KR20110109399A - 내장제용 부직포 - Google Patents

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KR20110109399A
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elongation
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조경제
김진일
이민호
최진환
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코오롱인더스트리 주식회사
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Abstract

본 발명은 엠보스 롤(Emboss Roll)을 이용한 열접착 공정에서의 성형성을 향상시키기 위해, 열간 성형시 신율이 높고 모듈러스가 낮음에 따라 엠보스 부분의 터짐 현상이 발생되지 않는 우수한 성형성을 갖고 공정이 단순한 내장재용 부직포 에 관한 것이다. 본 발명의 부직포는, 평량이 14 g/㎡ 내지 20 g/㎡ 이며, 상기에 언급된 열간강신도 평가 방법을 활용하여 물성 측정시, 열간 인장 신율이 MD/CD 각각 40%이상이며, 모듈러스 값이 MD/CD 각각 200 kgf/cm2 / 100 kgf/cm2이하이다.

Description

내장제용 부직포{Nonwovens for Interior materials}
본 발명은 내장재로 사용될 수 있는 부직포에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 자동차 바닥매트(Floormat)용 2차 기포지 및 헤드라이너(Headliner)용 보강제로 사용될 수 있는 스펀본드 형태의 부직포에 관한 것이다.
통상 자동차 1대당 28 ㎏ 이상의 섬유 내장재가 사용된다. 이러한 내장재로는 헤드라이너 또는 바닥매트 등이 있고, 이러한 헤드라이너 등에는 보강재, 기포지 등이 사용된다. 이러한 차량용 내장재는 제품 제조시 절곡 및 접음에 있어서 내구성이 크게 요구되고, 직물, 편물, 부직포 등이 사용되고 있다. 이 중, 부직포는 직물 등과 비교하여 저렴하고, 제조 공정이 간단하며, 강도 및 신율이 양호하고, 절곡등의 가공이 용이한 이점이 있다. 특히, 친환경 그린카 추세에 따라 현재 흡읍제 등에 사용 중인 우레탄폼, 스펀지 등을 부직포 소재로 대체하고자 하는 많은 시도들이 행해지고 있다.
이러한 차량 내장재용 부직포는 통상 가격이 저렴한 올레핀 고분자를 이용하여 스펀본드(spunbond) 방식을 통해 제조되거나, 단섬유를 이용하여 제조되어 왔다.
그러나, 최근 출시되는 차량들은 인테리어 및 실내 미관을 중시하고 있기 때문에, 내장재의 절곡, 접힘 부분이 증가함에 따라 후가공 공정이 점차 가혹해 지고 있는데, 종래 이러한 부직포를 이용하여 후가공을 수행할 경우 공정성이 저하되는 문제가 있다. 특히, 올레핀계 부직포는 융점이 낮기 때문에 성형 공정에서 열에 취약하고, 단섬유 부직포 또한 열에 취약할 뿐만 아니라 강신도 등의 기계적 물성이 떨어지는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하고자, 강도가 강하고 열안정성 및 형태 안정성이 우수한 이점을 갖는 폴리에스터계 스펀본드 부직포를 이용한 내장재의 개발이 제시되고 있다.
그러나, 종래 폴리에스터계 스펀본드 부직포를 이용한 내장재는 엠보스 롤(Emboss Roll)을 이용한 열접착 공정을 통해 부직포 제조시, 고온 및 고압에서 강한 엠보스 패턴(Emboss Pattern) 작업을 실시할 경우 성형성이 저하되는 문제가 있다.
