유(11a)와 파우더 형태의 바인더 수지(11b)를 물에 고루 분산시킨 후 소정의 두께를 갖는 판상을 갖도록 건조하여 제조되는 방식, 소위 초지법으로서 제조될 수 있다. (혼합물층 형성 단계 - S11b)
유리 섬유(11a)와 열가소성 바인더 수지(11b)의 혼합 비율은 유리 섬유(11a) 30 내지 70중량%와 바인더 수지(11b) 70 내지 30중량%가 바람직하다. 이는 바인더 수지(11b)의 함량이 부족하면 성형 후 제품의 형태 안정성이 낮아짐과 동시에 성형성이 낮아지기 때문이며, 바인더 수지(11b)의 함량이 지나치게 높아지면 성형을 위한 예열 시간이 늘어나게 되어 양상성이 저하되거나 강도 및 탄성률이 저하될 가능성이 있기 때문이다.
바인더 수지(11b)는, 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리아미드(Polyamide, PA), 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 계열의 수지 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재질을 가질 수 있다.
제2 부직포층 부착 단계(S13)에서, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 복합층(11)의 제2 면에 미리 준비된 제2 부직포층(13)이 부착된다.
제2 부직포층(13)은 복합층(11)의 바인더 수지(11b)의 재질과 동일하게 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리아미드(Polyamide, PA), 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 계열의 수지 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재질을 가지며, 스펀 본드 또는 스펀 레이스와 같이 당업계에서 기공지된 임의의 부직포 제조 공정을 통해 제조될 수 있다.
이 때, 제2 부직포층(13)의 단위면적당 중량은 20~200g/m2 범위가 되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 기재층 형성 단계(S10)는, 제1 부직포층 부착 단계(S12)를 더 포함할 수 있다.
제1 부직포층 부착 단계(S12)에서 도 4(b)에 도시된 바와 같이 복합층(11)의 제1 면에 미리 준비된 제1 부직포층(12)이 부착된다. 제1 부직포(12)는 전술한 제2 부직포(13)와 동일한 재질/물성을 갖고, 동일한 공정을 통해 제조 가능하다.
다만, 제1 부직포(12)는 복합층(11)의 제1 면의 상측에 표피재가 부착되는 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이 생략 가능한 구성에 해당한다.
본 발명은 이에 한정되는 것은 아니지만, 편의상 이하에서는 복합층(11)의 제2 면에 제2 부직포(13)가 부착되고, 복합층의 제1 면에 제1 부칙포(12)에 부착되는 실시예를 기준으로 설명하도록 한다.
예열 단계(S20)는, 복합층(11)에 제1 부직포층(12) 및 제2 부직포층(13)이 부착되어 형성된 기재층(10)을, 후술하는 성형 단계(S30)에서 기재층(10)이 금형(20)의 내부로 이동되어 성형되기 전에 기재층(10)의 성형성을 높이기 위해서 소정의 온도로 예열하는 단계이다.
보다 상세히는, 기재층(10)의 복합층(11), 제1 부직포층(12) 및 제2 부직포층(13)에 포함된 열가소성 수지에 대해서 적어도 부분적으로 용융이 발생할 수 있는 온도 조건으로 기재층(10)을 가열하여 기재층(10)의 성형성 및 후술하는 사출 수지와의 접합성이 향상될 수 있다.
기재층(10)을 가열하기 위한 수단으로서, 도 4(c)에 도시된 열 프레스(30) 및 열풍 발생기(미도시)가 사용될 수 있다.
본 발명은 이에 한정되는 것은 아니지만, 예시적으로 이하에서는 기재층(10)의 예열을 위한 수단으로서 열 프레스(30)가 적용되는 실시예를 기준으로 설명한다.
열 프레스(30)를 이용하는 경우에 소재의 종류 및 기재층(10)의 두께에 따라 가열 온도 및 가열 시간이 선택될 수 있다.
다만, 복합층(11), 제1 부직포층(12) 및 제2 부직포층(13)에 포함된 열가소성 수지의 탄화가 발생하지 않되, 적어도 부분적으로 열가소성 수지의 용융이 발생할 수 있을 조건으로서, 예열 온도는 150 ~ 300
Figure 112019110965219-pat00001
, 예열 시간은 15 ~ 300 초가 바람직하다.
