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KR910008871B1 - 향상된 음흡(sound-absorbing)특성을 갖는 헤드라이너(headliner) - Google Patents

향상된 음흡(sound-absorbing)특성을 갖는 헤드라이너(headliner) Download PDF

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KR910008871B1 KR1019890008669A KR890008669A KR910008871B1 KR 910008871 B1 KR910008871 B1 KR 910008871B1 KR 1019890008669 A KR1019890008669 A KR 1019890008669A KR 890008669 A KR890008669 A KR 890008669A KR 910008871 B1 KR910008871 B1 KR 910008871B1
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보웬 주니어 데이비드
스코트 홀트롭 제임스
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몬산토 캄파니
아놀드 하비 콜
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Abstract

내용 없음.

Description

향상된 음흡(sound-absorbing)특성을 갖는 헤드라이너(headliner)
본 발명은 열성형이 가능한 라미네이트(적층판; laminate)에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 여러가지의 바람직한 특성뿐만 아니라 음흡특성이 향상된 열성형이 가능한 라미네이트에 관한 것으로서, 이 라미네이트들은 자동차용 헤드라이너(headliner)를 제조하는데 특히 적합하다. 자동차용 헤드라이너로서 사용되는 라미네이트들은 통상적으로 자동차의 내부와 직면하는 면과 결합된 직물(fabric)을 가지는 포말로된 폴리머 시이트(판; sheet)를 포함한다. 라미네이트가 기체효율을 위한 자동차 헤드라이너의 제조에 사용되며, 소형자동차들은 일부 특성들의 적절한 균형(balance)을 갖어야만 한다는 것은 자동차산업계에서는 일반적으로 인식되어 있다. 특히, 라미네이트들은 (1) 비용, (2) 중량, (3) 두께, (4) 음흡성, (5) 성형성, (6) 주변환경에 대한 안정성들의 적절한 균형을 가져야만 한다. 물론, 비용은 가능한한 적게들어야만 하고 중량은 최대의 주행거리를 제공하도록하기 위하여 가능한한 가벼워야만 한다. 라미네이트판을 루프바우(roof bows) 사이에 채우는 경우에 내부의 윗공간을 최대로 제공하도록 하기 위하여 두께는 변화시킬 수 있어야 하며, 음흡성은 승차시 가능한한 조용하도록 하기 위해서 가능한한 높아야 한다. 따라서 라미네이트에 더 많은 물질(예를들면, 직물)을 첨가하는 것은 통상적으로 헤드라이너의 음흡성을 증가시키는 반면에 라미네이트의 비용, 중량과 두께도 더욱 증가시키게 된다.
라미네이트는 최소의 치수나 두께로 된 어떤 오목하게 들어간 부분을 가지는 형태(헤드라이너)로 성형가능해야만 한다. 이러한 최소치수의 부분은 헤드라이너가 자동차에 부착되는 곳에서(예를들면, 헤드라이너의 바깥쪽둘레를 따라서) 내부의 장치(trim)하에서 헤드라이너의 설치를 용이하게 하기 위하여 필요하며, 자동차의 루프바우와 같이 헤드라이너가 자동차와 접촉되는 포인트(point)에 설비하기 위해서 필요하며, 도움 라이트(dome light), 차양판(sun visor)과 같은 내부부품을 헤드라이너에 장치할 수 있도록 하기 위해서 필요하다. 오목하게 들어간 부분은 지정된 부분을 요하는 최소치수로 압축하는 기계적인 가압장치에 의하여 라미네이트를 성형하는 동안에 제조된다. 물론 성형된 라미네이트는 최소치수의 오목하게 들어간 부분이 유지될 수 있게 하는 것이 중요하다. 따라서 라미네이트중의 직물성분의 밀도는 성형하는 동안에 라미네이트 포말성분의 팽창작용의 압력에 저항하기에 충분하도록 커야만 하지만, 모울드(mold)의 기계적인 압력작용에 의하여 요하는 최소치수로 압출될 수 있도록 충분히 낮아야 한다. 그러나, 과도한 직물 밀도는 라미네이트의 음흡성을 감소시키기 때문에 바람직하지 않다. 또한 라미네이트(헤드라이너)는 주변환경요인에 대하여 안정해야만 한다. 예를들어, 하절기 몇달동안에 자동차 내부의 온도가 예를들면 85℃에 도달하게 될때까지도 늘어지거나 쳐지지 않아야만 한다.