이에 따라, 엠보스 롤(Emboss Roll)을 이용한 열접착 공정에서의 성형성을 향상시키기 위해, 열간 성형시 열간 신율이 높고, 열간 모듈러스가 낮으며 공정이 단순한 차량의 내장재용 부직포에 대한 기술의 개발이 적실히 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명은, 엠보스 롤(Emboss Roll)을 이용한 열접착 공정에서의 성형성을 향상시키기 위해, 열간 성형시 열간 신율이 높고 열간 모듈러스가 낮음에 따라 엠보스 부분의 터짐 현상이 발생되지 않는 우수한 성형성을 갖고 공정이 단순한 내장재용 부직포를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 이점들을 달성하기 위하여 그리고 본 발명의 목적에 따라, 본 발명의 일 측면은, 평량이 14 g/㎡ 내지 20 g/㎡ 이며, 상기에 언급된 열간 강신도 평가 방법을 활용하여 물성 측정시, 열간 신율이 MD/CD 각각 40%이상이며, 열간 모듈러스 값이 MD/CD 각각 200 kgf/cm2 / 100 kgf/cm2이하인 열간 성형성이 우수한 내장재용 부직포를 제공한다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명에 따른 내장재용 부직포는 스펀본드 형태를 가짐으로써 공정이 단순하고 용이함에 따라 경제적으로 제조할 수 있는 이점이 있다.
둘째, 본 발명에 따른 내장재용 부직포는 폴리에스터계 장섬유로 이루어져 있음으로써, 올레핀계 장섬유 부직포에 비해 열에 안정하고, 단섬유 부직포에 비해강력 등의 물리적 특성이 우수한 이점이 있다.
셋째, 본 발명에 따른 내장재용 부직포는 열간 성형시 신율이 높고, 모듈러스가 낮음으로써, 작은 힘에도 변형이 쉬워 성형성이 우수한 효과가 있다.
이와 같은 특성을 갖는 내장재용 부직포는 차량용 바닥매트용 2차 기포지 또는 헤드라이너용 보강재 등에 이용할 수 있다.
이하, 본 발명의 내장재용 부직포의 제조방법에 대해 구체적으로 설명함으로써, 본 발명의 내장재용 부직포에 대한 설명을 대신하기로 한다.
먼저, 폴리에스터 고분자를 포함하는 장섬유 형태의 필라멘트를 제조한다.
상기 필라멘트는 폴리에스터 고분자를 포함하는 중합체를 단독 방사하여 제조할 수 있다. 이러한 폴리에스터 고분자는 단독 구조체이거나 공중합체일 수도 있다.
한편, 상기 폴리에스터 고분자는 250 내지 270℃의 융점을 가질 수 있다. 만일, 상기 폴리에스터 고분자의 융점이 250℃ 미만일 경우 후가공 성형 공정에서 열수축이 쉽게 발생할 수 있고, 부직포를 구성하는 섬유들의 자유도가 떨어뜨림에 따라, 열간 성형시 부직포의 신율이 낮아짐에 따라 터짐 현상이 발생될 수 있다. 반면, 상기 폴리에스터 고분자의 융점이 270℃를 초과할 경우 부직포를 구성하는 섬유들이 저온에서 용이하게 접착되지 않고, 부직포 표면에서 모우가 발생하고 박리 현상이 심화 될 수 있다.
상기 필라멘트는 시스-코어(sheath-core)형 복합섬유 형태일 수 있다. 즉, 상기 필라멘트는, 융점이 높아 강도 및 형태 안정성이 우수함에 따라 지지체 역할을 하는 폴리에스터 고분자가 코어에 위치되고 210 ~ 240℃의 융점을 가짐에 따라 접착이 용이한 저융점 폴리에스터 고분자가 시스에 위치된 복합섬유일 수 있다.
상기 코어는 250℃ 이상의 융점을 가지는 섬유로 이루어지는 것이 바람직하다. 만일, 상기 코어의 융점이 250℃ 미만일 경우 부직포 제조 후 합지 및 성형 공정시 수축이 발생할 가능성이 높으며, 모듈러스가 낮기 때문에 터짐 현상이 발생될 수 있다. 한편, 상기 코어는 공정성 등을 고려할 경우 300℃ 이하의 융점을 갖는 폴리에스터 고분자로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다.
상기 코어는 총 필라멘트에 대해 20 내지 90 중량%로 함유될 수 있다. 만일, 상기 코어의 함량이 20 중량% 미만일 경우 부직포의 강도 및 형태 안정성이 떨어질 수 있고, 반면, 상기 코어의 함량이 90 중량%를 초과할 경우 필라멘트들 사이의 접착력이 저하될 수 있고 이에 따라 부직포 제조가 곤란할 수 있다.
