KR20150083330A - 천연섬유 직조물 다층 구조물 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차 내장용 기재 구조물 및 건축내장재에 사용되는 다층 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 1종 이상의 천연섬유 또는 천연섬유와 합성섬유로 구성된 직조물 형태의 보강층과 그 양면에 연속적으로 적층되는 열경화성 수지층 및 열가소성 수지 발포층을 포함하는 것을 특징으로 하며, 강도 보강, 칫수안정성 및 수분침투 방지 성능이 우수한 장점이 있다.

Description

천연섬유 직조물 다층 구조물 및 그 제조방법{Natural fiber fabric multilayer structure and method for manufacturing the same}
본 발명은 자동차 내장재용 기재 구조물 및 건축내장재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 1종 이상의 천연섬유로 구성된 직조물 형태의 보강층에 열경화성 수지층을 상하면에 연속적으로 적층한 후, 그 일면에 열가소성 수지 발포층을 적층하여, 강도 보강, 칫수안정성 및 수분침투 방지 성능을 향상시킨 경량성 자동차 내장재용 천연섬유 직조물 다층 구조물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
자동차 내장재용 구조물은 고객의 안정성, 편의성, 기능성을 만족시키기 위한 재료들로 이루어져 있으며, 그에 따라 다양한 소재와 구조가 개발되어 적용되고 있다. 또한, 근래에는 산업이 발전하고 고객의 생활수준이 향상됨에 따라 친환경 및 경량화 소재를 이용한 자동차 내장재가 요구되어지고 있으며, 이에 따라 천연섬유 강화보드 등이 개발 및 적용이 되고 있다.
일반적으로 자동차 내장재용 구조물은 심재층, 보강층, 표피층으로 구성되며, 현재 대표적으로 사용중인 다층 구조물로는 잡사펠트, 레진펠트, 천연섬유 강화 보드, 글라스 파이버(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 중이다.
그런데, 천연섬유 시트/폴리프로필렌 폼의 강도를 결정하는 요소 중, 가장 중요한 것은 보강층으로 사용되는 천연섬유 시트의 강도이다. 이에, 천연섬유와 합성섬유를 니들펀칭하여 결속한 후, 파우더 도포를 통한 강도 보강 효과를 부여하여 사용하고 있다.
그러나, 보강층과 관련하여, 상기의 방법으로 제조하는 경우에는 정밀한 기술력이 필요하며, 고 강성을 요구하는 제품에는 적합하지 않고, 천연섬유 고유의 수분흡수 성능을 방지하기에 충분하지 않은 문제점이 있다.
이에, 본 출원인은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 1종 이상의 천연섬유를 이용해서 위사(Weft)와 경사(Warp)로 이루어진 직조물 형태의 보강층에 열경화성 수지를 상/하면에 스프레이를 통해 적층한 후, 열가소성 수지 발포층을 적층하여 굴곡특성이 우수한 자동차 내장재 및 그 제조방법을 제공하는 방안을 강구하게 되었다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 천연섬유 직조물 보강층으로 구성하는 단계, 상기 보강층의 강도 향상, 접착력, 수분 흡수 억제 하기 위해 열경화성 수지를 상/하면에 적층하는 단계, 열가소성 수지 발포층과 동시 압착하는 단계인 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 천연섬유 직조물 보강층은, 1종 이상의 천연섬유로 위사(Weft)와 경사(Warp)로 이루어진 직조물로 구성되고, 상/하면에 열경화성 수지를 스프레이 적층하여 강도 보강, 칫수안정성, 수분침투 방지 성능 증대시킨 것을 목적으로 한다.
상기 천연섬유 직조물 보강층의 천연섬유는 케나프(양마), 황마, 사이잘, 아마, 대나무 등을 포함하는 것을 특징으로 하며, 이 중 1종 혹은 2종 이상의 천연섬유를 포함한다.
이 때, 상기 천연섬유는 굵기가 40㎛ 내지 120㎛ 인 것을 사용하여, 2종 이상의 천연섬유가 혼합되는 경우에는, 천연섬유의 강도, 길이 및 굵기를 비교하여 서로 다른 종류를 사용하여 고밀도의 직조물을 형성하도록 한다.
또한, 위사와 경사로 방직되는 직조과정을 이용하여 직조물 형태의 보강층이 형성되며, 이때 신율 및 형태 안정성을 위해 합성섬유를 이용하여 방적되어 직조물을 형성할 수도 있다. 합성섬유는 열가소성 수지(예를 들어, 폴리프로필렌) 발포체와의 효과적인 접착을 위해서 폴리올레핀계나 폴리에스터계가 적용될 수 있다.
