KR20200061612A

KR20200061612A - 샌드위치 패널 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20200061612A
Application number: KR1020180147120A
Authority: KR
Inventors: 김원; 이명; 유다영; 임지원; 노상현; 송동민
Original assignee: (주)엘지하우시스
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2020-06-03

Abstract

본 발명은 케나프 섬유를 포함하는 부직 섬유 구조의 코어층; 상기 코어층의 일면 이상에 적층된 스킨층; 및 상기 코어층과 스킨층을 접착하는 접착층을 포함하는 샌드위치 패널 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

샌드위치 패널 및 그의 제조방법{A SANDWICH PANEL AND A MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 샌드위치 패널 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

통상의 샌드위치 패널은 금속 패널과 유사한 구조 강성을 가지면서도 경량화에 효과적이기 때문에 건축용 자재 등 다양한 분야에 사용되고 있다.

이러한 샌드위치 패널은 알루미늄, 철 등으로 형성된 스킨층 사이에 코어층을 형성하여 패널의 물성을 조절한다. 예를 들어, 코어층에 발포 수지 소재를 이용하여 패널의 경량화 효과를 높이거나, 일반 수지, 복합재 또는 발사우드(balsa wood) 소재를 이용하여 패널의 기계적 강도를 높인다.

그러나, 이와 같은 샌드위치 패널은 경량화 및 기계적 강도가 충분하지 못하고, 연신이 우수하지 못해 제품 적용에 한계점이 있다. 또한, 스킨층과 코어층 사이에 접착제를 도포하여 패널을 형성하는 경우, 층간 결합력이 약하여 가공시 성형성이 좋지 못한 문제점이 있다.

본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 특허공개 제 10-2017-0140111호가 있으며, 상기 문헌에는 샌드위치 패널 및 그의 제조방법이 개시되어 있다.

그러나, 상기 샌드위치 패널의 경우, 고밀도이고 높은 굴곡강도, 인장강도 등의 물성을 확보하였으나, 패널의 전단 강성이나 처짐 정도에 문제가 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2017-0140111호, 샌드위치 패널 및 그의 제조방법

본 발명자들은 상기 문제를 해결하기 위해, 샌드위치 패널의 심재로 사용하는 부직포의 제조 시에 케나프 섬유를 혼합한 후 니들 펀칭 공정을 진행하여 제조된 샌드위치 패널에 관하여 연구하였고, 그 결과 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 샌드위치 패널 제조 시에 천연섬유의 인장물성에 영향을 미치는 결정성 고분자인 셀룰로오스 비율이 높아 인장물성이 높은 케나프 섬유 소재를 이용해 보다 낮은 밀도에서 심재의 기계적 강도를 향상시키면서도, 심재와 스킨층 사이의 접합력이 향상되어 전단 강성이 향상되고 처짐 정도가 개선된 샌드위치 패널을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해,

본 발명은 케나프 섬유를 포함하는 부직 섬유 구조의 코어층; 상기 코어층의 일면 이상에 적층된 스킨층; 및 상기 코어층과 스킨층을 접착하는 접착층을 포함하는 샌드위치 패널을 제공한다.

또한, 본 발명은 a) 폴리프로필렌 섬유 및 케나프 섬유를 혼합한 후, 가열 및 가압하여 부직 섬유를 준비하는 단계; b) 상기 부직 섬유에 분당　펀칭　횟수 300 내지 1000회,　부직포의　이동속도 1 내지 8 m/min,　펀칭　밀도 100 내지 500 punches/cm² 로 니들 펀칭 공정을 진행하는 단계; c) 상기 코어층의 일면 이상에 접착층을 형성하는 단계; 및 d) 상기 접착층 상에 스킨층을 형성하는 단계;를 포함하는, 샌드위치 패널의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 샌드위치 패널은, 샌드위치 패널의 심재로 사용하는 부직포의 제조 시에 케나프 섬유를 혼합하고, 니들 펀칭의 조건을 한정하여 제조된 샌드위치 패널을 통하여, 보다 낮은 밀도에서 심재의 기계적 강도를 향상시키면서도, 심재와 스킨층 사이의 접합력이 향상된 샌드위치 패널을 제공함으로써, 가전용 구조재 (TV백커버, 세탁기용 보드 등), 건축용 내외장 보드, 자동차 내외장재, 기차/선박/항공기용 내외장재, 각종 칸막이용 보드, 엘레베이터 구조재 등에 사용하기에 적합하다.

