[논문]폴리올레핀계 단성분 부직포 및 이성분 시스-코어 복합부직포의 열융착 거동에 관한 연구

최세진; 이도준; 이현석; 김한성

doi:10.12772/tse.2017.54.080

폴리올레핀계 단성분 부직포 및 이성분 시스-코어 복합부직포의 열융착 거동에 관한 연구
Thermal Behavior of Mono-component and Sheath-core Nonwoven Polyolefin

한국섬유공학회지 = Textile science and engineering, v.54 no.2, 2017년, pp.80 - 86

최세진 (부산대학교 유기소재시스템공학과) , 이도준 (부산대학교 유기소재시스템공학과) , 이현석 (한국섬유개발연구원) , 김한성 (부산대학교 유기소재시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we have investigated the difference between the thermal bonding behaviors of mono-component and sheath-core nonwoven fabrics used as hot-melt adhesives. The difference between the manufacturing processes and the melting points of the nonwoven fabrics lead to a difference in their thermal bonding behavior. This was confirmed through image analysis by observing the change in the thermal shrinkage and the pore size ratio with temperature. The difference in the behavior of the fibers is also explained by dynamic mechanical analysis. The analysis of the thermal bonding mechanism of the hot-melt nonwoven fabrics can be used as a supporting data for their manufacturing process in order to improve the performance of the hot-melt adhesives and the design adhesion strength.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 PP 단성분 부직포와 OCP 시스-코어 부직포의 접착제로서의 열융착 거동을 분석하였다. 특정 지점이 point 접착된 PP 부직포와 구성섬유 전체가 압착된 OCP 부직포는 구성섬유의 유동성에서 차이와, 단성분과 시스코어 이성분의 융점 차로 인하여 열융착 거동에서 차이가 발생하였다.

제안 방법

10×10 cm2의 크기의 여섯 종의 부직포를 오븐(drying oven, 3S ENG)내에 위치한 후 오븐을 2 oC/min의 속도로 150 oC까지 상승시키며 CCD 카메라(SCC-B2315, Samsung)를 이용하여 촬영하였다.
, Korea)을 사용하였다. 각각의 부직포 구성섬유 형태는 주사전자현미경(FE-SEM, SUPRA40 VP)으로 관찰하였으며, 열분석기(DSC, DSC8000)를 통해 용융점(T_m)을 확인하였다. 또한 용융상태의 부직포 거동 해석을 위해 dynamic mechanical analysis(DMA Q800, TA Instruments)를 이용하여 유리전이온도(T_g)를 측정하였다.
대상 시료의 동적 열특성을 파악하기 위해, DMA를 통해 점탄성 특성인 tan δ를 구하였다.
각각의 부직포 구성섬유 형태는 주사전자현미경(FE-SEM, SUPRA40 VP)으로 관찰하였으며, 열분석기(DSC, DSC8000)를 통해 용융점(T_m)을 확인하였다. 또한 용융상태의 부직포 거동 해석을 위해 dynamic mechanical analysis(DMA Q800, TA Instruments)를 이용하여 유리전이온도(T_g)를 측정하였다.
CCD를 이용하여 10×10 cm² 대면적의 온도에 따른 수축을 관찰한 결과 PP와 OCP 부직포의 융점 차이로 인해 수축 단계가 각각 한 단계와 두 단계로 발생하였으며 중량별 섬유 밀도 차이로 인해 수축률이 다르게 나타났다. 또한 현미경 관찰을 통한 미시적인 구성섬유 거동을 포어사이즈 분석을 통해 확인하였다. PP 부직포는 point 접착 지점으로 인해 구성섬유 유동이 제한적이었으며 OCP 부직포는 상대적으로 더 많은 유동을 확인할 수 있었다.
이러한 열융착 거동의 미시적/거시적 해석은 접착 강도 및 기능성을 부여하는데 결정적인 요소로 작용할 것으로 생각된다. 본 연구에서는, 폴리올레핀계고분자인폴리프로필렌(polypropylene,PP) 단일 성분 부직포와 폴리에틸렌(polyethylene, PE)-PP 시스코어(sheath-core) 부직포를 이용하여 온도에 따른 거 시적 열수축 거동 및 미시적 관점의 포어사이즈(pore size) 변화를 분석하였다. 접착층의 열융착 메커니즘 규명은 실제 생산현장에서의 공정 조건이 접착 강도 및 성능 개선에 미치는 영향을 분석하고 향후 접착 강도의 구조 설계의 기본자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
여섯 종의 부직포를 핫플레이트(THMS600, Linkam)내에 위치하여 30, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190 ^oC에서 각각 1분간 유지하며 투과광 조건에서 광학현미경(LV100POL, Nikon)을 통해 촬영하였다. 온도 상승구간은 1 ^o C/sec의 속도로 설정하였다.
온도 상승구간은 1 ^o C/sec의 속도로 설정하였다. 촬영된 이미지를 임계 threshold 값으로 흑백 이산화하여 포어 부분의 면적을 계산하였다.
C까지 상승시키며 CCD 카메라(SCC-B2315, Samsung)를 이용하여 촬영하였다. 투과광을 이용하여 촬영된 이미지를 각 온도에서의 부직포 부분과 여백부분으로 각각 흑백 이산화하여 부직포 면적 변화를 계산하였다.