자동차용 헤드라이너를 제조하기 위하여 사용하기에 적합한 것으로서 종래기술에서 설명된 열성형할 수 있는 라미네이트는 포말로된 열가소성 폴리머(예, 포말로된 폴리스티렌)로 된 판과 판의 일면이나 양쪽면에 연결되며 수지로 포화된 직조되지 않은 (non-woven) 직물층을 포함한다. 그러나, 이들 라미네이트들은 일부의 바람직한 특성을 갖지만, 이들은 상술한 바와 같이 특성들의 적절한 균형을 갖지 못한다. 예를들면, 직물의 수지성분이 성형하는 동안에 라미네이트를 조밀하게 하고, 이 효과로 음을 흡수하기 보다는 오히려 반사하기 때문에 라미네이트는 단지 보통의 음흡성만을 갖는다.
본 발명에 의한 라미네이트는 상술한 6가지 특성들의 적당한 균형을 갖으며 특히, 탁월한 음흡성과 성형성을 갖는 열성형이 가능한 라미네이트이다. 본 발명의 라미네이트는 적당히 포말된 열가소성 폴리머판의 적어도 한면에 연결된 비 직조된 직물(음향상의 패드(pad))의 층을 포함한다. 비 직조된 직물은 고용융 스테이플(staple) 섬유와 저용융 스테이플 결합제 섬유로된 혼합물을 포함한다. 직물과 열가소성 폴리머의 제조에 사용된 섬유성분의 신중한 선택에 의하여 라미네이트로부터 열 성형된 헤드라이너의 성능과 비용은 자동차에 있어서 최대로 필요한 것에 적당한 범위이상으로 변할 수 있다.
본 발명에서 사용된 ″고용융 스테이플 섬유″라는 용어는 약 204℃ 이하의 온도에서는 용해되지도 않고, 분해되지도 않으며, 끈적끈적하게 되지 않는 섬유를 의미하며, ″저용융 스테이플 결합제 섬유″라는 용어는 약 90℃ 이상 내지 200℃ 이하, 바람직하게는 107℃-177℃ 사이의 용융점을 갖는 섬유를 의미한다.
다음은 헤드라이너를 가능한한 가볍게 하기 위하여 최소의 치수이어야 하며 음흡성이 이루어지기 어려운 소형차용 헤드라이너를 제조하기 위한 본 발명 라미네이트의 사용을 설명하는 것이다. 물론, 본 발명의 라미네이트는 자동차문 패널(panel)과 포장용 상자와 같은 다른 적당한 용도로도 사용될 수 있다.
본 발명 라미네이트의 직조되지 않은 직물층성분은 5-25 oz/yd2(170-848g/㎠) 범위의 중량을 갖는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 10-18oz/yd2(340-611g/㎠) 범위내의 중량을 갖는 것이고, 직물은 저용융 스테이플 결합제 섬유와 고용융 스테이플 섬유로된 혼화물을 포함한다. 본 발명의 실시에 유용한 대표적인 고용융 스테이플 섬유들은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)섬유, 아크릴섬유, 나일론섬유와 같은 폴리에스테르섬유, 종이를 제조하는데 사용되는 형태의 셀룰로오즈섬유와 같은 셀룰로오즈섬유, 또는 고용융섬유들의 혼합물을 포함한다. 본 발명 실시에 사용하기에 적당한 저용융 스테이플 결합제 섬유는 폴리에틸렌섬유, 폴리프로필렌섬유, 일부의 폴리에스테르섬유와 훽스트/셀라니스 셀
Figure kpo00001
덮개/코아섬유와 같은 다성분의 섬유 또는 이 섬유들의 혼합물들을 포함한다.