예열 단계(S20)가 완료되면, 성형 단계(S30)가 진행된다.
성형 단계(S30)는, 도 4(d)에 도시된 바와 같이 예열된 기재층(10)을 금형(20) 내부로 이동시켜 소정의 형상으로 포밍하고, 기재층(10)의 배면에 열가소성 수지를 사출하여 배면 구조물(30)을 형성하기 위한 단계이다.
보다 상세히는, 성형 단계(S30)는 도 7에 도시된 바와 같이 배치 단계(S31)와, 가압 단계(S32)와, 유지 단계(S33)를 포함한다.
배치 단계(S31)에서, 전술한 예열 단계(S20)에서 예열이 완료된 기재층(10)이 개방된 금형(20)의 내부로 이동되며, 기재층(10)의 이동 배치가 완료되면 금형(20)의 상형(21)을 이동시켜 상형(21)과 하형(22)을 형폐시킨다.
금형(20)이 형폐되면서 금형(20) 내부의 캐비티의 형상에 대응하여 기재층(10)이 포밍되고, 동시에 기재층(10)의 외곽부가 트리밍된다.
가압 단계(S32) 및 유지 단계(S33)에서, 기재층(10)의 포밍과 트리밍이 완료된 상태로 소정의 지연 시간 동안 가압을 유지하여 기재층(10)이 냉각된다.
소정의 지연 시간은 1 ~ 40초 가 바람직하다.
지연 시간이 1초 미만일 경우 지연 시간이 너무 짧게 되어 기재층(10)의 냉각이 불충분하게 되기 때문에 후술하는 배면 사출 단계(S40)에서 기재층(10)이 ??어지거나 주름이 발생할 수 있기 때문이다.
또한, 지연 시간이 40초를 초과하게 되면, 배면 사출에 의한 기재층(10)의 ??어짐이나 주름이 발생할 가능성은 줄어들게 되나, 전체 제조 공정 시간의 지연이 발생할 수 있게 되어서 바람직하지 않다.
성형 단계(S30)가 완료되면, 기재층(10)을 향해, 바람직하게는 복합층(11)의 제2 면을 향해 열가소성 사출 수지를 직접 배면 사출하여 배면 구조물(30)을 형성하는 배면 사출 단계(S40)가 진행된다.
이와 같은 단일 배면 사출을 통해서 본 발명에 따른 차량의 내장재용 복합소재(1)와 관련되는 부품의 조립을 위한 보스(32), 융착부(33)로서 기능하거나 복합소재(1)의 강도 취약 부분(벤딩부 등)의 강도를 보강하는 리브(31) 등이 단일 공정을 통해서 일체로 형성된다.
금형(20)의 주입구(22a)를 통해 주입되어 사출되는 소재는 전술한 복합층(11)의 바인더 수지(11b)와 동일한 재질로서 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리아미드(Polyamide, PA), 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 계열의 수지 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재질을 갖거나, 이종 재질로서 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리카보네이트/에이비에스 혼합재 (PC/ABS), 에이비에스(ABS), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene terephthalate, PBT) 계열의 수지 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재질을 가질 수 있다.
또한, 사출되는 소재에는 강도 보강을 위한 첨가물로서 미네럴 필러, 유리 섬유, 탈크, 탄산 칼슘 등이 소정의 비율로 첨가될 수 있다.
사출 소재가 복합층(11)의 바인더 수지(11b)와 동일한 재질을 갖는 경우에는 사출 수지가 가진 열과 압력에 의해서 복합층(11)의 표면 상의 바인더 수지(11b)가 적어도 부분적으로 사출 수지와 용융 결합되기 때문에 별도의 접착제의 사용이 없이도 배면 구조물(30)이 복합층(11)에 견고히 부착될 수 있다.
사출 소재가 복합층(11)의 바인더 수지(11b)와 다른 재질을 갖는 경우에도, 복합층(11) 및 제2 부직포층(13)의 표면 및 내부에 형성되는 미세 공극에 사출시 사출 소재가 침투되어 결합될 수 있기 때문에 별도의 접착제의 사용이 없이도 배면 구조물(30)이 복합층(11)에 견고히 부착될 수 있다.
사출 소재의 사출이 완료되면, 소정의 냉각 시간, 바람직하게는 사출 완료 후 5초가 경과된 시점에 금형(20)을 개방하여 배면 사출 단계(S40)를 완료한다.
