WO2019009539A2 - 경량화와 흡음성이 향상된 부직포 및 이의 제조방법 - Google Patents

경량화와 흡음성이 향상된 부직포 및 이의 제조방법 Download PDF

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WO2019009539A2
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a nonwoven fabric having improved sound absorption while lighter weight by laminating nonwoven fabrics made of ordinary polyester yarns having different melting points on both sides of polyester nonwoven fabrics made of hollow yarns and polyester yarns having different melting points And a nonwoven fabric produced by this method.
  • An under cover product of an automobile part is a thin plate type part attached to the outermost layer of a car floor and attached to the engine part or the whole floor depending on the type of vehicle. To prevent the ingress of alien substances and to provide sound absorption or sound insulation of running noise.
  • undercover is composed of layers of various materials and is usually made of nonwoven fabric (outer finish) / polypropylene film (PP film) / core (maintenance of shape and sound absorption function of undercover) / nonwoven Layer laminated materials are laminated and laminated at high temperature and high pressure to form a plate, and according to the mold type and product layer structure of each vehicle, .
  • nonwoven fabric outer finish
  • PP film polypropylene film
  • core maintenance of shape and sound absorption function of undercover
  • nonwoven Layer laminated materials are laminated and laminated at high temperature and high pressure to form a plate, and according to the mold type and product layer structure of each vehicle, .
  • the development of materials for cores has been progressing from the first generation by thermoplastic materials, the second generation by glass fiber and polypropylene fiber, and the third generation by polyester composite material, and the third generation developed polyester
  • the composite material is a product that is applied to the core by compression-molding a nonwoven fabric composed of two types of short fibers (PET and adhesive-acting PET), and is advantageous as a lightweight, cost-saving, harmless human body and recyclable material.
  • the nonwoven fabric composed of short fibers has a low stiffness compared to inorganic fiberglass fibers and lacks the characteristics to maintain its shape.
  • a large amount of binder is added or surface processing is required.
  • flame retardant performance to be possessed as a material to be attached to the lower part of the engine as an automobile material is insufficient.
  • the polyester composite for under cover using the long fiber nonwoven fabric has an advantage in terms of weight reduction, but it has insufficient properties to prevent damage due to rigidity, sound absorption, and external force.
  • Korean Patent Laid-Open No. 10-2017-0002725 proposes a method of manufacturing a vehicle underbody cover having light weight and excellent sound-absorbing performance while realizing high mechanical strength.
  • reinforcing fibers inorganic fibers or organic fibers
  • a web is formed by a two-component polymer fiber (a thermoplastic resin having a melting point of 160 ⁇ or higher and a thermoplastic resin having a melting point of lower than 200 ⁇ ), followed by heat treatment and drying to produce a composite sheet.
  • a coating layer non- Sheet or the like are laminated and mold-pressed to manufacture a vehicle underbody cover.
  • the present invention is advantageous in that the strength is improved by increasing the dispersibility of the fibrous particles and the strength is improved by using a thermoplastic resin having a comparatively high melting point while elasticity is imparted while the density is low and the weight is reduced,
  • the thermoplastic resin In order to heat-bond the fibers, the thermoplastic resin must be melted. Since the melting point of the thermoplastic resin is relatively high, it is required to be heat-treated at a high temperature. In this process, the organic fibers in the thermoplastic resin and the reinforcing fiber are melted to fill the space between the inorganic fibers There is a disadvantage that the absorptive sound performance is lowered.
  • Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0056183 discloses a method of producing a lightweight, high strength thermoplastic composite by laminating reinforcing materials on one side or both sides of an expanded molded article.
  • the present invention relates to a method for producing an expanded molded article in which a web composed of a reinforcing fiber, a thermoplastic resin and heat expandable particles is heated to produce an expanded molded article in which the reinforcing fiber and the heat expandable particles are dispersed in a thermoplastic resin melted and solidified, And reinforcing materials made of binders (PP, PE) are stacked and heated under pressure so that the reinforcing material is bonded to the expanded molded article, thereby improving strength, sound absorption and weight reduction.
  • binders PP, PE
  • the reinforcing material is laminated on the expanded and molded article and is bonded by pressurizing and heating, so that the expanded molded article is compressed by the above- Lt; / RTI >
  • the conventional under-cover for automobiles can not satisfy all of the strength, light weight, and sound absorption performance
  • the end products are manufactured by laminating a plurality of materials suitable for each performance, resulting in a large loss of cost and time.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a nonwoven fabric and a method for producing the same that can satisfy both the mechanical strength,
  • the present invention provides a polyester resin composition
  • a polyester resin composition comprising 50 to 90 wt% of a hollow fiber first filament having a melting point of 255 ⁇ or higher, 10 to 50 wt% of a polyester second filament having a melting point of 190 ⁇ or lower 50 to 80 wt% polyester yarn having a melting point of not less than 255 DEG C and 20 to 50 wt% of a polyester yarn having a melting point of not more than 190 DEG C, both on the both surfaces of a melt- % Of the molten mixed outer peripheral nonwoven fabric.
