KR20140094113A - 경량성 다층 구조물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

2종 이상의 천연섬유 또는 합성섬유로 구성되는 펠트층에 강성이 좋고 굴곡 특성이 우수한 열경화성 수지를 스프레인 공정을 통해 보강층으로 적층함으로써, 강성 향상 효과와, 친환경적 효과를 얻을 수 있고, 수분 흡수 방지 성능이 향상될 수 있으며, 제조 공정이 단수화될 수 있는 경량성 다층 구조물 및 그 제조방법이 소개된다. 이러한 경량성 다층 구조물 제조방법은 2종 이상의 천연섬유 혹은 합성섬유로 구성된 펠트층(100)을 형성하는 단계와, 상기 펠트층(100)의 양면에 열경화성 수지를 통해 0.1~1mm두께로 각각 적층하여 보강층(200)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

경량성 다층 구조물 및 그 제조방법{LIGHTWEIGHT MULTI-LAYER AND METHOD FOR MAKING THE SAME}

본 발명은 경량성 다층 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 천연섬유를 포함하고, 다른 종류의 천연섬유 혹은 합성섬유를 더 포함하여 구성된 펠트층을 포함하고, 그 양면에 연속적으로 적층되는 열경화성 수지의 보강층을 더 포함하는 경량성 다층 구조물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

자동차 내장재용 구조물은 고객의 안정성, 편의성, 기능성을 만족시키기 위한 재료들로 이루어져 있으며, 그에 따라 다양한 소재와 구조가 개발되어 적용이 되고 있다. 종래의 소재와 구조물은 자동차 본연의 기능성에 초점이 맞추어져 있었다.

하지만 산업이 발전하고 고객의 생활수준이 향상됨에 따라 지구의 환경 오염과 온실가스 발생 등 환경적인 부분에 대해서도 많은 관심이 주목되면서 자동차의 내장재용 구조물의 경우에도 위와 같은 환경적인 부분을 고려한 재료를 사용해야 한다는 요구가 있어 왔으며, 이러한 요구에 부응하기 위해 친환경적이며 경량인 소재 예컨대 천연섬유나 바이오플라스틱, 경량화 소재 등을 활용할 수 있는 다양한 연구, 개발들이 행해지고 있다.

한편, 일반적으로 자동차 내장재용 구조물은 심재층, 보강층, 표피층으로 구성되며, 현재 대표적으로 사용중인 다층 구조물로는 잡사펠트, 레진펠트, 천연섬유 강화 보드, Glass Fiber/폴리우레탄 폼, 천연섬유 시트/폴리프로필렌 폼 등이 있다. 이 중 천연섬유 시트/폴리프로필렌 폼 등의 다층 구조물이 고객의 요구인 친환경, 경량화 소재로 각광을 받고 있으며 현재 양산 확대 적용 중에 있다.

그런데 천연섬유 시트/ 폴리프로필렌 폼의 강도를 결정하는 요소 중 가장 중요한 요소는 보강층으로 사용되는 천연섬유 시트의 강도이다. 따라서 천연섬유와 합성섬유를 니들펀칭하여 결속한 후, 파우더 도포를 통한 강도 보강 효과를 부여하여 사용하고 있다.

그러나 보강층과 관련하여, 상기의 방법으로 제조하는 경우에는 정밀한 기술력이 필요하며, 천연섬유가 가지는 고유의 수분흡수 성능을 방지하기에는 충분하지 못한 문제점이 있다.