고용융 스테이플 섬유의 평균 데니어(denier)는 1-15 사이의 범위, 바람직하게는 3-8 사이의 범위이며, 길이는 0.5-6인치(1.2-15.2㎝) 범위이며 1.25-5인치(3.0-12.7㎝) 범위가 특히 바람직하다. 고용융 스테이플 섬유의 데니어와 길이를 선택하여 라미네이트에 최적의 특성균형 특히, 음흡성과 강성이 부여되도록 한다. 일반적으로 직물의 두께가 일정하다면, 직물의 섬유 데니어가 증가됨에 따라 헤드라이너의 강성은 증가되지만 음흡성은 감소된다. 저용융 스테이플 결합제 섬유의 데니어와 길이는 중요하지 않으며, 라미네이트의 음흡성 및 다른 중요한 특성들에 역효과를 나타내지 않는 어떠한 값(value)이라도 될 수 있다. 만약 필요하다면, 저용융 스테이플 결합제 섬유의 데니어와 길이는 고용융 스테이플 섬유의 데니어 및 길이와 동일할 수도 있다.
저용융 스테이플 결합제 섬유의 용융점, 저용융 스테이플 결합제 섬유대 고용융 스테이플 섬유의 비는 120℃-150℃ 사이의 온도범위에서 라미네이트를 열성형하는 동안에 섬유가 5lbs/in2(3515.5㎏/㎡)이나 그 이상의 압축력으로 처리되는 라미네이트의 부분을 제외하고는 직물이 조밀하게 되지 않는(즉, 폭신폭신하게 남아 있는) 범위에서 선택한다. 일반적으로 스테이플 섬유의 2 내지 20wt%(바람직하게는 5 내지 15wt%)는 저용융 스테이플 결합제 섬유로 구성되어야만 한다.
본 발명 라미네이트의 본질적인 특성은 열성형조건하에서 적어도 5lbs/in2(3515.5㎏/㎡) 압축압력으로 처리될 때에만 직물층의 저용융 스테이플 결합제 섬유가 압축성있게 결합된다는 것이다. 따라서 최소치수이고 경량의 헤드라이너인 경우에 있어서, 저용융 스테이플 결합제 섬유는 20-49mils(0.5 내지 1.0㎜)의 두께로 성형하는 동안에 압축된 헤드라이너의 오목하게 들어간 부분에서만 음향성의(acoustic) 직물과 결합한다. 상술한 바와 같이 이러한 부분은 자동차에 부착되는 헤드라이너 바깥 둘레의 부분과 자동차등의 루프 바우(roof bows)와 접촉되는 헤드라이너의 폭을 따르는 부분을 포함한다. 성형이 상당한 치수 감소를 일으키기에 충분한 힘에 미치지 못하는 헤드라이너의 부분에서 직물은 완전히 폭신폭신하게 남아 있으며, 구조가 개방되고 음흡성을 유지한다.
상술한 스테이플 섬유의 혼화물 뿐만 아니라 비직조된 직물은 다른 스테이플 섬유들을 포함하여 라미네이트의 음흡성에 역으로 영향을 미치지 않는 다른 물질들을 포함할 수도 있다. 라미네이트는 원하는 헤드라이너 형태로 전달할때 직물섬유들은 공기를 갖게(borne)되며, 이러한 공기를 갖는 유리섬유들은 불유쾌하고 위험한 작업조건을 만들기 때문에 직물은 유리섬유를 포함하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명 라미네이트의 포말로된 열가소성 폴리머시이트(sheet) 성분은 열성형 가능한 포말을 형성할 수 있는 합성수지로부터 통상의 방법에 따라서 제조될 수 있다. 이러한 목적에 유용한 바람직한 합성수지들은 폴리스티렌과 이들의 공중합체, 폴리올레핀, 폴리에스테르와 나일론을 포함한다. 특히, 스티렌-말레익 무수물 공중합체들은 폴리스티렌보다도 더높은 연화점과 용융점을 갖기 때문에 바람직하다. 포말조절제등과 같은 통상의 첨가제들을 포말형성수지 제조에 혼합할 수도 있다.