도 1은 본 발명에 따른 샌드위치 패널을 개략적으로 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 샌드위치 패널의 코어층의 표면을 촬영한 사진이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 샌드위치 패널에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 샌드위치 패널은, 케나프 섬유를 포함하는 부직 섬유 구조의 코어층 (10); 상기 코어층의 일면 이상에 적층된 스킨층(20); 및 상기 코어층과 스킨층을 접착하는 접착층(30)을 포함한다.

본 발명자들의 실험 결과, 종래의 샌드위치 패널의 경우, 천연섬유의 인장물성에 영향을 미치는 결정성 고분자인 셀룰로오스 비율이 높아 인장물성이 높은 케나프 천연 섬유에 비해 섬유 길이가 짧고 굴곡강도나 인장 강도 등의 6물성이 떨어지게 되고, 특히 패널의 전단 강성이나 처짐 정도에 문제가 있어, 가전용 구조재 (TV백커버, 세탁기용 보드 등), 건축용 내외장 보드, 자동차 내외장재, 기차/선박/항공기용 내외장재, 각종 칸막이용 보드, 엘레베이터 구조재 등에 사용하는데 개선이 필요성이 있었다.

그러나 본 발명자들은, 섬유 심재를 사용하여 높아진 표면 조도로 전단강성을 향상시키고 섬유 연신율을 이용하여 성형성을 부여하며 비강성이 높은 천연섬유와 폴리프로필렌 합성 섬유를 이용하여 처짐 정도가 개선된 경량 샌드위치 패널을 제조함으로써, 생활 자재나 산업 자재 등으로 사용하는데 적합한 샌드위치 패널을 제조하기에 이르렀다.

코어층

본 발명에 따른 샌드위치 패널은 케나프 섬유를 포함하는 부직 섬유 구조의 코어층(10)을 포함한다.

본 발명에 따른 샌드위치 패널의 코어층(10)은, 케나프 섬유 및 바인더를 포함하는, 부직 섬유 구조로 이루어진다.

본 발명에 있어서 '부직 섬유 구조'라 함은, 웹(Web)상 또는 시트(Sheet)상의 섬유집합체를 접착체로 접착시키거나, 열가소성 섬유를 이용하여 접착시킨 것을 말하며, 본 발명에 따른 코어층은 섬유가 서로 엉켜 있는 부직 섬유 구조를 가지고 있기 때문에, 상기 케나프 섬유의 전부 또는 일부는 상기 바인더에 의하여 융착되고, 따라서 상기 코어층 내에는 자연 기공이 포함되어, 통기성이 양호해지고, 경량화를 향상시킬 수 있다. 즉, 섬유들이 서로 엉키면서 형성된 자연 기공을 가지기 때문에, 발포제와 같은 첨가제에 의해 인위적으로 기공을 형성하는 경우와 달리 비발포성 코어이므로, 제조비용을 절감할 수 있으며, 발포 공정을 생략할 수 있어 공정 효율도 높일 수 있다.

본 발명에 따른 코어층에는 폴리프로필렌(PP) 섬유가 추가로 포함될 수 있다. 상기 폴리프로필렌 섬유로는 당해 업계에서 통상적으로 사용하는 것을 사용할 수 있다. 상기 폴리프로필렌 섬유의 평균 길이는 30~150mm인 것이 바람직하다, 상기 섬유의 평균 길이가 30mm 미만인 경우, 섬유의 길이가 짧아 연신율이 높은 효과를 기대하기 어려울 수 있다. 반대로, 150 mm를 초과하는 경우, 서로 엉클어지는 섬유의 함량이 많아지기 때문에 코어층의 틈이 차지하는 공간이 감소될 수 있다. 또한, 150 mm를 초과하는 경우, 코어층의 제조 시, 섬유의 분산이 원활하게 이루어지지 않아, 코어층의 물성이 저하될 수 있다.

