KR100321292B1 - 내열·내광성이 우수한 자동차 계기판 패널 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내열성 및 내광성이 우수한 자동차 계기판 패널 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 폴리프로필렌계 재료로 구성되는 표피재 (skin), 쿠션재 (cushion)와 프로텍터 (protector)로 이루어진 합판물; 및 기재로 구성되는 본 발명의 자동차 계기판 패널은 재료의 재활용이 용이하고, 내열성 및 내광성을 비롯한 각종 물성이 향상된 유용한 패널이며 그의 제조방법은 공정수를 저감하며, 최적의 재료를 사용함으로써 경제적으로 자동차 계기판 패널을 제조할 수 있는 방법이다.
Description
본 발명은 자동차 계기판 패널 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 새로운 재료를 가지는 표피재 (skin), 쿠션재 (cushion)와 프로텍터 (protector)로 이루어진 합판물; 및 기재로 구성되며 재료의 재활용이 용이하고, 내열성 및 내광성이 우수한 자동차 계기판 패널 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
자동차 계기판 패널은 차량 내부를 품위있게 해주며 동시에 안락감을 유지시켜 줄뿐만 아니라, 운전자가 운전 중에 차의 현상태를 한눈에 파악하거나 조절할 수 있도록 하고 차량의 사고시에는 운전자의 전면부를 보호하는 역할을 하는 자동차의 내장부품이다. 이러한 자동차 계기판 패널은 자동차의 내장부품 중 가장 중요한 위치를 점하고 있으며 플라스틱 부품 중 차지하고 있는 비중도 크다.
통상적으로 사용되는 자동차 계기판 패널은 자동차의 고급화에 따라 다양한 형태에 따라 각기 다른 재료를 사용하고 있다. 차종에 따라 소형차에서는 주로 일체성형방식을 적용하여 인스트러먼트 패널을 제조하므로 그 재질이 한가지 종류이나, 현재 주로 많이 판매되고 있는 중형차 이상에서는 표피재, 쿠션재 ['폼재 (foam)' 라고도 함] 및 기재로 구분되는 3층 적층 형태의 자동차 계기판 패널이 적용되고 있다. 이러한 3층 적층 형태의 자동차 계기판 패널은 주로 표피재로서 폴리비닐 클로라이드 (polyvinyl chloride: PVC)를 사용하고; 쿠션재로서 폴리우레탄 (polyurethane: PU)을 사용하며; 기재로서 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체와 폴리카보네이트 (ABS + PC)의 혼합재료 또는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체와 유리 섬유 (ABS + GF)의 혼합재료를 사용하고 있는데, 기재로서는 에어백 장착 차량의 증가로 ABS 와 PC 의 혼합재료가 많이 사용되고 있다.
현재 제작되고 있는 자동차 계기판 패널의 경우, 재료면에서 형태를 유지하는 강성부분은 유리 단섬유를 20% 혼입한 ABS를 두께 3 mm로 사출하여 제작되고, 표피재는 PVC에 경도조절을 위하여 니트릴부타디엔 러버를 첨가하거나 내열성을 보강하기 위하여 ABS를 첨가한 시트 (sheet)를 진공성형하여 형태를 갖추며, 쿠션재는 PU에 의하여 발포 성형됨으로서 상기와 같은 3층 적층 구조를 가지게 된다. 이러한 방법으로 제조된 패널은 재료가 동일한 소재로 구성되어 있지 않아 재활용하기가 어려운 뿐만 아니라, 표피재의 경우는 불안정한 부타디엔 성분을 함유하고 있어 자동차 부품중 가장 가혹한 조건을 받는 계기판 패널에 적용될 때 장기간 동안 빛과 열에 노출되어 가소제 및 부타디엔이 휘발되거나 경화 반응을 일으켜 광택이 저하되고 부드러운 느낌을 상실하는 문제가 있고, 제조공정 단계가 많음으로 인하여 원가면에서도 불리하였다.