또한, 심재층과 보강층의 효과적인 적층을 위해서는 니들펀칭 혹은 열에 의한 라미네이션 공법을 사용해야 하는데, 보강층에 접착성 수지를 코팅하여 사용하거나 후공정을 통한 라미네이션을 하는 등의 제조 공법이 필요하다. 결국, 제조공정이 복잡하고 단가가 상승하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 2종 이상의 천연섬유 혹은 2종 이상의 천연섬유와 합성섬유로 구성되는 펠트층에 강성이 좋고 굴곡 특성이 우수한 열경화성 수지를 스프레인 공정을 통해 보강층으로 적층함으로써, 강성 향상 효과와, 친환경적 효과를 얻을 수 있고, 수분 흡수 방지 성능이 향상될 수 있으며, 제조 공정이 단수화될 수 있는 경량성 다층 구조물 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 경량성 다층 구조물 제조 방법은, 종 이상의 천연섬유 혹은 2종 이상의 천연섬유와 합성섬유로 구성된 펠트층을 형성하는 단계와, 상기 펠트층의 양면에 열경화성 수지를 통해 0.1~1mm두께로 각각 적층하여 보강층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 보강층 중 어느 한 보강층에 추가 펠트층과 추가 보강층을 더 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 펠트층을 니들펀칭에 의해 0.1mm 내지 5mm 두께를 가지는 시트 형태로 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 펠트층을 열롤라에 의해 가압하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 보강층을 형성하는 단계는 상기 펠트층의 일면에 스프레이 공정에 의해 열경화성 수지를 도포하고, 제조공정상에서 컨베이어 벨트의 회전을 통해 상기 펠트층의 다른 일면에 대해서도 열경화성 수지를 추가적으로 도포하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 보강층을 50~200℃의 금형에서 경화시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 경량성 다층 구조물은, 종 이상의 천연섬유 혹은 2종 이상의 천연섬유와 합성섬유로 구성된 펠트층과, 상기 펠트층의 양면에 열경화성 수지를 통해 0.1~1mm두께로 각각 적층하여 형성되는 보강층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 보강층 중 어느 한 보강층에 추가 펠트층과 추가 보강층이 더 형성되는 것이 바람직하다.

상기 천연섬유는 황마, 양마(kenaf), 사이잘마, 아마, 대나무 중에서 선택된 하나 또는 그 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 합성섬유는 저융점 폴리에스터, PET(Polyethylene Terephthalate), 폴리프로필렌, 생분해성 수지 섬유 중에서 선택된 하나 또는 그 이상을 혼합한 것이 바람직하다.

상기 보강층에 적용되는 열경화성 수지는 우레탄, 에폭시, 페놀, 아미노 수지 중에서 선택된 하나 또는 그 이상을 혼합한 것이 바람직하다.

상기 보강층은 스프레인 공정에 의해 상기 펠트층에 적층되고, 50~200℃의 금형에서 경화되어 이루어진 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 경량성 다층 구조물 및 그 제조방법에 따르면, 2종 이상의 천연섬유 혹은 2종 이상의 천연섬유와 합성섬유로 구성되는 펠트층에 강성이 좋고 굴곡 특성이 우수한 열경화성 수지를 스프레인 공정을 통해 보강층으로 적층함으로써, 강성 향상 효과와, 친환경적 효과를 얻을 수 있게 되고, 수분 흡수 방지 성능이 향상될 수 있게 되며, 제조 공정이 단순화될 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경량성 다층 구조물의 구조를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 경량성 다층 구조물의 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 경량성 다층 구조물 제조 방법의 순서도.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경량성 다층 구조물의 구조를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 경량성 다층 구조물의 구조를 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 경량성 다층 구조물 제조 방법의 순서도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 경량성 다층 구조물은 자동차 내장재를 주용도로 하며, 도 1에 도시된 것처럼, 2종 이상의 천연섬유 혹은 합성섬유로 구성된 펠트층(100)과 양면에 연속적으로 적층되는 보강층(200)을 포함하여 구성되고, 다른 실시예로서는 도 2에 도시된 것처럼, 보강층(200) 중 어느 한 보강층(200)에 추가 펠트층(110)과 추가 보강층(210)이 더 형성된 구조로 이루어진다.