배면 사출 단계(S40)가 완료되면, 도 4(e)에 도시된 바와 같은 표피재를 복합층(11)의 제1 면의 상측에 부착하기 위한 표피재 부착 단계(S50)가 진행된다.
표피재는 복합층(11)의 제1 면의 상측에 부착되어 층상구조의 복합소재의 최외곽층으로서 표피재층(20)을 형성하며, 복합소재의 표면 강성을 향상을 위해서 구비되는 층이다.
표피재는 올레핀-폴리프로필렌 폼(TPO/PP Foam), 폴리우레탄 폼(PU foam), 피브이씨/폴레우레탄 폼(PVC/PU foam), 직물원단/폴리우레탄 폼과 같이 당업계에서 차량의 표피재를 형성하는 원단으로 사용되는 재질 등이 적용 가능하다.
폴리우레탄 폼 계열 원단의 경우에는 사출이 완료된 기재층(10) 또는 복합층(11)의 제1 면에 열경화성 수지 또는 핫멜트 접착제를 도포한 후 수작업으로 접착될 수 있다. 도 4(e)에는 이와 같이 배면 사출 단계(S40)가 완료된 후 금형(20)에서 기재층(10)과 배면 구조물(30)을 분리하여 표피재가 부착될 수 있다.
한편, 폴리올레핀 폼 계열의 원단의 경우에는, 제조 단계의 순서를 바꾸어 성형 단계(S30)에서 기재층(10)이 금형(20)에 배치된 후 복합층(11) 또는 기재층(10)의 제1 면에 열경화성 수지 또는 핫멜트 접착제를 도포하여 금형(20)의 형폐 시에 접착될 수 있도록 구성될 수도 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
차량의 내장재용 복합소재(1) 기재층(10)
복합층(11) 유리 섬유(11a)
바인더 수지(11b) 제1 부직포층(12)
제2 부직포층(13) 표피재층(20)
배면 구조물(30) 리브(31)
보스(32) 융착부(33)

Claims (20)

  1. 유리 섬유와 열가소성 바인더 수지가 혼합되어 형성되는 복합층;
    상기 복합층의 제1 면의 상측에 부착되는 표피재층; 및
    상기 복합층의 제2 면의 하측에 열가소성 사출 수지가 직접 사출되어 형성되는 배면 구조물;을 포함하고,
    상기 복합층은, 상기 유리 섬유와 열가소성 바인더 수지로서 열가소성 섬유가 혼합되어 형성되는 펠트층이고,
    상기 펠트층은, 상기 유리 섬유와 상기 열가소성 섬유를 혼합한 후 니들 펀칭 공법을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재.
  2. 제1 항에서,
    상기 펠트층은, 1cm ~ 15cm의 길이를 갖는 유리 섬유와 1cm ~ 15cm의 길이를 갖는 열가소성 섬유를 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재.
  3. 제1 항에서,
    상기 펠트층은, 상기 유리 섬유 30 내지 70 중량%와, 상기 열가소성 섬유 70 내지 30 중량%가 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재.
  4. 유리 섬유와 열가소성 바인더 수지가 혼합되어 형성되는 복합층;
    상기 복합층의 제1 면의 상측에 부착되는 표피재층; 및
    상기 복합층의 제2 면의 하측에 열가소성 사출 수지가 직접 사출되어 형성되는 배면 구조물;을 포함하고,
    상기 복합층은, 상기 유리 섬유와 열가소성 바인더 수지로서 열가소성 파우더를 물에 분산시킨 후 판상을 갖도록 건조하여 형성되는 혼합물층인 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재.
  5. 제4 항에서,
    상기 복합층은, 1cm ~ 15cm의 길이를 갖는 상기 유리 섬유와 상기 열가소성 파우더를 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재.
  6. 제4 항에서,
    상기 혼합물층은, 상기 유리 섬유 30 내지 70 중량%와, 상기 열가소성 파우더 70 내지 30 중량%가 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재.
  7. 제1 항 또는 제4 항에서,
    상기 제1 면에 직접 부착되며, 열가소성 섬유로 제작되는 제1 부직포층; 및
    상기 제2 면에 직접 부착되며, 열가소성 섬유로 제작되는 제2 부직포층;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재.