직물층을 포말로된 열가소성 폴리머 시이트에 결합시키기 위해서는 통상적으로 사용되는 아크릴점착제와 같은 점착제를 사용하거나 또는 용융결합과 같은 통상의 방법을 사용할 수 있다.
소형자동차용 최소치수의 헤드라이너를 제조하기에 유용한 본 발명의 라미네이트들은 전형적으로 3-10㎜ 범위의 두께인 직물층을 가지면서 8-22㎜ 범위의 두께로 제조될 수 있다. 라미네이트는 통상의 기술을 사용하여 원하는 헤드라이너 형태로 절단하거나 열성형할 수도 있다. 열성형공정에 있어서, 라미네이트는 예를들어, 포말이 팽창되기 시작하고 라미네이트가 유연성을 갖기에 충분한 기간동안에(예를들어, 6-30초동안), 260-325℉(127℃-163℃) 범위의 온도로 가열한 다음, 라미네이트를 잘 결합시킨 (matched) 주형(mold)에 넣고 주형의 형태나 윤곽에 따라 열성형한다. 주형을 식히거나 실온으로 되게 한다. 주형의 형상에 따라 최소치수 포인트(point)에서는 직물층이 압축되어서 두께가 약 20-40mils(0.5-1.0㎜)이 되는 반면에 다른 포인트에서는 실질적으로 압축이 되지 않는다. 사실상, 다른 포인트에서 포말은 주형공동(cavity)을 채울 수 있도록 팽창된다. 직물에 결합되도록 열성형하는 동안에 라미네이트가 충분히 압축되는 포인트에서는 음흡성이 다른 포인트에서 보다 낮을 것이다. 반면에, 라미네이트의 전체표면중 매우 작은 부분만이 저용융결합제 섬유가 원하는 최소치수로 직물에 결합되는 정도로 압축된다.
본 발명의 라미네이트들은 또다른 부가성분을 포함할 수 있다. 예를들어 트림(trim)직물이나 다른 직물층을 음향성의(acoustical) 직물층에 결합시킬 수 있다. 트림직물은 자동차의 내부와 면하게 되며, 대개는 부드럽고, 소형차의 내부트림과 조화를 이루며, 예를들어 부가의(attached) 폴리우레탄 포말을 지닌 나일론 트리코트 니트(nylon tricot knit)로서 제조된다. 또한, 부가적인 층들은 라미네이트를 재강화하기 위하여 직물층에 결합시킬 수 있으며/또는 직물층을 포말로된 시이트와 트림직물사이에 설치할 수 있다. 뿐만 아니라 부가적인 복합강도(composite strength)를 부가할 목적으로 또는 일부의 다른 특성을 증진시키기 위하여 음향성의 직물층으로부터 포말로된 층의 반대쪽에 일부의 물질을 부착시킬 수도 있다.
다음의 실시예는 본 발명을 좀더 구체적으로 설명하는 것이다.
[실시예 1]
300mils(7.6㎜)의 두께를 가지는 포말성 열가소성 폴리머시이트를 제조하는데 스티렌-말레익 무수물 공중합체(Arco Chemical Co. 제품인 Dylark
Figure kpo00002
232수지)를 사용하였다. 특별히 제조된 비조직된 직물을 두께가 약 500mils(12.7㎜)를 가지는 라미네이트를 제조하기 위하여 아크릴 점착제를 사용하여서 시이트에 결합시켰다. 직물은 중량이 16oz/yd2(380.8g/㎠)이며, 두께가 200mils(5㎜)이고, 폴리에스테르 고용융 스테이플 섬유와 저용융 폴리프로필렌 스테이플섬유(중량비로 85:15)의 혼화물로 구성된 것이다.