이와 같은 복합섬유로 이루어진 부직포는 접착이 용이함으로써 공정성이 우수하고 기계적 물성이 우수함에 따라 형태 안정성이 크게 향상될 수 있다.
상기 필라멘트는 2.0 내지 5.0 데니어의 단사 섬도를 가질 수 있다. 만일, 상기 필라멘트의 단사 섬도가 2.0 데니어 미만일 경우 단위 면적당 필라멘트의 수가 많아짐에 따라 공극이 적어지고 이에 따라 후가공 공정에서의 수지 침지성이 저하될 수 있다. 반면, 상기 필라멘트의 단사 섬도가 5.0 데니어를 초과할 경우 부직포의 균일도가 떨어지고, 공극이 지나치게 커짐에 따라 후가공 조건이 가혹해 질 수 있다.
다음, 상기 제조된 필라멘트를 통해 스펀본드 부직포를 제조한다. 즉, 필라멘트를 고압의 공기 연신 방법을 이용하여 섬도를 조정하고 연신된 필라멘트를 적층하여 웹 형태로 만들고 이러한 웹을 접착하여 스펀본드 부직포를 제조한다.
상기 웹을 형성하는 공정은 통상적인 공정인 개섬법에 의해 수행될 수 있다.
상기 웹을 접착하는 공정은 열 접착법, 니들 펀치법, 워터 펀치법, 스티치 본드법, 바인더에 의한 화학적 본드법 등을 이용하여 수행할 수 있다.
이러한 방식들 중 열접착 방식을 통해 통상 웹을 이루는 필라멘트들을 상호 접착시키는데, 이러한 열접착 방식은 고온 및 고압의 캘린더 롤이나 엠보싱 롤 등을 이용한 접촉식 방식에 의해 수행될 수 있다.
만일, 접촉식 방식을 통해 웹을 접착하는 경우, 제조된 부직포는 강도 및 신도는 우수하며, 두께가 얇아지기 때문에 내장재 합지 공정에서 수지가 충분히 베어나오는데 유리하다. 그러나, 엠보싱 롤 방식의 경우 엠보싱 된 부분의 웹이 열융착에 의해 필라멘트들이 필름으로 변화됨에 따라 섬유 자체의 성형성 및 유동성이 제한되고,이로부터 제조된 부직포는 성형성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 열압착 공정 시 부직포가 압착열에 의해 융착되어 상온에서 상기 융착 부위가 응력이 집중되는 것을 방지하기 위해서, 낮은 온도에서 약하게 접착시키는데 그 목적이 있다.
이에 따라, 통상 제조 조건 대비 엠보스 롤(Emboss Roll)의 압착 온도를 10내지 ~ 40℃ 이하로 낮추어서 제조한다. 이를 통해 얻을 수 있는 효과는, 상온에서의 부직포 자체의 강도 및 신율은 떨어질수 있으나, 부직포를 구성하는 개개의 필라멘트들이 부직포 형태를 구성할 수 있는 최소의 조건을 만족시킴과 동시에 섬유 자체의 형태와 물성을 유지할 수 있게 해줌으로써, 열간 성형 및 평가에 있어서 엠보스 부위에서 과도한 응력 집중으로 인한 부직포 자체의 터짐 현상을 방지하고, 열간 성형시 내장재로써 부직포 역할을 충분히 수행할 수 있다. 또한, 엠보스 패턴(Emboss Pattern)에 있어서 심도가 높을수록 부직포 내 엠보스 부위에 응력이 집중되어 파괴 현상이 발생할 수 있으므로, 사용되는 엠보스 패턴의 심도는 0.1 ㎜ 이하을 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같은 공정으로 제조된 스펀본드 부직포는 14 내지 20 g/㎡의 평량을 가질 수 있다. 만일, 상기 스펀본드 부직포의 평량이 14 g/㎡ 미만일 경우 필라멘트들의 분포도를 조절하기가 곤란하고 구조를 형성하기 어렵기 때문에 기계적 물성이 현저히 저하될 수 있다. 반면, 상기 스펀본드 부직포의 평량이 20 g/㎡를 초과할 경우 자동차 내장재로써 흡음성 등은 증가할 수 있으나, 후가공 공정시 충분히 수지가 베어나오지 못하고 성형 조건이 가혹해질 수 있으며, 열간 성형 시 성형성이 저하될 수 있다.
