KR910002512B1 - 목질 섬유 매트 - Google Patents

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짓소 가부시끼가이샤
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Abstract

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Description

목질 섬유 매트
본 발명은 주로 목질 섬유(woody fiber)로 이루어진 성형 매트에 관한 것이다.
주원료로서 목질 섬유를 사용하는 종래의 성형 매트는 장섬유(long fiber) 및 열가소성 수지 또는 열경화성 수지 접착제를 목질 섬유와 혼합시킴으로써 수득한 제품[참조 : 일본국 특허공개공보 제(소) 51-43478/1976호], 및 저융점의 열가소성 섬유 및 열경화성 수지를 목질 섬유 및 장섬유와 혼합시킨 다음, 생성된 혼합물을 열경화성 수지의 경화온도보다 낮은 온도에서 열처리하여 ,열가소성 수지 섬유의 용용-접착에 의해 생성물의 조직을 안정화시킴으로써 수득한 제품[참조 : 일본국 특허공개공보 제(소) 59-120440/1984호]을 포함한다. 전자의 공정에 따르면, 매트의 조직은 섬유의 교착(entaglement)에 의해서만 유지되기 때문에, 생성물은 강도가 낮으며, 따라서 성형시의 운송단계(carrying step) 또는 금형에서 고착단계(fitting step)중에서 파손되거나, 성형품중에서 인열(tear)을 유발시키는 결점이 있다. 후자의 공정에 따르면, 매트의 강도가 비록 특정 한도까지는 증진될지라도, 필라멘트간의 접착력은 액적상으로 용융된 열가소성 섬유에 의존하기 때문에, 열가소성 섬유 자체의 강도를 이용하는 것은 불가능하므로, 접착점의 분포가 분산되어 있으며 : 생성된 매트는 여전히 성형시, 특히 심교성형(deep drawing molding)시에 인열 형상을 야기시킬 수 있다는 결점이 있다.
본 발명가들은 상기한 통상적인 목질 섬유 매트의 결점을 극복하기 위해 폭넓은 연구를 수행하여 왔다.
본 발명은 주로 목질 섬유, 장섬유, 열가소성 섬유 및 열경화성 수지로 이루어진, 가열 및 가압하에 특정한 형태의 제품으로 성형시킬 수 있는 목질 섬유 매트에 있어서, 상기 열가소성 섬유가 융점이 상이한 다수의 성분으로 이루어진 복합 섬유이고 : 목질 섬유 매트를 구성하는 섬유들이 서로 교착되고, 복합 섬유의 저융점 성분에 의해 용융접착 및 결합되며 : 상기 열경화성 수지가 미경화 상태로 존재함을 특지응로 하는 목질 섬유 매트에 관한 것이다.
본 발명에 사용되는 목질 섬유는 목질 칩(chips), 펄프, 페지를 펄핑(pulping)시킴으로써 수득한 재생 펄프등을 증자(cooking) 및 펄핑시킴으로써 수득한 목질 섬유를 의미하며 , 이것이 목질 섬유 매트의 주성분을 구성한다. 장섬유는 식물성 섬유(예 : 면, 대 마 등), 동물성 섬유(예 : 양모) 및 합성 섬유(예 : 나일론, 폴리에스테르 등)등을 의미하며, 상기의 후자와 같은 방법으로 매트를 제조하기 위해 열처리 및 성형시키는 동안에 열에 의해 질이 저하되지 않는 섬유를 적합하게 선택한 다음, 섬유 길이가 10 내지 50mm가 되도록 섬유를 절단하고, 절단 섬유를 상기 목질 섬유와 혼합하여 사용한다. 