이하, 상기 도 1과 도 2를 참조하되, 도 3을 더불어 참조하여 설명한다. 상기 펠트층(100)은 2종 이상의 천연섬유를 혼합하여 사용하거나, 천연섬유와 합성섬유를 8:2 비율로 혼합하여 형성되고(S100), 니들펀칭 과정(S200)을 통해 시트 형태로 형성되며, 열롤라에 의해 가압되어 형성(S300)된다.

상기 천연섬유로는 케나프(양마), 황마, 사이잘, 아마, 대나무 등이 사용되며, 굵기가 40 내지 120㎛, 길이는 40 내지 120mm인 것을 사용한다. 또한, 2종 이상의 천연섬유가 혼합되는 경우에는, 천연섬유의 강도, 길이 및 굵기를 비교하여 서로 다른 종류를 사용하여 고밀도의 펠트층을 형성하도록 한다.

또한, 상기 합성섬유는 저융점 폴리에스터, PET, 폴리프로필렌, 생분해성 수지 섬유 중에서 선택된 하나 혹은 2종 이상의 성분을 혼합하여 사용하여, 내구성과 내수성 및 내부식성 및 뛰어난 강도를 갖도록 한다.

또한, 상기의 펠트층(100)은 가벼우면서도 고강성을 가지기 위해서, 0.1mm 내지 5mm 두께를 가지는 시트로 성형하여 제조하는 것을 특징으로 한다. 더욱 바람직하게는, 0.5mm 내지 2mm 두께로 형성하여 밀도를 향상시켜 경량성 다층구조물의 강성 및 굴곡특성을 더욱 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 펠트층(100)의 양면에는 연속적으로 보강층(200)이 형성된다. 상기 보강층(200)은 상기 펠트층(100)의 수분 흡수에 의한 강도 저하 및 처짐 현상에 대한 문제점을 개선하기 위하여 필요하며, 이에 본 발명에서는 펠트층(100)의 양면에 열경화성 수지를 스프레이 하여 적층함으로써, 보강층(200)을 형성하는 것을 특징으로 한다. 상기 열경화성 수지는 우레탄, 에폭시, 페놀, 아미노 수지 중에서 선택된 하나 또는 그 이상을 혼합한 것이 사용될 수 있다.

상기 보강층(200)의 형성 과정에서, 강도를 향상시키기 위해서 펠트층(100) 위에 적층되는 열경화성 수지는 스프레이시 균일한 적층면이 형성되어야 한다. 이를 위해서는 스프레이 싸이클 타임을 20초 이내로 설정하고 발포기의 도포 범위에 대한 산포를 조절하여 열경화성 수지를 0.1~1mm 두께로 적층하는 것이 바람직하며, 이를 통해 열경화성 수지의 선경화를 방지할 수 있고, 강도가 우수한 보강층(200)을 얻을 수 있다.

한편, 상기 열경화성 수지 보강층(200)은 스프레이 공정을 통해 펠트층(100)의 양면에 연속적으로 적층되는데, 이송된 펠트층(100)의 일면에 열경화성 수지를 스프레이 공정에 의해 도포(S410)하고, 제조공정상에서 컨베어 벨트를 회전시키고(S510), 이를 통해 상기 펠트층(100)의 다른 일면에 열경화성 수지를 스프레이 공정에 의해 도포(S610)하는 것을 특징으로 한다. 이러한 제조 방법은 펠트층(100) 1장에 보강층(200)을 양면 스프레이 적층하여 도 1에 도시된 것처럼, 3층 구조로 형성한 제조 방법에 해당한다.