  8. 제7 항에서,
    상기 배면 구조물은, 상기 열가소성 사출 수지가 상기 제2 부직포층을 향해 직접 사출되어, 상기 제2 부직포층에 형성된 미세 공극으로 사출 수지가 침투되어 상기 제2 부직포층에 직접 결합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재.
  9. 제8 항에서,
    상기 열가소성 사출 수지가 사출되기 전에, 상기 제1 부직포층, 상기 복합층 및 상기 제2 부직포층은 150~300℃의 예열 온도로 15~300초 동안 예열되는 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재.
  10. 제9 항에서,
    상기 제2 부직포층의 열가소성 섬유의 재질과 상기 열가소성 사출 수지의 재질은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재.
  11. 유리 섬유와 열가소성 바인더 수지가 혼합하여 복합층을 형성하는 복합층 형성 단계;
    상기 복합층의 제1 면의 상측에 표피재층을 부착하는 표피재층 부착 단계; 및
    상기 복합층의 제2 면의 하측에 열가소성 사출 수지를 직접 사출하여 배면 구조물을 형성하는 배면 사출 단계;를 포함하고,
    상기 복합층 형성 단계는,
    상기 유리 섬유와 열가소성 바인더 수지로서 열가소성 섬유를 혼합하여 펠트층을 형성하는 펠트층 형성 단계를 포함하고,
    상기 펠트층 형성 단계는,
    상기 유리 섬유와 상기 열가소성 섬유를 혼합하는 혼합 단계; 및
    상기 유리 섬유와 상기 열가소성 섬유의 혼합물을 니들 펀칭하는 니들 펀칭 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재의 제조방법.
  12. 제11 항에서,
    상기 혼합 단계는,
    1cm ~ 15cm의 길이를 갖는 유리 섬유와 1cm ~ 15cm의 길이를 갖는 열가소성 섬유를 혼합하는 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재의 제조방법.
  13. 제11 항에서,
    상기 펠트층은, 상기 유리 섬유 30 내지 70 중량%와, 상기 열가소성 섬유 70 내지 30 중량%가 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재의 제조방법.
  14. 유리 섬유와 열가소성 바인더 수지가 혼합하여 복합층을 형성하는 복합층 형성 단계;
    상기 복합층의 제1 면의 상측에 표피재층을 부착하는 표피재층 부착 단계; 및
    상기 복합층의 제2 면의 하측에 열가소성 사출 수지를 직접 사출하여 배면 구조물을 형성하는 배면 사출 단계;를 포함하고,
    상기 복합층 형성 단계는,
    상기 유리 섬유와 열가소성 바인더 수지로서 열가소성 파우더를 물에 분산시킨 후 판상을 갖도록 건조하여 혼합물층을 형성하는 혼합물층 형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재의 제조방법.
  15. 제14 항에서,
    상기 복합층은, 1cm ~ 15cm의 길이를 갖는 상기 유리 섬유와 상기 열가소성 파우더를 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재의 제조방법.
  16. 제15 항에서,
    상기 혼합물층은, 상기 유리 섬유 30 내지 70 중량%와, 상기 열가소성 파우더 70 내지 30 중량%가 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재의 제조방법.
  17. 제11 항 또는 제14항에서,
    상기 제1 면에 열가소성 섬유로 제작되는 제1 부직포층을 직접 부착하는 제1 부직포층 부착 단계; 및
    상기 제2 면에 열가소성 섬유로 제작되는 제2 부직포층을 직접 부착하는 제2 부직포층 부착 단계;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재의 제조방법.
  18. 제17 항에서,
    상기 배면 사출 단계에서, 상기 열가소성 사출 수지가 상기 제2 부직포층을 향해 직접 사출되어, 상기 제2 부직포층에 형성된 미세 공극으로 사출 수지가 침투되어 상기 제2 부직포층에 직접 결합되어 상기 배면 구조물이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재의 제조방법.
  19. 제18 항에서,
    상기 배면 사출 단계 이전에,
    상기 제1 부직포층, 상기 복합층, 및 상기 제2 부직포를 150~300℃의 예열 온도로 15~300초 동안 예열하는 예열 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재의 제조방법.
  20. 제19 항에서,
    상기 제2 부직포층의 열가소성 섬유의 재질과 상기 열가소성 사출 수지의 재질은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 차량의 내장재용 복합소재의 제조방법.

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