일반적으로, 목질 섬유의 주섬유 길이는 1 내지 2mm정도로 짧고, 상기한 섬유는 장섬유와 혼합시킴으로써 매트의 성형성을 증진시킬 수 있으며, 목질 섬유 100중량부를 기준으로 하여 장섬유 10중량부 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 열가소성 섬유로서 사용되는 복합 섬유는 융점이 상이한 다수의 성분으로 이루어진 섬유를 의미하며, 병렬형(side-by-side type), 쉬이드-코어형(sheath-core type) 또는 아일랜드-인-씨형(island-in-sea type)으로 정렬된 섬유로서, 섬유의 저융점 성분은 섬유의 길이 방향으로 섬유표면의 적어도 일부를 차지할 수 있으며, 저융점 성분의 융점은 후술될 열경화성 수지의 경화온도보다 낮다. 복합섬유중 저융점 성분의 융점과 기타 성분(들)의 융점 및 열경화성 수지의 경화온도의 차이가 모두 20℃ 이상인경우, 메트를 제조하기 위한 열처리 조건은 광범위하며, 따라서 이러한 경우가 바람직하다. 바람직한 복합 섬유의 예로는, 저융점 성분으로서 폴리에틸렌, 에틸렌-비닐아세이트 공중합체, 저융점.폴리에스테르등을 사용하고 기타 성분(들)으로서 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아크릴로나트릴 등을 사용하며 두 성분이 병렬형, 또는 저융점 성분을 쉬이드(sheath) 또는 씨(sea)성분으로서 사용하고 코어(core) 또는 아일랜드(island)성분으로서 사용하는 형태로 배열된 화합물이 있다. 이러한 화합물중에서, 융점이 120℃ 이하인 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 또는 주로 이들 화합물로 이루어진 조성물을 저융점 성분으로서 사용하며, 폴리프로필렌을 기타 성분(들)으로서 사용하는 복합 섬유는 용융접착 온도(melt adhesion temperature)가 낮고, 매트를 제조하기 위한 열처리 단가가 낮을 뿐만 아니라, 두 성분의 서로에 대한 혼화성이 우수하기 때문에, 이들은 결코 박리(peeling)되지 않으며, 따라서, 섬유를 소량으로 가할 경우에도 매트 강도의 증진 효과는 놀랄만하다.
또한, 상기한 복합 섬유로서, 섬도가 1 내지 100데니어(denier), 바람직하게는 1.5 내지 20데니어이며, 길이가 10 내지 100mm, 바람직하게는 25 내지 50mm인 섬유를 사용할 수 있다. 섬도 및 길이가 상기한 바 있는 상한선을 초과할 경우에는 균질한 혼합물을 수득하기가 어려우며 상기한 바 있는 하한선 이하인 경우에는 매트 강도의 증진효과를 수득할 수 없다. 목질 섬유 100중량부를 기준으로 하여 복합 섬유의 혼합비는 3중량부 이상, 바람직하게는 5중량부 이상이다. 혼합비가 3중량부 미만인 경우, 보강 효과는 불충분하다. 혼합비가 20중량부를 초과하는 경우, 아무런 효과도 나타나지 않기 때문에, 이러한 비율은 비경제적이다.
본 발명의 목질 섬유 매트를 성형품으로 가압-성형시키는 경우, 본 발명에서 사용되는 열경화성 수지는 열처리에 의해 경화시키며, 수지는 공지된 열경화성 수지(예 : 페놀 수지, 우레아 수지, 알키드 수지 등)중에서 적절히 선택할 수 있다. 열경화성 수지가 분말형태인 경우에, 이는 기타의 매트-구성 물질, 즉 목질 섬유 등과 쉽게 혼합할 수 있다. 수지가 용액형태인 경우에는 분무에 의해 균일하게 혼합시킨다. 열경화성 수지의 혼합비는 생성되는 성형품에 대해 요구되는 경도 및 강도에 따라 적합하게 선택할 수 있으나, 일반적으로 혼합비는 목질 섬유 100중량부를 기준으로 하여 5 내지 30중량부이다.
경우에 따라, 상기한 네종류의 원질 이외에도, 본 발명의 목질 섬유 매트에 방수제(예 : 파라핀), 안료, 충진제, 난연제 등을 가할 수 있다.