상기 스펀본드 부직포는 0.1 내지 0.2 ㎜의 두께를 가질 수 있다. 만일, 상기 스펀본드 부직포의 두께가 0.1 ㎜ 미만일 경우 개별 섬유의 유동성을 제한하여 터짐 현상이 발생할 수 있다. 반면, 상기 스펀본드 부직포의 두께가 0.2 ㎜를 초과할 경우 후가공 시 수지의 침지가 원활치 않음에 따라 최종 제품은 외관이 나빠지고 표면에 모우가 발생할 수 있다.
이러한 접촉식 열접착 방식과 달리, 열풍 등을 이용한 비접촉식 열접착 방식은 웹의 형태가 변형되지 않고 웹을 구성하는 필라멘트들이 상호 접착되기 때문에 상술한 접촉식 열접착 방식으로 제조한 부직포보다 성형성에 있어서 더욱 유리할 수 있다.
상기 열풍을 이용한 열접착 공정은 텐터 장치 등을 이용하여 필라멘트의 융점에 따라 적절한 온도로 설정하여 수행될 수 있다.
이와 같은 공정을 통해 제조된 정전 스펀본드 부직포는 자동차용 바닥매트 2차 기포지 또는 헤드라이너 내부 보강재 등에 이용할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예들을 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐으로 이것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 안 된다.
실시예 1 내지 3 : 단독 방사
1) 필라멘트의 제조
고유 점도(IV)가 0.65이고 융점이 260℃인 폴리에스터 중합체를 282℃의 온도로 설정된 연속 압출기를 이용하여 용융시키고 이를 방사구금을 통하여 방사하여 2 ~ 3.5 데니어의 단사 섬도를 갖는 폴리에스터 필라멘트가 제조되었다. 이때, 방사속도는 5,000 m/분이다.
2) 스펀본드 부직포의 제조
개섬법을 이용하여 상술한 바와 같이 제조된 필라멘트를 연속 이동하는 네트 상에 적층시켜 웹을 형성한 후, 열접착 공정에서 엠보스 롤 패턴의 심도가 0.07 ㎜인 엠보스 롤을 이용하여 통상 조건 대비 20℃/20℃이상 낮은 온도 조건에서 상기 웹을 접착시켜 단위 면적 당 평량이 16 ~ 20 g/㎡ 인 스펀본드 부직포가 제조되었다.
실시예 4 : 복합방사
전술한 실시예 1에서, 고유 점도가 0.73이고 융점이 230℃인 23 중량%의 폴리에스터 중합체를 시스로 사용하고, 고유점도가 0.65이고 융점이 260℃인 77 중량%의 폴리에스터를 코어로 사용하여 복합방사하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 스펀본드 부직포를 제조하였고, 동일한 방법으로 평가하였다.
비교예 1 내지 3 : 엠보스 롤 패턴 심도 변경
전술한 실시예 1에서, 상기 열접착 공정에서 엠보스 롤 패턴 심도가 0.35, 0.6 ㎜인 엠보스 롤을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 단위 면적당 평량이 20~30 g/㎡ 인 스펀본드 부직포를 제조하였다.
비교예 4 내지 6 : 단독방사 웹 접착 온도 상승 변경
전술한 실시예 1에서, 상기 엠보스 롤의 온도를 실시예 1의 조건보다 20℃/20℃ 이상 높게 유지시켜 상기 웹을 접착시키는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 단위 면적당 평량이 18 ~ 30 g/㎡ 인 스펀본드 부직포를 제조하였다.
비교예 7: 복합방사시 웹 접착 온도 상승 변경
전술한 실시예 5에서, 상기 엠보스 롤 온도를 실시예 5의 조건보다 30℃/30℃ 이상 높게 유지시켜 상기 웹을 접착시키는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 단위 면적당 평량이 20 g/㎡ 인 스펀본드 부직포를 제조하였다.