대상 데이터

올레핀계고분자소재로서중량별 PP 부직포 15 g/m² (PP15), 20 g/m² (PP20), 30 g/m² (PP30) 3종(Namyang Nonwoven Fabric Co., Korea)과 PE-PP 시스-코어 부직포 16 g/m² (OCP16), 22 g/m² (OCP22), 30 g/m² (OCP30) 3종(Namyang Nonwoven Fabric Co., Korea)을 사용하였다. 각각의 부직포 구성섬유 형태는 주사전자현미경(FE-SEM, SUPRA40 VP)으로 관찰하였으며, 열분석기(DSC, DSC8000)를 통해 용융점(T_m)을 확인하였다.

성능/효과

CCD를 이용하여 10×10 cm2 대면적의 온도에 따른 수축을 관찰한 결과 PP와 OCP 부직포의 융점 차이로 인해 수축 단계가 각각 한 단계와 두 단계로 발생하였으며 중량별 섬유 밀도 차이로 인해 수축률이 다르게 나타났다.
또한 현미경 관찰을 통한 미시적인 구성섬유 거동을 포어사이즈 분석을 통해 확인하였다. PP 부직포는 point 접착 지점으로 인해 구성섬유 유동이 제한적이었으며 OCP 부직포는 상대적으로 더 많은 유동을 확인할 수 있었다.이러한 접착층의 열융착 메커니즘 규명은 실제 생산현장에서의 공정 조건이 접착 강도 및 성능 개선에 미치는 영향을 분석하고 향후 접착 강도의 구조 설계의 기본자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

후속연구

특히 이성분 시스-코어 부직포의 경우 성분/간 융점 차가 존재하여 융점 이후의 온도에서도 포어의 형태를 유지할 수 있는 온도 범위를 가지기 때문에, 접착성과 통기성 등의 기능성을 동시에 만족할 수 있는 조건을 찾을 수 있을 것으로 생각된다. 또한 접착강도와 기능성 부여는 상호 반비례하는 특성이므로, 최적의 공정 조건 제시를 위한 추가적인 실험이 요구된다.
PP 부직포는 point 접착 지점으로 인해 구성섬유 유동이 제한적이었으며 OCP 부직포는 상대적으로 더 많은 유동을 확인할 수 있었다.이러한 접착층의 열융착 메커니즘 규명은 실제 생산현장에서의 공정 조건이 접착 강도 및 성능 개선에 미치는 영향을 분석하고 향후 접착 강도의 구조 설계의 기본자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 특히 이성분 시스-코어 부직포의 경우 성분/간 융점 차가 존재하여 융점 이후의 온도에서도 포어의 형태를 유지할 수 있는 온도 범위를 가지기 때문에, 접착성과 통기성 등의 기능성을 동시에 만족할 수 있는 조건을 찾을 수 있을 것으로 생각된다.
본 연구에서는, 폴리올레핀계고분자인폴리프로필렌(polypropylene,PP) 단일 성분 부직포와 폴리에틸렌(polyethylene, PE)-PP 시스코어(sheath-core) 부직포를 이용하여 온도에 따른 거 시적 열수축 거동 및 미시적 관점의 포어사이즈(pore size) 변화를 분석하였다. 접착층의 열융착 메커니즘 규명은 실제 생산현장에서의 공정 조건이 접착 강도 및 성능 개선에 미치는 영향을 분석하고 향후 접착 강도의 구조 설계의 기본자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	핫멜트 접착제가 부직포 형태로 생산되면 갖는 이점은 무엇인가?	핫멜트 접착제에 관한 연구는 필름형태에 대한 것이 주를 이루고 있으며, 소재 및 표면 개질 등을 통한 접착 성능을 향상시키는 것이 대부분이다[8−10]. 반면, 기존의 필름형 핫멜트에 비해 부직포 형태의 접착제는 공정 특성상 실시간 제조와 도포를 동시에 수행할 수 있어 공정 효율에 이점을 가지며, 또한 다공성 구조로 인하여 통기성, 음파의 손실을 발생시키는 표면적 증대를 통한 흡음성 등의 기능성을 부여하는데 유리하다[11−14].
	폴리염화비닐의 장단점은 무엇인가?	전세계적으로 산업용 소재의 경량화와 친환경성을 동시에 추구할 수 있는 고분자 소재 적용 방법이 꾸준히 연구되고 있다[1]. 특히 자동차 산업에서, 우수한 물성과 저렴한 단가[2] 등의 장점을 가지나 유독성 가스 및 환경 호르몬 등의 문제로 인하여 세계적으로 규제가 확대되고 있는 폴리염화비닐(polyvinyl chloride)[3,4]를 대체하여 다양한 물성 및 내열, 내구성 등이 뛰어나고 성형성이 우수하며 재활용성 및 친환경성에 매우 우수한 열가소성 폴리올레핀계 (thermoplastic polyolefins, TPO)를 적용한 소재 개발이 활발하다[1].
	고분자 접착제의 접착 공정에 따른 종류는 무엇이 있는가?	고분자 접착제는 접착 공정에 따라 화학반응형, 용제형, 핫멜트형 등으로 구분할 수 있다. 특히 핫멜트형(hot melt)접착제는 생산성이 높고 광범위한 적용가능성을 가지며 환경적 이점을 충족시키기 때문에 널리 활용되고 있다.