  • the nonwoven fabric according to the present invention forms a web with filaments made of hollow yarn, it can exhibit a high sound absorption performance even with a small weight and can easily form the shape of the nonwoven fabric by physical and thermal external forces, It does not.
  • the polyester filament having a low melting point is melted and the polyester filament having a high melting point is adhered with excellent workability and price competitiveness.
  • a chemical substance such as an adhesive is not required, A nonwoven fabric can be produced.
  • the nonwoven fabric of the present invention is produced by spinning a polyester having a melting point of 255 ° C or higher to prepare a hollow filament first filament and spinning a polyester having a melting point of 190 ° C or lower to obtain a yarn of general yarn Second, the second filaments were produced, webs were laminated, needle punches were entangled and thermally adhered to produce a core nonwoven fabric, and a polyester having a melting point of 255 ⁇ or higher was spun to produce a core yarn
  • the second filaments were prepared by spinning polyester having a melting point of 190 ° C or less and then laminated and thermally adhered to each other to produce an outer sheath nonwoven fabric. Laminating the outer nonwoven fabrics, and thermally bonding the outer nonwoven fabrics.
  • the polyester filament having a melting point of 255 ° C or higher is supplied to an extruder, melted, discharged through a discharging hole of the spinneret and solidified into a cooling wind, and a yarn having a spinning speed of 4500 to 5000 m / min to have a fineness of 3 to 9 denier.
  • the discharge hole can be made into a hollow fiber having a cavity formed in the first filament by specially designing the discharge hole, and the first filament has a hollow cross section, so that the sound absorption property and light weight of the nonwoven fabric can be improved. Therefore, a detailed description of the hollow fiber manufacturing method is omitted here.
  • a first filament of a polyester having a melting point of 255 ⁇ or higher and a second filament and a second filament of a polyester having a melting point of 190 ⁇ or lower are also produced by the same method as described above,
  • the second and the second filaments are less than 3 deniers, the filaments are thin, the strength is weak, and the number of filaments per unit area is deteriorated so that the sound-absorbing property is deteriorated.
  • the denier is more than 9 deniers, the cooling length for crystallizing filaments becomes long, It is difficult to manufacture.
  • the nonwoven fabric to be used as a core is composed of a first filament of hollow fiber and a second filament of a general yarn of 50 to 90: 10 to 50 wt% (first filament: second filament), and a non- The ratio of the filament polyester and the second filament polyester polymer in the general yarn is 50 to 80: 20 to 50 wt% (the first filament: the second filament).
  • the proportion of the second filaments of the central nonwoven fabric is less than 10 wt%, the number of binding points between the filaments is insufficient and the rigidity required by the undercovers of automobiles is insufficient. If the proportion of the second filaments exceeds 50 wt% The ratio of the first filament serving as a skeleton is reduced, which also reduces the stiffness.
  • composition ratio of the second filaments of the outer nonwoven fabric is less than 20 wt%, it is difficult to produce the finished product because adhesion of the filaments to the central nonwoven fabric is poor due to a small amount of the component serving as an adhesive. If the nonwoven fabric strength exceeds 50 wt% There arises a problem that is liable to be damaged by an external force.
  • the second and the second filaments are melted in the heating process described below to bind the first and the first filaments and the minimum amount of the second filaments of the outer nonwoven fabric is slightly larger than the minimum amount of the second filaments of the central non- In order to further reinforce the adhesive force so that the first filaments do not easily fall off even if the outer nonwoven fabric supporting the first filaments is impacted by an external force.
  • the hollow ratio of the first filament (the ratio of the hollow area to the total area of the cross section including the hollow area) is 20 to 50%, and the larger the hollow ratio, the better the sound absorption function. It is difficult to manufacture the filament because the filament is changed in cross-sectional shape and it is difficult to manufacture the filament. When the filament is less than 20%, it is manufactured in the form of a circular filament instead of being hollowed in the case of spinning. There is a problem that the hollow shape is easily deformed by the position of the filament.
  • first and second filaments are laminated in web form on a conveyor in the form of a matrix & binder and passed through a heated calender roll device to adjust the thickness
  • the basis weight of the nonwoven fabric may vary depending on the type of the applied vehicle.
  • the center nonwoven fabric may preferably have a basis weight of 1000 to 1500 g / m < 2 >, and the outer nonwoven fabric is laminated on the conveyor in a web form and thermally adhered to a basis weight of 10 to 50 g / .
  • the core nonwoven fabric is laminated in a web form on a conveyor, entangled between filaments by a needle punch method, passed through a calender roll heated at 180 to 210 ° C to impart smoothness to the web, .
  • the outer nonwoven fabric is laminated on the conveyor in the form of a web and is passed through a calender roll heated at 180 to 210 DEG C so as to thermally adhere the filaments to each other.
  • the calender roll surface has a pair of embossing shapes, A pair of flat shapes or a calender roll having a combination of an embossed shape on one side and a planar shape on the other side can be thermally adhered.