한편, 상기 직조로 형성된 직조물 보강층은 천연섬유 고유의 특징인 수분 흡수에 의해 강도가 저하되며, 이로 인해 적층된 친환경 다층구조물의 처짐 현상이 발생된다. 따라서, 강도 향상, 접착 및 수분흡수를 억제 하기 위해서 추가적으로 보강층이 필요하며, 이에 본 발명에서는 열경화성 수지 보강층을 직조물 상/하면에 연속적으로 적층하는 것을 포함하여 이를 해결하였다. 상기 열경화성 수지는 우레탄, 에폭시, 페놀, 아미노 수지 등이 사용될 수 있다.
한편, 상기의 열경화성 수지 보강층은 스프레이 공정을 통해 직조물 보강층 양면에 연속적으로 적층되는데, 이송된 직조물 보강층의 일면에 열경화성 수지를 스프레이하고, 제조공정상의 컨베어 벨트 회전을 통해 또 다른 일면에 스프레이를 한다.
이때, 상면에 적층되는 열경화성 수지는 천연섬유 직조물 보강층 중량대비 40% 내지 60%의 중량을 스프레이하며, 하면에는 20% 내지 40% 의 중량으로 열경화성 수지 혹은 이소시아네이트 단독으로 스프레이 하는 것이 바람직하다. 이로서, 3단계에서 적층되는 열가소성 수지 발포층과의 접착시에 접착제로의 기능을 할 수 있도록 한다.
상기 본 발명에 따르면 천연섬유 직조물 다층 구조물은, 이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 천연섬유 직조물 보강층으로 구성하는 단계, 상기 보강층의 강도 향상, 접착력, 수분 흡수 억제 하기 위해 열경화성 수지를 상/하면에 적층하는 단계, 열가소성 수지 발포층과 동시 압착하는 단계인 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 3단계에 적층되는 열가소성 수지 발포층은, 실란을 이용한 수가교 발포시트를 적용하거나, 압출기에서 직접 압출발포한 시트를 적용할 수 있고, 폴리올레핀계 수지, 예를 들어, 폴리프로필렌 발포 수지를 예로 들 수 있다.
이러한 상기 열가소성 수지 발포층의 발포배율은 3배 내지 40배인 것을 특징으로 하며, 1mm 내지 15mm의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하며, 1겹 또는 2겹으로 라미네이션하여 형성하는 것이 가능하다. 또한, 상기 발포층은 직조물 보강층에 적층된 열경화성 수지 보강층과의 3층(열경화성 수지 보강층, 직조물층 및 발포층) 동시 압착성형을 통해 성형되며, 이 때, 간접예열 방식을 통해 발포층을 예열(pre-heating)한 후, 보강층과 동시 압착하여 제조된다.
본 발명은 상술한 바와 같이, 천연섬유 직조물 보강층을 형성하고, 이의 강도 보강, 칫수안정성, 수분침투 방지 성능을 향상시키기 위해 열경화성 수지 보강층을 상/하면에 적층한 후, 열가소성 수지 발포층을 포함하는 천연섬유 직조물 다층 구조물을 제조함으로써, 친환경이면서, 내수분성 및 강도가 우수한 자동차 내장 기재를 성형할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 천연섬유 직조물 다층 구조물의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 천연섬유 직조물 다층 구조물의 형성 방법의 순서도이다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 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 천연섬유 직조물 보강층을 사용하였고, 양면에 열경화성 수지 보강층을 적층한 후, 열가소성 수지 발포층을 적층하여 동시 압착성형을 통해 다층 구조물을 제조하였다. 이 때, 상기 천연섬유 직조물 보강층의 상면에 천연섬유 직조물 보강층 중량대비 40% 내지 60%의 우레탄 수지를 스프레이 하였으며, 하면에는 천연섬유 직조물 보강층 중량대비 20% 내지 40%의 우레탄 수지를 스프레이하였다.
다음으로, 열가소성 수지 발포층을 하면에 적층 후, 동시 가열 압착 금형을 통해 성형 및 경화하였으며, 제품의 강도와 경량성을 확인하기 위하여 비중 및 굴곡강도를 측정하였다.
샘플 구분 비교예1 실시예1 실시예2 실시예3
중량
(g/m2)		 1400 1400 1200 1000
중량절감율
(%)		 - 3 17 31
굴곡강도
(kgf/cm2)		 265 410 375 330
굴곡탄성율
(kgf/cm2)		 15000 25000 21200 19200