원료로서의 목질 섬유 및 기타 성분을 혼합시킴으로써 우선 일정한 폭, 두께, 길이 및 기본 중량을 갖는 매트를 형성한 다음, 복합 섬유중 저융점 성분의 연화점 이상, 바람직하게는 융점 이상의 온도, 및 복합 섬유중 기타 성분(들)의 융점 이하의 온도 및 열경화성 수지의 경화온도 이하에서 매트를 열처리한다. 또한, 경우에 따라, 여처리시 가압하에서 매트를 압축시킬 수 있다. 원료의 혼합 방법에는 특별한 제한이 없으며, 임의의 소면기(carding machine), 플리스 제조기(fleece making maching), 랜던 웨버(random webber)등을 사용할 수가 있다. 목질 섬유가, 목질 칩을 증자 및 펄핑시켜 수득된 섬유인 경우에, 목질 섬유를 덜 건조된 상태에서 장섬유, 복합 섬유 및 분말상 열경화성 수지와 혼합시킴으로써 열경화성 수지 분말의 미끄럼손실(slinpping-off loss)을 방지할 수 있으며, 상기 열처리시에 목질 섬유를 건조시킬 수 있다. 따라서, 상기 혼합방법이 경제적으로 바람직하다.
열처리시에 연화되거나 용융된 복합 섬유중의 저융점 성분은 특정한 액적 집적체(dropwise aggregate)를 형성하지는 않으나, 섬유 형태가 유지되는 동안 복합 섬유의 기타 성분(들)상에 넓게 전개되므로, 복합 섬유는 서로 용융 접착할 뿐만 아니라, 다수의 접촉점(contact point)에서 목질 섬유 및 장섬유와도 용융 접착하며, 또한 열처리시킨 후에 복합 섬유는 이들이 함께 연결되도록 상기한 접촉점 사이에 삽입된다. 이렇게 생성된 매트는 고강도 및 우수한 탄성을 가지며, 운반시의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 복합 섬유에 의한 접착점이 성형시의 가열에 의해 연화되거나 용융되기 때문에, 매트의 구조가 이완되어 성형에 의해 수득되는 장력을 자연스럽게 흡수할 수 있게 된다. 또한, 삼교성형시키는 경우, 두께의 불균일이나 균열(cracking)이 전혀 발생하지 않는다.
본 발명의 목질 섬유 매트는 가압 및 가열하에서의 성형에 의해 수득되므로, 자동차용 도어 판넬(door panel), 포장용 상자(tray), 가구, 악기용 케이스 등의 복잡한 입체적 형태 및 우수한 경도가 요구되는 다방면의 부품에 대한 원료로서 유용하다.
본 발명을 하기 실시예 및 비교실시예로 보다 상세하게 기술한다.
[실시예 1 및 2와 비교실시예 1,2,3 및 4]
침엽수의 목질 칩을 증자 및 펄핑시킨 다음, 생성물로부터 증기를 제거하여, 길이가 3mm이며, 수분 함량이 45중량%인 목질 섬유를 수득한다. 섬유 길이를 40mm로 절단한 대마를 장섬유로서 사용한다. 열가소성 섬유로는, 폴리프로필렌/저밀도 폴리에틸렌 병렬형 복합 섬유(조성비 : 50/50, 섬도 : 3d, 길이 : 38mm), 저밀도 폴리에틸렌 섬유(섬도 : 3d, 길이 : 38mm) 및 폴리프로필렌 섬유(섬도 : 3d, 길이 : 38mm)를 사용한다. 열경화성 수지로는, 분말형 페놀 수지를 사용한다.
상기한 원료를 표 1에 나타낸 혼합비로 충분히 혼합시킨 다음, 매트 제조장치상에서 혼합물을 하중시켜 50mm 두께의 매트를 형성하고, 이어서 열기-순환식 건조기하에 120℃에서 3분 동안 가열시킨 다음 로울(roll)로 압축시켜, 두께가 20mm인 목질 섬유 매트를 수득한다. 또한, 비교실시예 4의 경우에 있어서만은 160℃로 가열시킨다. 표 1에 나타낸 혼합비는 건조 기질에 대한 중량부를 나타낸다.