  • a hot plate having a temperature lower than the first (first) filament melting temperature and higher than the second (second) filament melting temperature of 190 to 220 ⁇ hot plate, and the second (second) filament is melted by heating and pressing, the first and first filaments and the central nonwoven fabric and the outer nonwoven fabric are thermally adhered to each other to form a nonwoven fabric having improved lightweightness and sound- And the nonwoven fabric thus produced can be preheated and put into a molding die to produce a desired form of automobile undercover molding.
  • polyethylene terephthalate having a melting point of 255 ° C and 190 ° C was melted at 280 ° C using a continuous extruder, and each of the polyethylene terephthalates was melt-kneaded with a first filament (hollow ratio: 30%) having a hollow shape (Melting point: 255 DEG C) and a second filament having a general circular cross-sectional shape (melting point: 190 DEG C).
  • the continuous filaments discharged from the capillary were solidified by cooling air, min to prepare filament fibers, and the amount of the filaments and the size of the filaments of the spinneret were adjusted so that the final filament had a fineness of 8 denier.
  • the mixture was mixed so that the mixing ratio of the first filament and the second filament was 70:30 (wt%), laminated in a web form on a conveyor net at a weight of 1300 g / m 2 per unit area by a common filament method,
  • the pellets were entangled with a punch-lining method and passed through a calender roll heated to 200 ° C to give smoothness and appropriate thickness.
  • the outer nonwoven fabric was laminated on both sides of the manufactured central nonwoven fabric, and hot-pressed between the hot plates preheated to 210 ° C to produce a nonwoven fabric.
  • the nonwoven fabric was molded into an under cover of an automobile (Example 1).
  • the hollow fiber ratio of the first filament constituting the nonwoven fabric is less than 20% (Comparative Example 1), hollows in filaments are not easily formed and the formed hollow fibers are deformed. It was difficult to maintain the shape and truncation occurred and the web of the central nonwoven fabric could not be formed.
  • the binding strength for binding the first filaments is weak and the mechanical strength (bending strength and peel strength) Example 4)
  • the ratio of the first filament retaining the shape of the nonwoven fabric was relatively decreased, resulting in a decrease in the bending strength.
  • the content of the second filaments in the outer nonwoven fabric exceeds 50 wt% (Comparative Example 5), the ratio of the first filaments decreases and the nonwoven fabric does not maintain its proper shape. If it is less than 20 wt% 6) The outer nonwoven fabric was not adhered to the core nonwoven fabric and was not manufactured in the form of an article for undercoating of an automobile.
  • the nonwoven fabric according to the present invention has excellent mechanical strength and sound absorption and can have a porous structure and can be manufactured in a light weight, it can exhibit optimized performance for an under cover plate for automobiles and has excellent workability and price competitiveness by simplifying the manufacturing method It can be useful for related industries.

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Abstract

본 발명은 융점이 서로 다른 폴리에스테르 소재의 중공사 및 일반사로 이루어진 부직포 양면에, 융점이 서로 다른 폴리에스테르 소재의 일반사로 이루어진 부직포를 적층하여 열접착함으로써 경량화하면서 흡음성이 향상된 부직포를 제조하는 방법 및 이 방법으로 제조되는 부직포에 관한 것이다. 본 발명에 따른 부직포는 중공사로 이루어진 필라멘트로 웹을 형성하므로 적은 중량에도 높은 흡음 성능을 발휘할 수 있고 물리적 및 열적 외력에 의해 부직포의 형태를 용이하게 성형할 수 있어서 필라멘트가 손상되지 않으므로 기계적 강도가 저하되지 않으며, 또한 부직포의 레이어 구성과 제조방법을 단순화하여 작업성 및 가격경쟁력이 우수하고 저융점의 폴리에스테르 필라멘트를 용융시켜 고융점의 폴리에스테르 필라멘트를 접착시키므로 접착제와 같은 화학물질이 필요치 않아서 유해물질이 낮은 부직포를 제조할 수 있다.

Description

경량화와 흡음성이 향상된 부직포 및 이의 제조방법
본 발명은 융점이 서로 다른 폴리에스테르 소재의 중공사 및 일반사로 이루어진 부직포 양면에, 융점이 서로 다른 폴리에스테르 소재의 일반사로 이루어진 부직포를 적층하여 열접착함으로써, 경량화하면서 흡음성이 향상된 부직포를 제조하는 방법 및 이 방법으로 제조되는 부직포에 관한 것이다.
자동차 제조분야는 경량화, 유해물질 감소, 생산비 절감, 승차감 향상 등의 방향으로 개발이 진행되고 있고, 최근에는 유해물질에 대한 국내외 관심이 높아져서 이에 대한 규제 또한 강화되고 있다.
자동차 부품 중 언더커버(under cover) 제품은 자동차 바닥의 최외곽층에 부착되는 얇은 판 형태의 부품으로서 차종에 따라 엔진부 또는 바닥 전면에 걸쳐 부착되며, 도로 노면에서 발생하는 이물에 대하여 차량 바닥 장비들을 보호하고 이물(alien substance)의 유입을 방지하며 주행 소음의 흡음(sound absorption) 또는 차음(sound insulation)을 위하여 설치된다.