또한, 상기 폴리프로필렌(PP) 섬유는 강도(tenacity)가 3.0 이상이고, 섬도가 3.0 내지 4.0g/denier 범위인 것을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 코어층에는 케나프 섬유가 포함된다. 상기 케나프 섬유는 1년생 아열대성 식물로서 기존 식물의 5배 이상의 이산화탄소 분해 능력과 수질정화 작용을 갖고 있어 친환경 소재로의 이용 가치를 이미 인정받은 섬유 소재이다. 상기 케나프 섬유의 밀도는 1.3 내지 1.5 g/cm³ 일 수 있다. 또한, 상기 케나프 섬유의 섬도는 2 내지 25 denier일 수 있다. 또한, 상기 섬유의 길이는 0.5 내지 200mm 일 수 있다. 상기 케나프 섬유의 섬도가 상기 범위를 만족하는 경우, 폴리프로필렌 섬유와의 분산성이 증가하여 섬유간 결속이 균일하게 분포하고 섬유간 접점이 증가하는 장점이 있고, 길이가 상기 범위를 만족하는 경우 동종 섬유간 접점이 감소하고 이종 섬유간 접점이 증가하는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 코어층에 포함되는 케나프 섬유는 전체 코어층 총중량 대비 10 내지 70 중량%로 포함될 수 있다. 상기 케나프 섬유의 포함량이 10 중량% 미만이면 강성의 구조적인 보완이 줄어들어 굴곡강성의 저하될 수 있고, 70 중량 %를 초과하면 바인더의 함량이 적어 섬유간 접합 정도가 줄어들어 굴곡강성 및 박리강도에 문제가 생길 수 있다.

상기 코어층에 포함되는 상기 바인더는, 웹(Web)상 또는 시트(Sheet)상의 섬유집합체를 접합시킬 수 있는 구조라면 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 폴리프로필렌 수지일 수 있다.

본 발명에 따른 코어층에 포함되는 케나프 섬유의 전부 또는 일부는 상기 바인더에 의하여 융착되고, 상기 바인더는 녹는점이 170℃ 이상일 수 있다.

본 발명에 따른 코어층은 겉보기 밀도가 0.3~0.9g/cm³이다. 상기 밀도 범위를 만족하기 때문에 대형 화물의 포장 재료 등에 사용하기에 충분한 기계적 강도를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 상기 코어층은, 상기와 같은 기계적 강도를 만족하기 때문에, 샌드위치 패널에 포함되어, 가전용 구조재(TV백커버, 세탁기용 보드 등), 건축용 내외장 보드, 자동차 내외장재, 기차/선박/항공기용 내외장재(칸막기 등의 보드), 각종 칸막이용 보드, 엘레베이터 구조재 등으로 사용할 수 있게 된다.

이외에, 본 발명에 따른 상기 코어층은, 유리섬유, 탄소 섬유, 고분자 섬유 등과 같은 충진제를 더 포함할 수 있다. 또한, 브롬계 유기 난연제 등과 같은 난연제를 더 포함할 수도 있다. 이 외에도 충격보강제, 열안정제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 상기 코어층의 제조방법은 하기와 같은 방법에 의해 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 코어층의 제조방법은, a) 폴리프로필렌 섬유 및 케나프 섬유를 혼합한 후, 가열 및 가압하여 부직 섬유를 준비하는 단계; b) 상기 부직 섬유에 분당 펀칭 횟수를 300 내지 1000회로, 부직포의 이동속도를 1 내지 8 m/min로, 펀칭 밀도를 100 내지 500 punches/cm² 로 니들 펀칭 공정을 진행하는 단계;를 포함할 수 있다.

먼저 a) 단계에서는, 폴리프로필렌 섬유 및 케나프 섬유를 혼합한 후, 가열 및 가압하여 부직 섬유를 준비한다. 구체적으로 부직 섬유를 준비하기 위하여, (A) 폴리프로필렌 섬유; 및 (B) 케나프 섬유;를 혼합한 후, 가열 및 가압하여 부직 섬유를 제조한다.

이 때, (A) 폴리프로필렌 섬유 및 (B) 케나프 섬유를 9:1 내지 3:7의 중량비로 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 (A) 폴리프로필렌 섬유 및 (B) 케나프 섬유의 함량이 상기 범위를 만족하지 못하는 경우 바인더 부족으로 섬유간 접합이 부족하여 박리강도와 굴곡 강성이 줄어드는 문제가 있다.

이 후, b) 단계에서는, 상기 부직 섬유를 혼합 한 후, 니들펀칭 공정을 수행하여 부직포를 제조할 수 있다.