참고문헌 (15)

S. B. Gwak and S. R. Lee, "The Technology of Lightweight Interior Parts in Automotive with Uni-material & Process", Journal of the Korean Society of Automotive Engineers, 2011, 33, 39-47.

원문보기 상세보기
J. S. Shin, J. M. Park, Y. H. Lee, and H. D. Kim, "Preparation and Properties of Eco-friendly Waterborne Polyurethane-urea Primer for Thermoplastic Polypropylene Applied to Automobile Interiors", Clean Technology, 2014, 20, 232-240.

원문보기 상세보기
D. Mann, "Automotive Plastics & Composites", 2nd ed., Elsevier Advanced Technology, UK, 1999, pp.28-30.
H. P. Lee and Y. T. Kim, "A Study on the Fire Risk of Car Interior Materials", Journal of Korean Institute of Fire Science and Engineering, 2010, 24, 82-88.
M. C. Lee, M. C. Park, and I. S. Seo, "Environment-friendly Adhesives", Fiber Sci. Technol., 2000, 11, 450-459.
Y. S. Chun, Y. K. Hong, and K. H. Chung, "Functional Improvement of Hot Melt Adhesive Using Polyamide Type Resin-(I) Physical Properties of Adhesives", J. Korean Ind. Eng. Chem., 1996, 7, 194-202.
L. Wang and F. Iidal, "Physical Connection and Disconnection Control Based on Hot Melt Adhesives", IEEE-ASME Transactions on Mechatronics, 2013, 18, 1397-1409.

상세보기
E. Masaeli, M. Morshed, and H. Tavanai, "Study of the Wettability Properties of Olypropylene Nonwoven Mats by Low-pressure Oxygen Plasma Treatment", Surface and Interface Analysis, 2007, 39, 770-774.

상세보기
O. G. Armagan, B. K. Kayaoglu, H. C. Karakas, and F. S. Guner, "Adhesion Strength Behaviour of Plasma Pre-treated and Laminated Polypropylene Nonwoven Fabrics Using Acrylic and Polyurethane-based Adhesives", J. Ind. Text., 2014. 43, 396-414.

상세보기
K. H. Chung, Y. K. Hong, and Y. S. Chun, "Functional Improvement of Hot Melt Adhesive Using Polyamide Type Resin-(II) The Effects of Terpene Resin", Journal of the Korean Industrial and Engineering Chemistry, 1998, 9, 226-231.
C. H. Kim, S. J. Choi, H. S. Lee, and H. S. Kim, "Study on the Olefin Adhesion Layer Produced by Melt-blowing LDPE", Text. Sci. Eng., 2016, 53, 68-74.

원문보기 상세보기
F. Rombaldoni, K. Mahmood, A. Varesano, M. B. Songia, A. Aluigi, C. Vineis, and G. Mazzuchetti, "Adhesion Enhancement of Electrospun Nanofiber Mats to Polypropylene Nonwoven Fabric by Low-temperature Oxygen Plasma Treatment", Surface & Coatings Technology, 2013, 216, 178-184.

상세보기
J. Lee, S. Lee, J. Shim, P. Jung, W. Lee, and B. Bang, "The Study on Improvement of Acoustic Performance for Automobile Sound-absorbing Materials Using Hollow Fiber", Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, 2011, 21, 850-857.

원문보기 상세보기
K. Y. Kim, W. J. Seo, K. Y. Jung, J. B. Seo, and I. G. Cho, "Development of High Temperature Resistant Sound Absorbing Materials Using Meta-aramid Fiber", Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, 2013, 23, 857-862.

원문보기 상세보기
T. Y. Park and I. Y. Park, "Developing Trend and Manufacturing Process of Thermal Bonded Nonwovens", Fiber Technol. Ind., 1997, 1, 158-169.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증