일반적으로 언더커버는 다양한 소재의 레이어(layer)로 구성되고 통상 부직포(외부 마감)/폴리프로필렌 필름(PP film)/코어(언더커버의 형태 유지와 흡차음 기능 수행)/부직포(내부 마감)의 층으로 이루어지며, 각 층을 이루는 소재들을 적층하고 고온·고압에서 합지(lamination)하여 플레이트(plate) 형태로 만들며, 차종별 금형 형태 및 제품의 레이어 구성에 따라 기타 소재들과 합지 및 성형하여 최종제품을 제조한다.
코어를 위한 소재 개발은, 열가소성 소재에 의한 제1세대, 유리섬유 및 폴리프로필렌 섬유에 의한 제2세대, 폴리에스테르 복합소재에 의한 제3세대까지 개발이 진행되어 왔으며, 제3세대 개발품인 폴리에스테르 복합소재는 2종의 단섬유(PET 및 접착제 역할의 PET)로 구성된 부직포를 압착 성형하여 코어에 적용한 제품으로서, 경량화, 원가 절감, 인체 무해성, 재활용이 가능한 소재로서의 장점을 가지고 있다.
그러나 단섬유로 구성된 부직포는 무기물 소재인 유리섬유 대비 강성이 낮아서 형태를 유지하는 특성이 부족하고, 외부 이물에 의한 훼손 및 변형을 막기 위해 다량의 바인더를 부가하거나 표면 가공을 하여야 하는데 바인더 및 표면 가공에 사용되는 소재들이 화재시 유독가스를 내뿜는 등의 문제가 있어서, 자동차 소재로서 특히 엔진 아랫부분에 부착되는 소재로서 가져야 할 난연성능이 부족한 문제가 있다.
또한, 장섬유 부직포를 이용한 언더커버용 폴리에스테르 복합체는 경량화 측면에서 장점을 가지고 있으나, 강성, 흡음성, 외력에 의한 훼손을 막는 특성이 부족하여 개선해야 할 여지가 있다.
이에, 한국공개특허공보 제10-2017-0002725호에서는 높은 기계적 강도를 구현하면서 경량성과 우수한 흡차음 성능을 가지는 차량용 언더바디 커버를 제조하는 방법이 제안되었는데, 강화섬유(무기섬유 또는 유기섬유)와 이성분 폴리머 섬유(융점이 160℃ 이상인 열가소성 수지와 융점이 200℃ 미만인 열가소성 수지)로 웹을 형성하고 열처리 및 건조시켜 복합재 시트를 제조한 다음 상기 복합재 시트 양면에 피복층(부직포, 단열 표피재, 타공시트 등)을 적층하고 몰드 프레싱하여 차량용 언더바디 커버를 제조한다.
상기 발명은 섬유상 입자들의 분산성을 증가시켜 강도 향상의 효과를 얻고 비교적 융점이 높은 열가소성 수지를 사용하여 강도를 더욱 향상시키면서 탄성을 부여함과 동시에 밀도가 낮아서 경량화를 구현할 수 있는 장점을 가지나, 강화섬유를 열접착시키기 위해서는 열가소성 수지를 용융시켜야 하고 열가소성 수지의 융점이 비교적 높으므로 높은 온도로 열처리하여야 하므로, 이 과정에서 열가소성 수지 및 강화섬유 중 유기섬유가 용융되어 무기섬유 사이의 공간을 꽉 채우게 되어 흡차음 성능이 저하되는 단점이 있다.
또한, 한국공개특허공보 제10-2011-0056183호에서는 팽창 성형품의 일면 또는 양면에 보강재를 적층 구성하여 경량이면서 고강도인 열가소성 복합체를 제조하는 방법이 제시되었다.
상기 발명은 강화섬유, 열가소성 수지 및 가열 팽창성 입자로 구성된 웹을 가열하여 강화섬유와 가열 팽창성 입자가 용융 고화된 열가소성 수지에 분산된 형태의 팽창 성형품을 제조한 다음, 이의 일면 또는 양면에 강화섬유와 바인더(PP, PE)로 이루어지는 보강재를 적층하고 가압 가열하여 상기 보강재가 팽창 성형품에 접합되도록 함으로써 강도, 흡음 및 경량화를 개선하고자 하였다.
그런데 상기 복합체는 흡음성을 위해 첨가된 팽창성 입자로 인하여 두께가 커지고, 팽창 성형품에 보강재를 적층하고 가압 가열하여 접합시키므로 상기 가압 가열에 의해 팽창 성형품이 압착되어 다공형태가 무너지므로 흡음성능이 저하되는 문제가 발생한다.
상기와 같이, 종래의 자동차용 언더커버는 강도, 경량화 및 흡음성능 등을 모두 만족시키지 못하여 각 성능에 맞는 소재들을 여러 겹 합지하여 최종제품을 제조하고 있고 이로 인한 비용과 시간의 손실이 크므로 이를 개선할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 자동차 언더커버에서 요구되는 기계적 강도, 경량화 및 흡음성능을 모두 만족할 수 있는 부직포 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 융점이 255 ℃ 이상인 폴리에스테르 소재의 중공사 제1필라멘트 50~90 wt%에 융점이 190 ℃ 이하인 폴리에스테르 소재의 일반사 제2필라멘트 10~50 wt%가 용융 혼합된 중심부 부직포;의 양면에, 융점이 255 ℃ 이상인 폴리에스테르 소재의 일반사 제1'필라멘트 50~80 wt%에 융점이 190 ℃ 이하인 폴리에스테르 소재의 일반사 제2'필라멘트 20~50 wt%가 용융 혼합된 외곽부 부직포;가 접착되어 있는 부직포를 제공한다.