상기 니들펀칭 공정은, 상기 혼합된 부직 섬유에 분당 펀칭 횟수를 300 내지 1000회로, 부직포의 이동속도를 1 내지 8 m/min로, 펀칭 밀도를 100 내지 500 punches/cm² 로 하여, 니들 펀칭 공정을 진행할 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 부직 섬유에 분당 펀칭 횟수를 400 내지 700회로, 부직포의 이동속도를 1.5 내지 6 m/min으로, 펀칭 밀도를 200 내지 400 punches/cm² 로 하여 니들 펀칭 공정을 진행할 수 있다.

상기 분당 펀칭 횟수가 300회 보다 적으면 부직 섬유간의 결착 정도가 떨어지는 문제가 있고, 1000회 보다 많으면 부직 섬유의 파단이 발생하는 문제가 있다. 또한, 상기 부직포의 이동속도가 1 m/min 보다 느리면 생산 속도가 너무 느려지는 문제가 있고, 8 m/min 보다 빠르면 펀칭 밀도의 조절이 용이하지 않은 문제가 있다. 또한, 상기 펀칭 밀도가 100 punches/cm²　보다　적으면　부직　섬유간의　결착 정도가　떨어지는　문제가　있고，500 punches/cm² 보다　많으면　부직　섬유의　파단이　발생하는　문제가　있다．

상기 니들펀칭 공정은 2회 이상 실시할 수 있다. 니들 펀칭 공정을 2회 이상 실시하게 되면, 층간 섬유들의 결착력을 증가시킬 수 있어, 층간 박리를 방지하는데 효과적이다.

상기 범위의 니들 펀칭 공정을 수행함에 따라서, 니들펀칭에 의한 물리적 결합력이 향상되어, 코어층의 인장 강도와 같은 물성이 향상되며, 이를 통하여 최종 제조된 샌드위치 패널의 전단 강성 강도와 처짐 정도가 향상될 수 있다.

구체적으로, 상기 부직 섬유를 혼합한 후 카딩기를 사용하여 카딩을 진행한 후, 상기 조건의 니들 펀칭 공정을 수행하여 800 내지 3500 gsm의 평량의 부직포를 제조한다.

이 후, 상기 제조된 부직포를 복수의 언와인딩 장치에 장착한 후, 가열 프레스로 이동시킨다. 이때, 제조된 부직포 2 내지 10장을 개수에 맞게 복수의 언와인딩 장치에 장착한 후, 코어층 제조를 위한 가열 프레스로 이동시킬 수 있다. 이렇게 복수의 언와인딩 장치를 사용하여 복수의 부직포를 사용하게 되면, 각각의 부직포의 두께가 얇아지기 때문에, 하나의 언와인딩 장치에 권취되는 부직포의 길이가 길어지게 된다. 따라서 연속적인 공정 중에 연속적으로 투입되는 부직포 사이를 이어주기 위한 연폭기의 사용 횟수를 줄일 수 있기 때문에, 공정을 단순화 시킬 수 있다는 장점이 있다.

이 후, 상기 가열 프레스로 이동된 복수의 부직포를 170 내지 210℃의 온도조건 및 1 내지 10 MPa의 압력조건에서 가열 및 가압하여 코어층을 제조한다.

상기 에서 사용되는 가열 프레스는, 통상 업계에서 사용하는 것이라면 특별한 제한은 없으며, 구체적인 일례로 더블 벨트 프레스(Double Belt Press) 등을 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 상기 코어층의 제조방법은,

상기 b) 단계의 니들 펀칭 공정을 진행한 후, 160 내지 210℃의 온도 조건에서 3 내지 10분간 예열하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

스킨층

본 발명에 따른 샌드위치 패널은 상기 코어층의 일면 이상에 적층된 스킨층(20)을 포함한다.

본 발명에 따른 샌드위치 패널의 스킨층(20)은 금속 재질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄, 철, 스테인레스강(SUS), 마그네슘 및 전기아연도금강판(EGI)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 일례로, 우수한 성형성 및 굴곡강성을 가지기 위해, 전기아연도금강판(EGI)을 포함하는 스킨층(20)을 샌드위치 패널에 적용할 수 있다. 또한, 경량화를 가지기 위해 알루미늄을 포함하는 스킨층(20)을 샌드위치 패널에 적용할 수 있다.