위 실시예 및 비교예들에 의해 얻어진 스펀본드 부직포들의 물성은 다음의 방법으로 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
1) 열간 강신도 평가방법
열간 강신도는 상온에서의 인장 강신도 평가법인 JIS L 1906(Cut Strip)법을 응용하여, 180℃으로 세팅된 열챔버(Heatchamber) 내에서 일정시간 거치 후 인스트론(Instron)을 이용하여 측정하였다. 평가한 시료의 크기는 35 ㎜ x 150 ㎜이며, 게이지 길이(Gauge length)는 100 ㎜, 인장 속도는 200 m/min 이었다. 이때, 열간 강신도는 시료를 거치하고 3분의 경과 후에 측정을 시작하였다. MD/CD 방향으로 각각 최소 5회 이상 측정한 후 그 측정값을 평균하여 열간 강신도로 표기하였다. 이렇게 표기된 물성은 열간 강도(kgf/3.5cm), 열간 신율(%), 및 열간 모듈러스(kgf/cm2) 이였다.
2) 평량 측정 : JIS L 1906에 의해, 평량을 측정하였다.
구분 열간강도(
Kgf/3.5cm)		 열간신율(%) 열간모듈러스(kgf/㎠) 열접착온도(상/하,℃) 평량
(g/㎡)		 Emboss심도(㎜) 비고
실시예1 3.2/1.2 44/44 155/56 215/215 16 0.07
실시예2 3.1/1.1 47/45 138/51 215/215 18 0.07
실시예3 3.8/1.7 49/47 184/94 215/215 20 0.07
실시예4 4.1/1.9 52/54 164/73 160/160 20 0.07
비교예1 2.9/0.9 21/34 397/68 260/260 20 0.6 Emboss 부위 터짐
비교예2 3.2/3.3 34/34 194/205 255/242 20 0.3 Emboss 부위 터짐
비교예3 2.8/1.3 27/30 237/101 257/250 30 0.3 Emboss 부위 터짐
비교예4 3.5/1.1 46/35 272/314 242/238 18 0.07
비교예5 5.3/2.0 35/36 383/352 242/238 20 0.07
비교예6 5.2/2.4 32/34 412/175 253/245 30 0.07
비교예7 3.3/2.1 44/50 222/83 185/185 20 0.07

Claims (6)

  1. 평량이 14 g/㎡ 내지 20 g/㎡ 이며, 열간 강신도 평가 방법을 활용하여 물성 측정시, 열간 신율이 MD/CD 각각 40%이상이며, 열간 모듈러스 값이 MD/CD 각각 200 kgf/cm2 / 100 kgf/cm2이하인 열간 성형성이 우수한 내장재용 부직포.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부직포는, 시스-코어(sheath-core)형 복합섬유를 포함하되, 상기 복합섬유 중 시스(sheath)는 240℃ 이하의 융점을 갖는 폴리에스터계 고분자를 포함하고 상기 복합섬유 중 코어(core)는 250℃ 이상의 융점을 가지는 폴리에스터계 고분자로 이루어진 것을 특징으로 하는 내장재용 부직포.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부직포는 열접착에 의해 적층된 필라멘트로 이루어진 스펀본드 형태의 부직포인 것을 특징으로 하는 내장재용 부직포.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 필라멘트는 2 내지 5 데니어의 섬도를 갖는 것을 특징으로 하는 내장재용 부직포.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 열접착 온도를 20 ℃ 이상 낮출 경우 상기 열접착 온도를 낮추지 않을 경우 대비 열간 모듈러스 값이 MD/CD 각각 100 kgf/cm2 이상 감소하고 열간 신율이 MD/CD 각각 10 % 이상 증가하는 것을 특징으로 하는 내장재용 부직포.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 부직포는 0.1 ㎜ 이하의 엠보스(Emboss) 심도를 가지며, 상기 열간 강신도 평가 및 열성형 공정시 상기 엠보스 부위의 터짐 현상이 나타나지 않는 내장재용 부직포.
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