또한, 본 발명은 융점이 255 ℃ 이상인 폴리에스테르를 방사하여 중공사 제1필라멘트를 제조하는 단계; 융점이 190 ℃ 이하인 폴리에스테르를 방사하여 일반사 제2필라멘트를 제조하는 단계; 상기 제1필라멘트와 제2필라멘트를 웹 적층하고 니들펀치 후 열접착하여 제1필라멘트:제2필라멘트=50~90:10~50 wt%인 중심부 부직포를 형성하는 단계; 융점이 255 ℃ 이상인 폴리에스테르를 방사하여 일반사 제1'필라멘트를 제조하는 단계; 융점이 190 ℃ 이하인 폴리에스테르를 방사하여 일반사 제2'필라멘트를 제조하는 단계; 상기 제1'필라멘트와 제2'필라멘트를 웹 적층하고 열접착하여 제1'필라멘트:제2'필라멘트=50~80:20~50 wt%인 외곽부 부직포를 형성하는 단계; 및 상기 중심부 부직포 양면에 외곽부 부직포를 적층하고 가압 가열하여 열접착시키는 단계;를 포함하는 부직포의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 부직포는 중공사로 이루어진 필라멘트로 웹을 형성하므로 적은 중량에도 높은 흡음 성능을 발휘할 수 있고 물리적 및 열적 외력에 의해 부직포의 형태를 용이하게 성형할 수 있어서 필라멘트가 손상되지 않으므로 기계적 강도가 저하되지 않는다.
또한, 부직포의 레이어 구성과 제조방법을 단순화하여 작업성 및 가격경쟁력이 우수하고 저융점의 폴리에스테르 필라멘트를 용융시켜 고융점의 폴리에스테르 필라멘트를 접착시키므로 접착제와 같은 화학물질이 필요치 않아서 유해물질이 낮은 부직포를 제조할 수 있다.
본 발명의 부직포는 융점이 255 ℃ 이상인 폴리에스테르를 방사하여 중공사(hollow fiber) 제1필라멘트를 제조하고 융점이 190 ℃ 이하인 폴리에스테르를 방사하여 일반사(섬유단면 가운데에 공동 없이 완전히 채워진 섬유, 이하 같다) 제2필라멘트를 제조한 후 이들을 웹(web) 적층하고 니들펀치(needle punch) 교락 후 열접착하여 중심부(core) 부직포를 제조하고, 또한 융점이 255 ℃ 이상인 폴리에스테르를 방사하여 일반사 제1'필라멘트를 제조하고 융점이 190 ℃ 이하인 폴리에스테르를 방사하여 일반사 제2'필라멘트를 제조한 후 이들을 웹 적층하고 열접착하여 외곽부(sheath) 부직포를 제조한 후, 상기 중심부 부직포 양면에 외곽부 부직포를 적층하고 가압 열접착시키는 과정으로 제조된다.
상기 중공사 제1필라멘트는 융점이 255 ℃ 이상인 폴리에스테르를 압출기에 공급하여 용융시킨 후 방사구금의 토출공을 통해 토출시키고 냉각풍으로 고화시키며, 고압의 공기 연신장치를 이용하여 방사속도 4500~5000 m/min이 되도록 연신하여 3~9 데니어(denier)의 섬도를 가지도록 제조된다.
상기 토출공을 특수 설계하여 제1필라멘트 내부에 공동이 형성된 중공사로 제조할 수 있고 제1필라멘트가 중공 단면을 가짐으로써 부직포의 흡음성과 경량성이 향상될 수 있으며, 이러한 중공사의 제조방법은 널리 알려진 공지의 기술이므로 여기에서는 중공사 제조방법에 대한 자세한 설명은 생략한다.
융점이 255 ℃ 이상인 폴리에스테르 소재의 제1'필라멘트, 융점이 190 ℃ 이하인 폴리에스테르 소재의 제2필라멘트 및 제2'필라멘트 또한 상기와 같은 방법으로 제조되며, 상기 제1 및 제1'필라멘트와 제2 및 제2'필라멘트가 3 데니어 미만일 경우 필라멘트가 가늘고 강도가 약하며 단위 면적당 필라멘트 수가 많아지기 때문에 흡음성이 나빠지고, 9 데니어를 초과할 경우 필라멘트의 결정화를 위한 냉각 길이가 길어져 부직포를 상업적으로 균일하게 제조하기 어렵다.
중심부로 사용될 부직포는 중공사의 제1필라멘트와 일반사의 제2필라멘트 비율이 50~90:10~50 wt%(제1필라멘트:제2필라멘트)로 구성되고, 외곽부로 사용될 부직포는 일반사의 제1'필라멘트 폴리에스테르와 일반사의 제2'필라멘트 폴리에스테르 중합체의 비율이 50~80:20~50 wt%(제1'필라멘트:제2'필라멘트)로 구성된다.