상기 스킨층(20)의 두께는 패널 전체의 두께 대비 6% 이하 일 수 있다. 종래의 샌드위치 패널의 스킨층은 심재의 기계적 강도가 떨어지는 관계로, 스킨층의 두께가 두꺼워야만 했으며, 이로 인하여 샌드위치 패널의 중량이 증거하게 되는 문제가 있었으나, 본 발명에 따른 샌드위치 패널은 심재의 기계적 강도가 개선됨에 따라서, 스킨층의 두께를 패널 전체의 두께 대비 6% 이하로 할 수 있으며, 이에 따라서 경량화를 할 수 있게 된다.

접착층

본 발명에 따른 샌드위치 패널은 코어층과 스킨층을 접착하는 접착층(미도시)을 포함한다.

본 발명에 따른 샌드위치 패널의 접착층은 상기 코어층(10)과 스킨층(20) 사이에 도포되어, 코어층(10)과 스킨층(20)를 접착하는 것이다. 상기 접착층은 점도를 고려하여 균일한 두께로 도포하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 코어층(10)과 스킨층(20)을 적층한 후, 경화시켜 샌드위치 패널을 제조할 수 있고, 또는 코어층(10)과 스킨층(20)을 적층한 후, 이를 열 압착하여 샌드위치 패널을 제조할 수 있다. 이때, 경화 또는 열압착하는 과정에서 접착제가 코어층(10)으로 파고 들어가면서, 코어층(10)을 이루는 성분들과의 화학적 결합뿐만 아니라, 기계적 결합에 의해 스킨층(20)과 코어층(10)의 접착력이 향상되는 효과가 있다. 상기 화학적 결합은 접착제가 코어층의 상부면, 하부면과의 공유 결합, 수소결합, 반데르발스 결합, 이온 결합 등이 되는 것을 의미한다.

상기 기계적 결합은 접착제가 코어층에 스며들어가면서 고리가 서로 걸려 있는 것처럼 물리적으로 걸려 있는 형태를 의미한다. 이러한 형태를 Mechanical interlocking이라고도 한다. 코어층(10)에 포함된 자연 기공에 의해, 접착제가 코어층 (10)의 상부면과 하부면에 스며든다.

상기 접착층을 이루는 접착제는 올레핀계 접착제, 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 및 에폭시계 접착제 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 올레핀계 접착제는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 비정질 폴리알파올레핀 접착제로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 우레탄계 접착제는 우레탄 구조(-NH-CO-O-)를 포함하는 접착제라면 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 아크릴계 접착제는 폴리메틸메타크릴레이트 접착제, 히드록시기 함유 폴리아크릴레이트 접착제 및 카르복시기 함유 폴리아크릴레이트 접착제 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 에폭시계 접착제는 비스페놀-A형 에폭시 접착제, 비스페놀-F형 에폭시 접착제, 노볼락 에폭시 접착제, 선형 지방족 에폭시 접착제 (Linear aliphatic epoxy resins) 및 고리형 지방족 에폭시 접착제(cycloaliphatic epoxy resins) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.

또한, 상기 접착제는 광경화성 접착제, 핫멜트형 접착제 또는 열경화성 접착제를 포함할 수 있고, 광경화 방법 및 열경화 방법 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 예를 들어, 스킨층, 코어층, 접착제가 포함된 적층물을 열경화시킴으로써, 샌드위치 패널을 제조할 수 있다. 상기 열경화는 에폭시 수지의 경화 온도인 50~110℃에서 대략 5분 내지 2시간 동안 수행될 수 있으며, 상온에서도 대략 1~10시간 동안 경화가 수행될 수도 있다.

상기 접착층은 대략 20~300㎛의 두께로 도포될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 접착층을 상기 스킨층(20)의 일면에 도포하는 방법은 다이 코팅법, 그라비아 코팅법, 나이프 코팅법 또는 스프레이 코팅법 중 선택된 어느 하나의 방법을 이용할 수 있다.

상기 접착층에 사용되는 또 다른 접착체는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 포함하는 제1접착층과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 포함하는 제2접착층을 포함할 수 있다.

상기 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)은 밀도가 0.940 내지 0.965g/cm³ 이고, 상기 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 0.910 내지 0.925 g/cm³ 일 수 있다.

상기 접착층을 구성하는 접착제는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 포함하는 제1접착층과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 포함하는 제2접착층을 형성할 수 있다면 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 필름 압출기를 사용하여 공압출하여 제조한다.