혼합물의 직물은 10.16㎝의 길이이었고 5데니어이었다. 라미네이트 구조물(structure)을 절단하고 드라이 폴(Dry Poll) 열성형기내에서 소형 승형차용 헤드라이너 형태로 열성형하였다. 이 구조물을 가열기부위내에서 20초동안 유지시켜, 표면온도를, 260℉(127℃-163℃)의 범위에 도달하게 한다음, 가열된 시이트를 70℉(21℃)로 조절되어 있는 결합된 주형내로 옮겨 주형을 닫고 5초후에 주형을 열어 헤드라이너를 제거하였다. 냉각된 라미네이트는 층간박리나 크랙킹(cracking)의 흔적이 없는 양호한 3차원 선명도(three-dimensional definition)을 갖는다. 팽창하고 주조된 라미네이트는 최대두께를 갖는 부분은 600mils(16.8㎜)의 두께이었고, 최소치수포인트에서는 150mils(5㎜)이었다. 최소치수포인트 이외에서 직물층은 일반적으로 폭신폭신하며, 개방된 구조이고, 양호한 음흡성을 갖는 음향성의 특징을 나타낸다. 또한, 상술한 라미네이트는 주변환경에 대한 안정성을 갖는다. 즉, 양호한 강성을 갖고, 1시간동안 100℃로 가열처리시 이의 형태를 유지하였다(늘어지지 않는다).

Claims (11)

  1. 포말로된 열가소성 폴리머시이트의 적어도 한면에 용융점이 90℃ 이상 내지 200℃ 이하이며, 혼화물중에 2-20wt%가 포함되고, 라미네이트를 열성형하는 동안에 120℃ 내지 160℃ 범위의 온도와 5psi(3515.5㎏/㎡)의 압력하에서 처리하지 않으면 직물에 결합되지 않은 섬유로부터 선택된 저용융 스테이플 결합제 섬유와 400℉(204℃) 이하에서는 용융되지도 않고 분해되지도 않으며 끈적끈적하게 되지도 않고, 평균 데니어는 1 내지 15의 범위이며, 길이는 0.5 내지 6인치(1.2-15.2㎝) 범위이고, 상술한 데니어와 길이는 열성형후에 음흡성과 강성의 원하는 균형을 가지는 라미네이트가 제공되도록 선택된 고용융 스테이플 섬유로 된 혼합물을 포함하고 5 내지 25oz/yd2(170-848g/㎠) 범위의 중량을 갖는 비직조된 직물이 결합된 구조로서, 비직조된 직물의 음향성(acoustical)층을 포함함을 특징으로 하는 열성형이 가능한 라미네이트.
  2. 제1항에 있어서, 열가소성 폴리머는 폴리스티렌 공중합체임을 특징으로 하는 라미네이트.
  3. 제2항에 있어서, 공중합체는 스티렌-말레익 무수물 공중합체임을 특징으로 하는 라미네이트.
  4. 제1항에 있어서, 고용융 섬유는 폴리에스테르 섬유나 아크릴섬유 또는 이들의 혼합물임을 특징으로 하는 라미네이트.
  5. 제1항에 있어서, 저용융결합제 섬유는 폴리올레핀섬유, 폴리에스테르섬유 또는 폴리올레핀/폴리에스테르 다성분 섬유임을 특징으로 하는 라미네이트.
  6. 제1항에 있어서, 직물은 10 내지 18oz/yd2(340 내지 611g/㎠) 범위의 중량을 가짐을 특징으로 하는 라미네이트.
  7. 제6항에 있어서, 직물의 저용융섬유는 107℃ 내지 177℃ 범위의 용융점을 가짐을 특징으로 하는 라미네이트.
  8. 제7항에 있어서, 고용융 섬유는 3 내지 8 범위의 평균 데니어를 가짐을 특징으로 하는 라미네이트.
  9. 제8항에 있어서, 직물의 섬유는 1.25 내지 5인치(3 내지 12.7㎝) 범위의 길이를 가짐을 특징으로 하는 라미네이트.
  10. 제9항에 있어서, 직물의 섬유중 5 내지 15wt%가 저용융 결합제 섬유로 이루어진 것임을 특징으로 하는 라미네이트.
  11. 제6항에 있어서, 혼화물의 모든 스테이플 섬유는 동일한 데니어와 길이를 가짐을 특징으로 하는 라미네이트.
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