상기 중심부 부직포의 제2필라멘트의 구성비율이 10 wt% 미만일 경우 필라멘트 간 접착점(binding point)의 수가 부족하여 자동차 언더커버 제품이 요구하는 강성이 부족하고, 50 wt%를 초과할 경우 형태를 유지하는 뼈대 역할의 제1필라멘트의 비율이 감소하여 이 또한 강성이 감소한다.
또한, 외곽부 부직포의 제2'필라멘트의 구성비율이 20 wt% 미만일 경우 접착제 역할을 하는 성분이 적어 중심부 부직포와의 접착이 잘 안되므로 완제품 형태로 제조하기 어렵고 50 wt%를 초과할 경우 부직포 강도가 낮아 외력에 의해 훼손되기 쉬운 문제가 발생한다.
제2 및 제2'필라멘트는 후술하는 가열 공정에서 용융되어 제1 및 제1'필라멘트를 결속시키며, 외곽부 부직포의 제2'필라멘트 최소량이 중심부 부직포의 제2필라멘트 최소량보다 조금 더 많은 것은 중심부 부직포를 양면에서 지지하는 외곽부 부직포가 외력에 의해 충격을 받아도 제1'필라멘트가 쉽게 떨어지지 않도록 접착력을 좀 더 보강하기 위함이다.
이때, 제1필라멘트의 중공비(중공 면적을 포함하는 단면 전체 면적 대비 중공 면적 비율)는 20~50 %인 것이 바람직하며, 중공비가 클수록 흡음 기능이 향상되나 50 %를 초과할 경우 방사시 중공 형태를 유지하기 어렵고 필라멘트 단면 형상이 바뀌면서 절사가 발생하기 쉬워서 필라멘트 제조가 어려우며, 20 % 미만일 경우 방사시 중공형태가 아닌 일반적인 원형 필라멘트 형태로 제조되거나 중공형 필라멘트의 최외곽과 내부의 냉각속도 차이로 인해 필라멘트의 위치별로 중공 형태가 변형되기 쉬운 문제가 있다.
이들 제1 및 제2필라멘트(제1' 및 제2'필라멘트)를 혼섬방사(matrix & binder) 형태로 컨베이어 위에 웹 형태로 적층하고 가열된 캘린더 롤(calender roll) 장치를 통과시켜 두께를 조정하며, 부직포의 평량은 적용되는 차종 규격에 따라 달라지나 중심부 부직포는 평량 1000~1500 g/㎡가 되도록 하는 것이 바람직하고 외곽부 부직포는 컨베이어 위에 웹 형태로 적층하고 열접착하여 평량 10~50 g/㎡가 되도록 하는 것이 바람직하다.
이를 좀 더 상세히 설명하면, 중심부 부직포는 컨베이어 위에 웹 형태로 적층하고 니들펀치 공법으로 필라멘트 간 교락 후, 180~210 ℃로 가열된 캘린더 롤을 통과시켜 웹에 평활성을 부여하면서 필라멘트 사이의 열접착이 이루어지도록 한다.
또한, 외곽부 부직포는 컨베이어 위에 웹 형태로 적층하고 180~210 ℃로 가열된 캘린더 롤을 통과시켜 필라멘트 사이의 열접착이 이루어지도록 하며, 이때 캘린더 롤 표면이 1쌍의 엠보싱(embossing) 형상, 1쌍의 평면(flat) 형상 또는 일측의 엠보싱 형상과 타측의 평면 형상이 조합된 캘린더 롤을 이용하여 열접착시킬 수 있다.
상기 제조된 중심부 부직포의 양면에 외곽부 부직포를 적층하여 레이어를 구성한 후 제1(제1') 필라멘트 용융온도보다 낮고 제2(제2') 필라멘트 용융온도보다 높은 190~220 ℃의 핫 플레이트(hot plate) 사이에서 가압 열접착하며, 가열 가압에 의해 제2(제2') 필라멘트가 용융되면서 제1, 제1' 필라멘트 및 중심부 부직포와 외곽부 부직포가 서로 열접착되어 경량화와 흡음성이 향상된 부직포가 제조되며, 이와 같이 제조된 부직포를 예열 후 성형금형에 투입하여 원하는 형태의 자동차 언더커버 성형물을 제작할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예와 비교예에 의거하여 좀 더 상세하게 설명한다.
단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
<실시예 1~6> 및 <비교예 1~6>
먼저, 중심부 부직포를 제조하는데, 융점이 255 ℃와 190 ℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트 각각을 연속압출기를 이용하여 280 ℃에서 용융시킨 다음 각각의 폴리에틸렌테레프탈레이트를 중공형태(중공비 30 %)의 제1필라멘트(융점 255 ℃)와 일반 원형 단면 형태의 제2필라멘트(융점 190 ℃)로 방사하였으며, 모세공에서 방출된 연속 필라멘트를 냉각풍으로 고화시킨 후 고압의 공기 연신장치를 이용하여 방사속도 5000 m/min이 되도록 연신시켜 필라멘트 섬유를 제조하였고 최종 필라멘트의 섬도가 8 데니어가 되도록 토출량과 방사구금의 모세공 크기를 조절하였다.