이에 본 발명자들은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 노력하여 오던 중 자동차 계기판 패널의 재료를 재활용성이 우수한 폴리프로필렌계 수지로 구성하면 재활용이 용이할 뿐만 아니라 내열성 및 내광성이 향상되는 등 물성에 있어서도 후술하는 바와 같은 장점을 지닌 패널을 제조할 수 있음을 알아내어 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 본 발명은 내열성 및 내광성이 우수한 자동차 계기판 패널 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 새로운 재료를 가지는 표피재, 쿠션재와 프로텍터로 이루어진 합판물; 및 기재로 구성됨으로써 재료의 재활용이 용이하고, 내열성 및 내광성이 향상된 자동차 계기판 패널 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서는 우선 표피재, 쿠션재와 프로텍터로 이루어진 합판물; 및 기재로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 계기판 패널을 제공한다.
본 발명의 자동차 계기판 패널을 구성하는 재료 중 표피재는 블록 코폴리머 프로필렌 수지, 에틸렌 프로필렌디엔 모노머 및 옥텐(octene)을 혼합하고, 여기에 내광안정제, 내부활제 또는 슬립 (sleep)제를 포함하는 첨가제를 부가한 다음 압출기를 이용하여 제조된 가교도 50∼90%의 열가소성 수지이다.
쿠션재는 25∼30배율의 전자선 가교 폴리프로필렌 폼이다. 이 때 전자선 가교 폴리프로필렌 폼은 화학적인 발포물이 아니라, 수만 전압을 조사 방전시켜서 폴리프로필렌의 융점에서 폴리프로필렌 수지의 분자 운동을 가속시켜서 발포시켜 얻은 폼으로 내열성 및 물성이 화학 발포물보다 우수하다.
프로텍터는 사출 수지 온도 및 압력에 의하여 쿠션재가 녹거나 꺼지는 것을 방지함으로써 계기판의 접촉감을 우수하게 하는 역할을 하며, 랜덤 코폴리머 60∼80% 및 선형저밀도 폴리에틸렌 (LLDPE) 20∼40%를 함유하는 재료이다.
기재는 형태유지의 틀로 사용되는 것으로, 폴리프로필렌에 20%의 탈크 (talc)가 함유된 재료인데, 이 재료는 고유동성 및 고강성을 가지고 있을 뿐만 아니라 치수안정성이 우수하다. 계기판 패널은 자동차 부품 중에서 대물 (大物) 부품의 하나로 치수안정성을 위하여 선형 팽창율이 8.0×10-5℃ 이하가 되어야 하는데 본 발명의 재료를 사용하면 이 조건을 만족시킬 수 있다.
또한 본 발명에서는 캘린더 가공 (calendering)으로 표피재 시트 (sheet)를 제조한 다음, 가열 롤 (heating roll) 및 적외선 열판을 이용하여 쿠션재를 표피재 시트와 합판하고, 동시에 별도로 제조되어 압출되어 나오는 프로텍터 필름을 잠열로서 쿠션재에 합판시켜 표피재, 쿠션재 및 프로텍터로 구성된 합판물을 제조하는 단계 (제 1단계); 제 1단계에서 제조된 합판물을 상하 180∼250℃ 온도의 적외선 예열오븐에서 가열한 다음 진공성형기로 이송하여 성형하는 단계 (제 2단계); 및 기재 사출금형에 제 2단계에서 성형한 합판물을 셋팅한 후 금형을 닫고 기재로 사출을 실시하는 단계 (제 3단계)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 계기판 패널의 제조방법을 제공한다.