상기 접착층은 대략 20~300㎛의 두께로 도포될 수 있으며, 제1접착층과 제2접착층은 각각 10 내지 150㎛의 두께를 가지도록 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 제1접착층과 제2접착층의 두께는 동일할 수도, 상이할 수도 있다.

접착층 상에 스킨층을 형성하기 위하여, 접착층 상에 스킨층을 위치 시킨 후, 스킨층, 코어층, 접착제가 포함된 적층물을 열압착시킴으로써, 샌드위치 패널을 제조할 수 있다. 상기 열압착은 150 ~200℃에서 대략 3분 내지 10분 동안 2 내지 10 MPa의 압력으로 수행될 수 있다.

이 때, 코어층과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 접착제가 붙고, 스킨층과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 접착제가 맞붙도록 위치 시킨다. 이렇게 스킨층은 상대적으로 낮은 열로도 쉽게 잘 붙을 수 있도록 LDPE 접착제를 사용하고, 코어층의 경우에는 열에 의해 용융된 접착제가 코어 내부로 모두 스며들어 접착력을 발휘하지 못하는 것을 방지하기 위하여 HDPE 접착제를 사용함으로써, 각 구성들간의 접착력을 향상시킬 수 있다.

샌드위치 패널

본 발명에 따른 샌드위치 패널은 상기 스킨층(20), 코어층(10), 스킨층(20)이 순차적으로 적층되어 형성되며, 상기 코어층(10)과 스킨층(20) 사이에 접착층을 도포하여 제조된다. 상기의 구성들이 적층된 이후, 경화 및 압착단계가 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

구체적으로, 본 발명에 따른 샌드위치 패널의 제조방법은,

a) 폴리프로필렌(PP) 섬유 및 케나프 섬유를 혼합한 후, 가열 및 가압하여 부직 섬유를 준비하는 단계; b) 상기 부직 섬유에 분당　펀칭　횟수 300 내지 1000회,　부직포의　이동속도 1 내지 8 m/min,　펀칭　밀도 100 내지 500 punches/cm² 의 니들펀칭 공정을 진행하여 코어층을 제조하는 단계; c) 상기 코어층의 일면 이상에 접착층을 형성하는 단계; 및 d) 상기 접착층 상에 스킨층을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 a) 단계 및 b) 단계는 앞서 살펴본 코어층의 제조방법과 동일하다.

이 후, c) 단계에서는 상기 코어층의 일면 이상에 접착층을 형성한다.

상기 접착층은 대략 20~300㎛의 두께로 형성될 수 있으며, 제1접착층과 제2접착층은 각각 10 내지 150㎛의 두께를 가지도록 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 제1접착층과 제2접착층의 두께는 동일할 수도, 상이할 수도 있다.

이 후, d) 단계에서는 상기 접착층 상에 스킨층을 형성한다.

접착층 상에 스킨층을 형성하기 위하여, 광경화 방법, 열경화 방법 및 열압착 방법 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 예를 들어, 스킨층, 코어층, 접착제가 포함된 적층물을 열경화시키거나 열압착함으로써, 샌드위치 패널을 제조할 수 있다.

상기 열경화는 에폭시 수지의 경화 온도인 50~110℃에서 대략 5분 내지 2시간 동안 수행될 수 있으며, 상온에서도 대략 1~10시간 동안 경화가 수행될 수도 있다.

상기 열압착은 상기 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 포함하는 제1접착층과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 포함하는 제2접착층을 포함하는 접착제를 사용하는 경우, 접착층 상에 스킨층을 위치 시킨 후, 스킨층, 코어층, 접착제가 포함된 적층물을 열압착시킴으로써, 샌드위치 패널을 제조할 수 있다. 상기 열압착은 150 ~200℃에서 대략 3분 내지 10분 동안 2 내지 10 MPa의 압력으로 수행될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 샌드위치 패널은 경량이면서도, 기계적 물성이 좋은 코어층을 사용함으로써, 기계적 강도뿐만 아니라 성형성도 우수하다. 구체적으로 상기 샌드위치 패널은 굴곡강성이 30 GPa 이상이고, 인장강도가 550Psi 이상일 수 있다.

또한, 패널의 전단 강성이나 처짐 정도가 개선되어, 가전용 구조재(TV백커버, 세탁기용 보드 등), 건축용 내외장 보드, 자동차 내외장재, 기차/선박/항공기용 내외장재(칸막기등의 보드), 각종 칸막이용 보드, 엘레베이터 구조재 등으로 사용하기에 적합하다.