다음은 상기 제조된 제1필라멘트와 제2필라멘트의 혼합비가 70:30(wt%)이 되도록 혼합하고 통상의 개섬법으로 단위면적당 1300 g/㎡ 중량으로 컨베이어 네트 상에 웹 형태로 적층한 후 니들펀치 교락 공법으로 교락하고 200 ℃로 가열된 캘린더 롤에 통과시켜 평활성과 적정한 두께를 부여하였다.
다음은 외곽부 부직포를 제조하며, 상기 중심부 부직포와 같은 방식으로 일반 원형 단면 형태의 제1'필라멘트(융점 255 ℃)와 제2'필라멘트(융점 190 ℃)로 방사하고 제1'필라멘트와 제2'필라멘트의 혼합비가 70:30(wt%)이 되도록 혼합하고 단위면적당 20 g/㎡ 중량으로 컨베이어 네트 상에 웹의 형태로 적층한 후, 이를 엠보싱(embossing)이 형성된 상단 롤과 평면으로 형성된 하단 롤로 구성되고 200 ℃로 가열된 캘린더 롤에 통과시켰다.
상기 제조된 중심부 부직포 양면에 외곽부 부직포를 적층한 후, 210 ℃로 예열된 핫 플레이트 사이에서 가압 열접착하여 부직포를 제조하였으며, 이를 자동차의 언더커버 형태로 성형하였다(실시예 1).
상기와 동일한 방법으로 하기 표 1과 같이 중공비와 각 필라멘트의 혼합비를 조정하여 실시예 2~6 및 비교예 1~6의 부직포를 제조하였다.
부직포의 제조조건
구분 중심부 부직포제1필라멘트중공 비율(%) 중심부 부직포제1:제2 필라멘트함량비(wt%) 외곽부 부직포제1':제2' 필라멘트함량비(wt%)
실시예 1 30 70:30 70:30
실시예 2 40 70:30 70:30
실시예 3 50 70:30 70:30
실시예 4 30 85:15 70:30
실시예 5 30 55:45 70:30
실시예 6 30 70:30 55:45
비교예 1 10 70:30 70:30
비교예 2 60 70:30 70:30
비교예 3 30 95:5 70:30
비교예 4 30 40:60 70:30
비교예 5 30 70:30 45:55
비교예 6 30 70:30 90:10
<시험예> 물성 측정
상기에서 제조된 실시예 및 비교예의 부직포 물성을 하기의 평가방법을 이용하여 특성을 평가하고 그 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.
(평가방법)
* 중심부 부직포 제1필라멘트 중공 형성
- 연신된 필라멘트의 단면을 광학현미경으로 촬영하여 중공 여부를 확인
- 평가기준 : ○(중공 형성 양호), ×(중공 형성 불량)
* 굴곡강도
- MS341-23 : ISO178(Plastics - Determination of Flexural Properties) A법(시험편 크기 50×150 ㎜, 시험속도 5 ㎜/min, SPAN 길이 100 ㎜)
* 흡음율
- MS341-23 : ISO354(Acoustics - Measurement of sound absorption in a reverberation room)에 따라 ALPHA CABIN 장비를 이용하여 평가. 시험은 테두리 프레임 없이 840×840 ㎜ 평판 시험편으로 실시
* 박리강도
- 언더커버 성형품을 내열 사이클(cycle)(140±2 ℃×3 시간 → 상온×1 시간 → -40±2 ℃×3 시간 → 상온×1 시간 → 40±2 ℃, 95 % RH×15 시간 → 상온×1 시간) 처리 후 ASTM D 1876(신장속도 254 ㎜/min)으로 측정
부직포의 물성 평가결과
구분 중심부 부직포제1필라멘트중공 형성 굴곡강도MD/CD(N) 흡음율(at 5000 ㎐) 박리강도(kgf/25 ㎜)
MS341-23 Spec. - 17 / 19 이상 0.48 이하 -
실시예 1 ○ 25 / 27 0.36 2.8
실시예 2 ○ 22 / 23 0.30 2.7
실시예 3 ○ 23 / 22 0.28 2.7
실시예 4 ○ 18 / 20 0.37 2.2
실시예 5 ○ 26 / 28 0.35 2.4
실시예 6 ○ 21 / 22 0.34 3.1
비교예 1 × 중심부 부직포 제조 불가
비교예 2 × 중심부 부직포 제조 불가
비교예 3 ○ 12 / 11 0.36 1.8
비교예 4 ○ 11 / 10 0.34 2.4
비교예 5 ○ 외곽부 부직포 제조 불가
비교예 6 ○ 중심부 부직포와 외곽부 부직포 접착 불가
상기 표 2의 결과를 보면, 본 발명에 따른 실시예의 부직포는 비교예에 비하여 자동차 언더커버용 플레이트에서 요구하는 기계적 특성과 흡음 특성이 모두 충족됨을 알 수 있다.