길이가 1,100mm이며, 폭이 800mm이고 두께가 20mm이며, 중앙부에서 팔걸이 부위의 길이가 500mm이고, 폭이 100mm이며 길이가 70mm인 자동차용 도어 내장 판넬(door interior panel)을 제조하기 위한 금형을 사용하여, 상기한 목질 섬유 매트를 220℃의 온도 및 20kg/㎠의 압력하에서 1분 동안 가열-압축시켜 심교성형시킨다. 또한, 시험결과는 표1과 같으며, 시험방법은 하기와 같다 :
매트 파손율 : 길이가 1,100mm이고, 폭이 800mm이며, 두께가 200mm인 매트를 손으로 금형으로 옮길때, 파손이 일어나는 경우를 × ; 변형이 일어나는 경우를 Δ ; 파손 및 변형이 일어나지 않는 경우를 ○으로서 나타낸다.
성형품의 균열성 : 성형품을 관찰할 때, 틈이 있는 경우를 ×, 양호한 경우를 ○로서 나타낸다.
성형품의 구김도 : 성형품을 관찰할 때, 주름이 있는 경우를 ×, 양호한 경우를 ○로서 나타낸다.
성형품의 경도 : 요곡강도가 300kg/㎠ 이상인 것을 ○ : 100kg/㎠ 이하인 것을 ×; 이의 중간값을 가진 것을 Δ로서 나타낸다.
종합평가 : 삼교성형용 목질 섬유 매트로서 우수하다고 판단되는 성형품을 ○, 우수하지 않다고 판단되는 성형품을 ×로 나타낸다.
[표 1]
Figure kpo00001
PP : 폴리프로필렌, PE : 폴리에틸렌.
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 요구사항을 만족시키는 목질 섬유 매트는 심교성형용으로 매우 적합하다.
[실시예 3,4 및 5와 비교실시예 5 및 6]
열가소성 섬유로서 폴리에스테르/저융점 폴리에스테르 쉬이드-코어형 복합 섬유(조성비 : 50/50, 섬도 : 5d, 길이 : 40mm), 폴리아미드/에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 쉬이드-코어형 복합 섬유(조성비 : 50/50, 섬도 : 5d, 길이 : 40mm), 폴리에스테르/저밀도 폴리에틸렌 쉬이드-코어형 복합 섬유(조성비 : 50/50, 섬도 : 5d, 길이 : 40mm), 저융점 폴리에스테르 섬유(섬도 : 5d, 길이 : 40mm) 및 폴리아미드 섬유(섬도 : 5d, 길이 : 40mm)를 사용하는 것 이외에는 상기한 실시예와 동일한 방법으로 목질 섬유 매트를 제조한다. 생성된 목질 섬유 매트의 조성 및 시험결과는 표 2와 같다.
표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 요구사항을 만족시키는 목질 섬유 매트는 심교성형용으로 매우 적합하다.
[표 2]
Figure kpo00002
Figure kpo00003
PET : 폴리에스테르, LPET : 저융점 폴리에스테르, PAM : 폴리아미드, EVA : 에틸렌 비닐 아세테이트 수지.

Claims (4)

  1. 주로 목질 섬유(woody fiber), 장섬유(long fiber), 열가소성 섬유 및 열경화성 수지로 이루어진, 가열 및 가압하에서 특정한 형태의 제품으로 성형시킬 수 있는 목질 섬유 매트에 있어서, 상기 열가소성 섬유가 융점이 상이한 다수의 성분으로 이루어진 복합 섬유이고, 목질 섬유 매트를 구성하는 섬유들이 서로 교착되고, 복합 섬유의 저융점 성분에 의해 용융 접착 및 결합되며, 상기 열경화성 수지가 미경화 상태로 존재함을 특징으로 하는 목질 섬유 매트.
  2. 제1항에 있어서, 복합 섬유중의 저융점 성분이 120℃ 이하의 융점을 갖는 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-비닐 아세테티읕 공중합체 또는 주로 이들로 이루어진 조성물이며, 복합 섬유중의 기타 성분이 폴리프로필렌인 목질 섬유 매트.
  3. 제1항에 있어서, 복함 섬유의 섬도가 1.5 내지 20데니어이고, 길이가 25 내지 50mm인 목질 섬유 매트.
  4. 제1항에 있어서, 복합 섬유의 혼합비가, 목질 섬유 100중량부를 기준으로 하여 5 내지 20중량부인 목질 섬유 매트.
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