이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

실시예: 실시예 1 및 비교예 1 내지 3

(1) 샌드위치 패널의 제조

[실시예 1]

케나프 섬유(Soo industry, KenafA, 수분 12% 길이 80mm) 및 PP 섬유(전산텍스, JT-RWH1576, tenacity 3.63g/de, elongation 125%)를 준비한 후, 이들을 30:70의 중량비로 혼합하였다.

상기 섬유를 사용하여 혼합 후 카딩기를 사용하여 카딩을 진행한 후，　분당　펀칭　횟수를 500회,　부직포의　이동속도를 2 m/min,　펀칭　밀도를 200 punches/cm² 로　하는 니들펀칭 공정을 통해 1950 gsm의 평량을 가지는 부직포를 제조하였다.

상기 부직포를 2개의 언와인딩 장치에 장착한 후, 분당　펀칭　횟수를 500회,　부직포의　이동속도를 2 m/min,　펀칭　밀도를 200 punches/cm² 로　하는 니들펀칭 공정을 반복시켜 부직포 간에 물리적 재결속을 형성시켰다.

니들펀칭으로 결합된 상기 부직포를 챔버 내 온도가 180℃인 예열 챔버에 진입시킨 후 3분간 예열시켰다.

이후 상기 부직포를 5 m/분의 속도로 더블 벨트 프레스(double Belt Press)에 이송시켰다. 이 때 더블 벨트 프레스의 가열온도는 180℃, 압력은 5MPa이었으며, 2분간 가열/가압처리를 하여 5.7 ㎜ 두께의 코어층을 제조하였다.

상기 제조된 코어층의 양면에, 에폭시 접착제(국도화학)를 도포한 후, 전기아연도금강판으로 형성된 스킨층(SGC570)을 0.4mm 두께로 형성한 후, 적층된 결과물을 100℃에서 열경화하여 샌드위치 패널을 제조하였다.

제조된 패널의 측면을 사진 촬영한 결과를 도 2에 나타내었으며, 케나프 섬유와 PP 섬유가 바인더로 잘 결합되어 있음을 확인할 수 있었다.

[비교예 1]

HDPE Foam 수지(LUTENE-H, LG화학)를 압출기(바우테크, BA-11)로 5.0 ㎜ 두께의 코어층을 제조하였다(제조조건: 스크류 속도 40rpm, 온도 160℃).

상기 제조된 코어층의 양면에, 에폭시 접착제(국도화학)를 도포한 후, 전기아연도금강판으로 형성된 스킨층(SGC570)을 0.5mm 두께로 형성한 후, 적층된 결과물을 100℃에서 열경화하여 샌드위치 패널을 제조하였다.

[비교예 2]

실시예 1과 같은 섬유를 사용하여 혼합 후 카딩기를 사용하여 카딩을 진행한 후, 니들펀칭 공정 없이 190℃의 온도에서 10초간 열접착하여 1300 gsm의 평량을 가지는 부직포를 제조하였다.

상기 부직포를 3개의 언와인딩 장치에 장착한 후, 3장의 부직포를 챔버 내 온도가 180℃인 예열 챔버에 진입시킨 후 3분간 예열시켰다.

[비교예 3]

폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유 (도레이 케미칼社, RPF, 섬도 4데니어, 섬유 길이 51㎜) 및 시스부가 비흡습성 수지인 시스-코어형 PET 섬유(도레이 케미칼社, EZBON-L, 섬도 4데니어, 시스부 녹는점 164℃, 섬유 길이 64 ㎜)를 준비한 후, 이들을 30:70의 중량비로 혼합하여 부직포를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 샌드위치 패널을 제조하였다.

실험예: 패널의 물성 측정

상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 샌드위치 패널을 시편으로 제작한 후, 하기의 방법으로 측정하였다.

상기 실시예 1 및 비교예 1, 2, 3에서 제조된 샌드위치 패널을 시편으로 제작한 후, 이를 시편(25.4ｘ25.4 mm)으로 준비하여 ASTM　C297에 따라 스킨층 양면과 지그를 EA-E120HP 접착제(Henkel)로 접착한 후 만능시험기를 이용하여 0.5mm/분의 속도로 상온에서 인장시험을 실시하였다. 각 시편 당 인장강도 및 굴곡강성을 5회 측정하여, 그 평균값 및 박리가 발생하는 위치를 하기 표 1에 나타내었다.