이 때 표피재 수지는 구성성분을 180∼250℃ 온도의 압출기를 이용하여 혼련시키고 캘린더 가공으로 이를 0.85∼1.2 mm 두께의 시트로 제조하고, 코로나 방전처리를 MAX 용량으로 수행한 다음, 표면 전처리제 및 최종 코팅제인 황변을 방지하기 위한 표면처리제를 사용하여 표면처리를 실시하여 제조된 것을 사용한다. 코로나 방전처리란 도체 말단 돌출부와 절연체 사이의 전계의 집중이 쉬운 부분에서 전위강도가 높아지고 그 부분에서 기체의 절연파괴가 발생하게 되어 이에 따라 국부적으로 방전이 됨으로써 방전으로 발생한 산화질소, 오존, 이온 등에 의하여 절연재료에 미세한 열화를 발생시켜 표면의 면적을 증대시키는 목적으로 하는 표면처리를 말한다. 한편 본 발명에서는 표면 전처리제로서 HS 201™을 사용할 수 있는데, 이는 극성 및 무극성의 양극성을 모두 가지는 물질이고 주성분은 무수크롬산, 인산, 변성알코올, 폴리비닐부티렌이다. 또한 본 말명에서는 표면처리제로서 LP 60 CS™을 사용할 수 있는데, 이는 에스테르계 우레탄 화합물에 황변을 방지할 목적으로 자외선 흡수제, 열안정제, 산화방지제를 첨가한 것이다.
제 1단계에서 제조된 표피재, 쿠션재 및 프로텍트로 이루어진 합판물은 상하180∼250℃ 온도의 적외선 예열오븐에서 가열한 다음 진공성형기로 이송한 후 70㎜Hg 압력으로 진공 성형을 실시한다. 본 발명의 제조공정에서는 계기판 패널 전체를 제작해야 하는 설계 형상의 제약조건을 가지고 있으므로 형상의 라운드 각은 120°이상이어야 하고, 최소 라운드(R) 값은 30 이하가 되지 않아야 합판물의 진공성형시 주름이 생기지 않는다. 한편 성형은 계기판 전체를 성형하는 것이 아니라 계기판 부품에 손이 닿는 부분에만 부드러운 표피재를 부착하는 부분 패드(pad) 방식으로 수행된다.
제 2단계에서 상기와 같이 성형을 실시한 다음, 기재 사출금형에 성형된 합판물을 셋팅한 후 금형을 닫고, 기재인 폴리프로필렌에 탈크가 20% 함유된 수지로 사출을 실시하여 최종제품을 얻는다. 이 때 사출은 고압에서 실시하는 일반 사출 뿐만 아니라 저압 사출도 가능하다. 사출시 프로텍터가 사출 수지의 온도 및 압력에 의하여 쿠션재가 녹거나 꺼지는 것을 방지하여 계기판의 접촉감을 향상시키는 역할을 함은 전술한 바와 같다.
이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 단 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일뿐 본 발명이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
우선 표피재를 제조하기 위하여 로트머 (LOTTMER™) 수지를 사용하였다. 로트머 수지는 블록 코폴리머 폴리프로필렌 수지, 에틸렌 프로필렌디엔 모노머 및 옥텐을 혼합하고 그 외 내광안정제, 내부활제, 슬립 (Sleep)제 등 일반적인 문헌에 따른 첨가제를 부가한 다음 압출기를 통하여 수지로 만들어 진 가교도 50∼90%로 구성된 재료인데, 본 실시예에서는 가교도 85%의 것을 사용하였다. 이 수지를 압출기를 사용하여 190℃ 온도에서 혼련시키고 캘린더 가공을 수행하여 1.2 mm 두께의 시트를 제조하였다. 이 시트에 코로나 방전처리를 MAX 용량으로 수행하고, 표면 전처리제인 HS 201을 사용하여 처리한 다음 최종 코팅제로 LP 60 CS 변성제인 무황변 타입의 표면처리제를 사용하여 처리하였다.
표피재 시트 제작한 후 25∼30배율의 전자선 가교 폴리프로필렌 폼 두께 3.4mm로 해서 가열 롤 및 적외선 열판을 사용하여 합판하고 동시에 별도로 제작하여 압출되어 나오는 프로텍터 필름을 그 잠열로서 폴리프로필렌 폼에 합판시켜서 열가소성 올레핀 (표피재), 폴리프로필렌 폼 (쿠션재) 및 프로텍터로 구성된 합판물을 제조하였다. 프로텍터는 랜덤 코폴리머 80%에 선형저밀도 폴리에틸렌을 20% 함유한 재료를 압출기를 통하여 제작하고 롤링 (Rolling)을 통하여 두께를 1.0 mm로 제작하였다.
한편 폴리프로필렌에 탈크가 함량 20%로 포함된 수지를 기재로서 제조하였다.