또한, 본 발명에 다른 실시예에 따른 경량성 다층 구조물의 경우, 도 2에 도시된 것처럼, 5층 구조로 형성되는 경우이며, 이 경우 이송된 펠트층(100)의 일면에 열경화성 수지를 스프레이 공정에 의해 도포(S430)하고, 이렇게 도포되어 형성된 보강층(200)의 위에 추가 펠트층(110)을 형성(S530)하고, 연속적으로 추가 보강층(210)을 더 형성(S630)하며, 이후, 제조공정상에서 컨베어 벨트를 회전시키고(S730), 이를 통해 상기 펠트층(100)의 다른 일면에 열경화성 수지를 스프레이 공정에 의해 도포(S830)하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 추가 펠트층(110)은 구성상 앞서 설명한 펠트층(100)과 동일하며, 상기 추가 보강층(210) 또한 구성상 앞서 설명한 보강층(200)과 동일한 구성이다.

상기 3층 구조나 5층 구조 중 어느 구조로 형성하더라도 상기 보강층(200)은 50~200℃의 금형에서 경화시키는 단계를 거치는 것이 바람직하며, 이러한 보강층(200)에 대한 경화를 통해 본 발명에 따른 경량성 다층 구조물의 강성이 보다 향상될 수 있고, 수분 흡수 방지 성능도 향상될 수 있게 된다.

한편, 상기와 같은 제조 방법상의 단계 이후에, 상기 보강층(200) 또는 추가 보강층(210)의 외측면에 폴리올레핀계 혹은 폴리에스터계로 형성되는 부직포 형태의 표피층(300)을 적층시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 보강층(200) 또는 추가 보강층(210)은 열경화성 수지로 이루어지기 때문에 상기 표피층(300)을 그 표면에 적층시킴에 있어서, 용제형 접착제나 핫멜트형 접착제를 사용하지 않고 열에 의해 용융접착 방식으로 접착하여 적층시킬 수 있게 되어 작업이 간소해질 뿐만 아니라, 종래 접착제를 사용함으로써 발생한 악취문제를 해결할 수 있다.

한편, 상기 펠트층(100), 보강층(200) 및 표피층(300)을 적층 시키기 위한 방법을 설명하면 다음과 같다. 일 실시예로 300mm 내지 1000mm의 너비를 가지되, 0.5mm 내지 2mm의 두께로 형성한 펠트층(100)의 양면에 열경화성 수지를 0.1~1mm 두께로 도포하여 보강층(200)을 형성하고, 표피층(300)을 순차적으로 적층한 후, 금형을 이용하여 가공함으로써 경량성 다층 구조물을 제작할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 통해 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 이는 본 발명의 일반적인 예시로 제시된 것이며, 본 발명의 권리 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

<실시예>

본 실시예에서는 0.5mm 내지 1mm 두께의 펠트층(100)을 사용하였고, 양면에 열경화성 수지로 보강층(200)을 적층하여 경량성 다층 구조물을 제조하였다. 상기 펠트층(100)은 양면에 에폭시 수지를 0.1~1mm 두께로 코팅 후, 가열 압착 금형을 통해 성형 및 경화하였으며, 제품의 강도와 경량성을 확인하기 위하여 비중 및 굴곡강도를 측정하였다.

Sample code	비교예1	실시예1	실시예2	실시예3
중량(g/m2)	2475	1640	1628	1683
(중량 절감율, %)	-	34	34	32
굴곡강도(kgf/cm2)	347	360	418	518
굴곡탄성율(kgf/cm2)	17959	29902	38965	37020
비 고	단품에 적용되는 플라스틱 소재	펠트층 + 보강층 양면 0.5mm	펠트층 + 보강층 양면 1mm	펠트층 + 보강층 0.5mm + 펠트층 + 보강층 양면 0.5mm