	인장강도(flatwise)	굴곡강성
비교예 1	520 psi	29.8 GPa
비교예 2	310 psi	29.3 GPa
비교예 3	350 psi	25.4 GPa
실시예 1	640 psi	38.1 GPa

표 1을 참조하면, 비교예 2의 샌드위치 패널의 경우, 실시예 1과 비교했을 때 니들펀칭에 의한 물리적 결합의 부재로 인해 코어층 내부에서 박리가 일어나는 것을 확인할 수 있으며 스킨층과 코어층 사이의 인장강도는 330 psi, 굴곡강성은 8.8 GPa 증가함을 알 수 있다. 비교예 3의 경우, 케나프 섬유의 셀룰로오스 결정성과 PP 소재의 인장강도, 바인더 함량이 시스-코어형 PET 수지에 비해 50%가 증가하였기 때문에 코어층 내부의 결속이 강해져 비교예 3에 비해 인장강도는 290 psi, 굴곡강성은 12.7 GPa 증가하며 인장강도 및 굴곡강성이 상대적으로 더 뛰어난 것을 알 수 있었다.

Claims

케나프 섬유를 포함하는 부직 섬유 구조의 코어층;
상기 코어층의 일면 이상에 적층된 스킨층; 및
상기 코어층과 스킨층을 접착하는 접착층을 포함하는 샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 코어층은 전체 코어층 총중량 대비 10 내지 70 중량%로 케나프 섬유를 포함하는, 샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 케나프 섬유는 밀도는 1.3 내지 1.5 g/cm³이고, 섬도는 2 내지 25 denier이고, 섬유의 길이가 0.5 내지 200mm인, 샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 부직 섬유 구조는 웹(Web)상 또는 시트(Sheet)상의 섬유집합체를 접착체로 접착시키거나, 열가소성 섬유를 이용하여 접착시킨 것인, 샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 코어층은 비발포성 코어인, 샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 샌드위치 패널은 코어층의 겉보기 밀도가 0.3~0.9g/cm³이고, 샌드위치 패널의 굴곡강성이 30 GPa 이상이고, 샌드위치 패널의 인장강도가 550Psi 이상인, 샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 코어층은 분당　펀칭　횟수 300 내지 1000회,　부직포의　이동속도 1 내지 8 m/min,　펀칭　밀도 100 내지 500 punches/cm² 의 니들펀칭 공정을 통하여 제조된, 샌드위치 패널.
제7항에 있어서,
상기 코어층은 2회 이상의 니들펀칭 공정을 반복하여 제조된, 샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 코어층은 800 내지 3500gsm의 평량을 가지는, 샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 코어층은, 폴리프로필렌(PP) 섬유를 더 포함하는, 샌드위치 패널.
제10항에 있어서,
상기 폴리프로필렌(PP) 섬유는 강도(tenacity)가 3.0 이상이고, 섬도가 3.0 내지 4.0g/denier 범위인, 샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 스킨층은 알루미늄, 철, 스테인레스강(SUS), 마그네슘 및 전기아연도금강판(EGI)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상 인, 샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 접착층은 올레핀계 접착제, 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 및 에폭시계 접착제 중 1종 이상을 포함하는, 샌드위치 패널.
제1항에 있어서,
상기 접착층은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 포함하는 제1접착층과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 포함하는 제2접착층을 포함하는, 샌드위치 패널.
a) 폴리프로필렌(PP) 섬유 및 케나프 섬유를 혼합한 후, 가열 및 가압하여 부직 섬유를 준비하는 단계;
b) 상기 부직 섬유에 분당　펀칭　횟수 300 내지 1000회,　부직포의　이동속도 1 내지 8 m/min,　펀칭　밀도 100 내지 500 punches/cm² 의 니들펀칭 공정을 진행하여 코어층을 제조하는 단계;
c) 상기 코어층의 일면 이상에 접착층을 형성하는 단계; 및
d) 상기 접착층 상에 스킨층을 형성하는 단계;를 포함하는, 샌드위치 패널의 제조방법.
제15항에 있어서,
상기 b) 단계는 상기 부직 섬유에 분당　펀칭　횟수 400 내지 700회,　부직포의　이동속도 1.5 내지 6 m/min,　펀칭　밀도 200 내지 400 punches/cm² 의 니들 펀칭 공정을 진행하는, 샌드위치 패널의 제조방법.