이를 상세히 살펴보면, 부직포를 구성하는 제1필라멘트의 중공 비율이 20 % 미만이면(비교예 1) 필라멘트 내 중공이 형성이 잘 되지 않고 형성된 중공이 변형되며, 50 %를 초과하면(비교예 2) 중공 형태를 유지하기 어렵고 절사가 발생하여 중심부 부직포의 웹 형성이 불가하였다.
또한, 중심부 부직포에서 제2필라멘트 함량이 10 wt% 미만이면(비교예 3) 제1필라멘트들을 결속하는 결착력이 약하여 기계적 강도(굴곡강도, 박리강도)가 부족하고, 50 wt%를 초과하면(비교예 4) 부직포의 형태를 유지하는 제1필라멘트의 비율이 상대적으로 감소하므로 굴곡강도가 저하되는 결과를 가져왔다.
외곽부 부직포에서 제2'필라멘트 함량이 50 wt%를 초과하면(비교예 5) 상대적으로 제1'필라멘트의 비율이 감소하여 부직포가 제대로 형태를 유지하지 못하였고, 20 wt% 미만이면(비교예 6) 외곽부 부직포가 중심부 부직포와 잘 접착되지 않아서 자동차의 언더커버용 완제품 형태로 제조되지 않았다.
본 발명에 따른 부직포는 기계적 강도와 흡음율이 우수하고 다공구조를 가져서 경량으로 제조할 수 있으므로 자동차 언더커버용 플레이트에 최적화된 성능을 발휘할 수 있으며, 제조방법을 단순화하여 작업성 및 가격경쟁력이 우수하므로 관련산업에 유용하게 활용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 융점이 255 ℃ 이상인 폴리에스테르 소재의 중공사 제1필라멘트 50~90 wt%에 융점이 190 ℃ 이하인 폴리에스테르 소재의 일반사 제2필라멘트 10~50 wt%가 용융 혼합된 중심부 부직포;의 양면에, 융점이 255 ℃ 이상인 폴리에스테르 소재의 일반사 제1'필라멘트 50~80 wt%에 융점이 190 ℃ 이하인 폴리에스테르 소재의 일반사 제2'필라멘트 20~50 wt%가 용융 혼합된 외곽부 부직포;가 접착되어 있는, 경량화와 흡음성이 향상된 부직포.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1필라멘트의 중공비는 20~50 %인 것을 특징으로 하는, 경량화와 흡음성이 향상된 부직포.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1필라멘트, 제2필라멘트, 제1'필라멘트 및 제2'필라멘트는 3~9 데니어의 섬도를 가지는 것을 특징으로 하는, 경량화와 흡음성이 향상된 부직포.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 중심부 부직포의 평량은 1000~1500 g/㎡이고 외곽부 부직포의 평량은 10~50 g/㎡인 것을 특징으로 하는, 경량화와 흡음성이 향상된 부직포.
  5. 융점이 255 ℃ 이상인 폴리에스테르를 방사하여 중공사 제1필라멘트를 제조하는 단계;
    융점이 190 ℃ 이하인 폴리에스테르를 방사하여 일반사 제2필라멘트를 제조하는 단계;
    상기 제1필라멘트와 제2필라멘트를 웹 적층하고 니들펀치 후 열접착하여 제1필라멘트:제2필라멘트=50~90:10~50 wt%인 중심부 부직포를 형성하는 단계;
    융점이 255 ℃ 이상인 폴리에스테르를 방사하여 일반사 제1'필라멘트를 제조하는 단계;
    융점이 190 ℃ 이하인 폴리에스테르를 방사하여 일반사 제2'필라멘트를 제조하는 단계;
    상기 제1'필라멘트와 제2'필라멘트를 웹 적층하고 열접착하여 제1'필라멘트:제2'필라멘트=50~80:20~50 wt%인 외곽부 부직포를 형성하는 단계; 및
    상기 중심부 부직포 양면에 외곽부 부직포를 적층하고 가압 가열하여 열접착시키는 단계;를 포함하는, 경량화와 흡음성이 향상된 부직포의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1필라멘트, 제2필라멘트, 제1'필라멘트 및 제2'필라멘트는 방사속도 4500~5000 m/min이 되도록 연신되어 3~9 데니어의 섬도를 가지는 것을 특징으로 하는, 경량화와 흡음성이 향상된 부직포의 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 외곽부 부직포의 열접착은 엠보싱 또는 평면으로 형성되고 180~210 ℃로 가열된 캘린더 롤에 제1'필라멘트와 제2'필라멘트가 적층된 웹을 통과시켜 외곽부 부직포를 형성한 후 중심부 부직포 양면에 상기 외곽부 부직포가 접하도록 적층하고 190~220 ℃로 가압 가열하는 것을 특징으로 하는, 경량화와 흡음성이 향상된 부직포의 제조방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 중심부 부직포의 평량은 1000~1500 g/㎡이고 외곽부 부직포의 평량은 10~50 g/㎡인 것을 특징으로 하는, 경량화와 흡음성이 향상된 부직포의 제조방법.
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