상기 [표 1]을 참조하면, 제조된 경량성 다층 구조물은 실시예1 내지 실시예3으로 하여 3가지로 구분하였다. 비교예 1은 일반적으로 사용되는 플라스틱 소재 구조물이며, 실시예 1과 실시예 2는 펠트층(100) 양면에 열경화성 수지 보강층(200)을 각각 0.5mm , 1mm 로 스프레이 적층한 경량성 다층 구조물이다. 실시예3은 펠트층(100) 일면에 보강층(200)을 0.5mm 적층 하고, 그 상면에 추가 펠트층(110)을 다시 적층 한 후, 양면에 보강층(200)과 추가 보강층(210)을 스프레이 적층하여, 펠트층 2층과 보강층 3층으로 구성된 5층 경량성 다층 구조물이다. 본 비교예 1과 실시예 1~3 테스트 결과, 본 발명에 의한 경량성 다층 구조물은 [표 1]에 나타난 것처럼, 비교예1인 기존 소재 대비 30% 이상의 중량 절감율을 보이며 동등 수준 이상의 우수한 강성을 보인다.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 경량성 다층 구조물 및 그 제조방법에 따르면, 2종 이상의 천연섬유 혹은 2종 이상의 천연섬유와 합성섬유로 구성되는 펠트층에 강성이 좋고 굴곡 특성이 우수한 열경화성 수지를 스프레인 공정을 통해 보강층으로 적층함으로써, 강성 향상 효과와, 친환경적 효과를 얻을 수 있게 되고, 수분 흡수 방지 성능이 향상될 수 있게 되며, 제조 공정이 단순화될 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음이 이해될 필요가 있다.

100 : 펠트층 200 : 보강층
110 : 추가 펠트층 210 : 추가 보강층
300 : 표피층

Claims (12)

1. 2종 이상의 천연섬유 혹은 2종 이상의 천연섬유와 합성섬유로 구성된 펠트층(100)을 형성하는 단계;
   상기 펠트층(100)의 양면에 열경화성 수지를 통해 0.1~1mm두께로 각각 적층하여 보강층(200)을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량성 다층 구조물 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 보강층(200) 중 어느 한 보강층(200)에 추가 펠트층(110)과 추가 보강층(210)을 더 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량성 다층 구조물 제조 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 펠트층(100)을 니들펀칭에 의해 0.1mm 내지 5mm 두께를 가지는 시트 형태로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량성 다층 구조물 제조 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 펠트층(100)을 열롤라에 의해 가압하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량성 다층 구조물 제조 방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 보강층(200)을 형성하는 단계는 상기 펠트층(100)의 일면에 스프레이 공정에 의해 열경화성 수지를 도포하고, 제조공정상에서 컨베이어 벨트의 회전을 통해 상기 펠트층(100)의 다른 일면에 대해서도 열경화성 수지를 추가적으로 도포하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 경량성 구조물 제조 방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 보강층(200)을 50~200℃의 금형에서 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량성 다층 구조물 제조 방법.
7. 종 이상의 천연섬유 혹은 2종 이상의 천연섬유와 합성섬유로 구성된 펠트층(100);
   상기 펠트층(100)의 양면에 열경화성 수지를 통해 0.1~1mm두께로 각각 적층하여 형성되는 보강층(200);을 포함하는 것을 특징으로 하는 경량성 다층 구조물.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 보강층(200) 중 어느 한 보강층(200)에 추가 펠트층(110)과 추가 보강층(210)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 경량성 다층 구조물.
9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
   상기 천연섬유는 황마, 양마(kenaf), 사이잘마, 아마, 대나무 중에서 선택된 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 경량성 다층 구조물.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 합성섬유는 저융점 폴리에스터, PET(Polyethylene Terephthalate), 폴리프로필렌, 생분해성 수지 섬유 중에서 선택된 하나 또는 그 이상을 혼합한 것을 특징으로 하는 경량성 다층 구조물.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 보강층(200)에 적용되는 열경화성 수지는 우레탄, 에폭시, 페놀, 아미노 수지 중에서 선택된 하나 또는 그 이상을 혼합한 것을 특징으로 하는 경량성 다층 구조물.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 보강층(200)은 스프레인 공정에 의해 상기 펠트층(100)에 적층되고, 50~200℃의 금형에서 경화되어 이루어진 것을 특징으로 하는 경량성 다층 구조물.

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