구성		 천연섬유
(700g/m2)
화학섬유
(700g/m2) 		직조물(600g/m2)
우레탄(500g/m2)
발포층(300g/m2)		 직조물(500g/m2)
우레탄(400g/m2)
발포층(300g/m2)		 직조물(400g/m2)
우레탄(400g/m2)
발포층(200g/m2)
비교예 1은 일반적으로 사용되는 부직포 펠트층을 사용하는 천연섬유 강화보드 소재 구조물이며, 실시예 1~3은 각기 열경화성 수지 적층 함량과 열가소성 수지 발포층의 함량을 조절하여 제조하였다.
상기한 비교예와 실시예 1~3 테스트 결과, 본 발명에 의한 천연섬유 직조물 다층 구조물은 비교예1인 기존 소재 대비 20~30% 이상의 중량 절감율을 보이며 동등 수준 이상의 우수한 강성을 보이는 것을 알 수 있었다.
본 발명에 의한 천연섬유 직조물 다층 구조물은 고강성이 요구되는 자동차 내장재, 건축 내장재 및 각종 포장재로서 활용이 가능하다.

Claims (13)

1종 이상의 천연섬유를 포함하는 천연섬유 직조물 보강층,
상기 천연섬유 직조물 보강층 양면에 상기 천연섬유 직조물 중량 대비 20% 내지 60%로 적층된 열경화성 수지 보강층 및
상기 열경화성 수지 보강층에 적층된 열가소성 수지 발포층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 천연섬유 직조물 다층 구조물.
청구항 1에 있어서,
상기 천연섬유 직조물 보강층, 상기 열경화성 수지 보강층 및 상기 열가소성 수지 발포층이 적층된 후, 열간 압착된 것을 특징으로 하는, 천연섬유 직조물 다층 구조물.
청구항 1에 있어서,
상기 천연섬유 직조물 보강층은 위사(Weft)와 경사(Warp)로 이루어지며, 0.5mm 내지 2mm의 두께인 것을 특징으로 하는 천연섬유 직조물 다층 구조물.
청구항 1에 있어서,
상기 천연섬유는 황마, 양마(kenaf), 사이잘마, 아마 또는 대나무 중에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 천연섬유 직조물 다층 구조물.
청구항 1에 있어서,
상기 천연섬유 직조물 보강층은 저융점 폴리에스터, PET, 폴리프로필렌, 생분해성 수지 섬유 중에서 1종 이상 선택되는 합성섬유를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 천연섬유 직조물 다층 구조물.
청구항 1에 있어서,
상기 열경화성 수지 보강층은 상기 천연섬유 직조물 보강층 상하면에 상기 직조물 보강층 중량 대비 20% 내지 60%의 양으로 스프레이 적층된 것을 특징으로 하는, 천연섬유 직조물 다층 구조물.
청구항 1에 있어서, 상기 열경화성 수지 보강층은 우레탄 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지 또는 아미노 수지 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 천연섬유 직조물 다층 구조물.
청구항 6에 있어서, 상기 열경화성 수지는, 상기 천연섬유 직조물 보강층 중량 대비, 상기 천연섬유 직조물 보강층의 상면에는 40% 내지 60% 양으로 스프레이되고, 하면에는 20% 내지 40% 양으로 스프레이된 것을 특징으로 하는, 천연섬유 직조물 다층 구조물.
청구항 1에 있어서, 상기 열가소성 수지 발포층에 사용되는 열가소성 수지의 발포배율은 3배 내지 40배이고, 1mm 내지 15mm의 두께인 것을 특징으로 하는, 천연섬유 직조물 다층 구조물.
1종 이상의 천연섬유를 포함하는 천연섬유 직조물 보강층을 형성하는 단계, 그 양면에 상기 천연섬유 직조물 보강층 중량 대비 각각 20% 내지 60%로 열경화성 수지 보강층을 적층하는 단계 및 상기 열경화성 수지 보강층에 열가소성 수지 발포층을 적층하는 단계를 포함하고,
상기 열경화성 수지 보강층을 적층하는 단계에 있어서, 상기 열경화성 수지 보강층은 스프레이 공정을 통해 상기 천연섬유 직조물 보강층 양면에 연속적으로 이송하여 적층하고, 이송된 상기 천연섬유 직조물 보강층의 상면에 열경화성 수지를 상기 천연섬유 직조물 보강층 중량대비 40% 내지 60% 양으로 스프레이하고, 제조공정상의 컨베어 벨트 회전을 통해 하면에 상기 천연섬유 직조물 보강층 중량대비 20% 내지 40% 양으로 스프레이를 하는 것을 특징으로 하는 천연섬유 직조물 다층 구조물의 제조 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 천연섬유 직조물 보강층, 열경화성 수지 보강층 및 열가소성 수지 발포층을 열을 이용하여 동시 열간압착 성형하는 것을 특징으로 하는 천연섬유 직조물 다층 구조물의 제조 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 열가소성 수지 발포층은 상기 천연섬유 직조물층에 적층된 열경화성 수지 보강층과의 동시 압착성형을 통해 성형되며, 이 때, 간접예열 방식을 통해 상기 열가소성 수지 발포층을 예열(pre-heating)한 후, 상기 열경화성 수지 보강층과 동시 압착하여 제조하는 것을 특징으로 하는, 천연섬유 직조물 다층 구조물의 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열가소성 수지 발포층은 직조물층에 적층된 열경화성 수지 보강층과의 동시 압착성형을 통해 성형되며, 이 때, 간접예열 방식을 통해 상기 열가소성 수지 발포층을 예열(pre-heating)한 후, 상기 열경화성 수지 보강층과 동시 압착하여 제조된 것을 특징으로 하는, 천연섬유 직조물 다층 구조물.
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