열가소성 올레핀 (표피재), 폴리프로필렌 폼 (쿠션재) 및 프로텍터로 구성된 합판물을 적외선 예열오븐에서 상하 180∼250 ℃ 사이의 온도로 가열 후 진공성형기로 이송하여 70㎜Hg 압력으로 진공 성형을 실시하였다.
성형을 실시한 후 기재 사출금형에 상기 합판물을 세팅 (setting)하고 금형을 닫은 다음 폴리프로필렌에 탈크가 20% 함유된 수지인 기재로 사출을 실시하여 제품을 완성하였다.
하기 표 1에 상기에서 제조된 각각의 재료에 대한 물성을 나타내었다. 본 발명의 계기판 패널은 기존에 사용중인 재질과는 완전히 다른 계열의 특성을 가진 재료를 사용하므로 표피재를 제외하고는 단순 물성 비교가 시험방법의 상이 등의 문제로 불가능하며 비교의미도 없으므로 하기 표 1에는 표피재만을 기존의 계기판 패널의 표피재와 비교하였다.
| 표피재 | 폴리프로필렌 폼 (쿠션재) | 프로텍터 | 폴리프로필렌수지 | |
| 발명의 표피재 | 종래 | |||
| 두께: 1.1 mm | 1.2 mm | 두께: 3.0 mm | 두께: 0.8∼1.2 mm | MI(ASTM D1238) 28∼32 |
| 인장강도(KSM6518): 94 kg/㎠ | 131 kg/㎠ | 인장강도(KSM3862): 17 kg/㎠ | 인장강도 (KSM6518): 145 kg/㎠ | 비중(ASTM D729) 1.00∼1.10 |
| 신율(KSM6518): 270 % | 206 % | 신율(KSM3862): 240 % | 신율 (KSM6518): 240 % | 굴곡탄성율 (ASTM D792): 23,000∼28,000 kg/㎠ |
| 인열강도(KSM6518): 7.8 kg/mm | 7.8 kg/mm | 인열강도(KSM3862): 9.6 kg/mm | 인열강도 (KSM3862): 5.2 kg/mm | ROCKWELL경도 (ASTM D785): 80∼90 |
| 연필경도(MSM5972): 3B | - | 가열치수변화 (KSM3862):(120 ℃×1h) MD: -2.8TD : 2.3 | - | IZOD 충격강도 (ASTM D256): 18∼28(25) kg cm/cm |
| 내광후 인장강도 변화율(88 ℃×500 h): 6 % | 10.7 % | 가교도 53∼63 | - | 열변형온도 (ASTM D648): 127∼133 ℃ |
| 내광후 신율 변화율 (88 ℃ × 500 h): 18 % | 33 % | 압축경도(KSM3862): 1.44 kg/㎠ | - |
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 자동차 계기판 패널은 각각의 구성재료가 재활용성이 가장 우수한 플라스틱인 폴리프로필렌계 수지로 구성됨으로써 재료의 재질별 분리가 용이하여 재료의 재활용이 용이하고, 재료에 PVC 등이 포함되지 않아 소각시 할로겐 물질 및 다이옥신이 생성되어 소각로가 부식되거나 유해성 물질의 휘발에 따른 냄새가 발생될 우려가 없으며, 휘발성 물질의 저감으로 인하여 윈드쉴드 글라스 (windshield glass)에 포깅 (fogging) 현상이 일어나지 않는다는 장점이 있다. 또한 본 발명의 재료를 이용한 계기판 패널은 내열성 및 내광성이 우수하므로 물성의 저하 및 변색이 적어 내구성이 향상되고, 열 특성이 우수하여 엠보 전사 효과가 크며, 우수한 신율 특성으로 인하여 드로잉을 깊게 할 수 있어 복잡한 형상의 성형도 가능할 뿐만 아니라, 도아트림, 필라트림, 콘솔 및 수납박스 등의 주변 부품과 동일한 재질을 사용함으로써 재질 특성에 따른 컬러 매칭성 (color matching)이 우수하다. 또한 본 발명의 자동차 계기판 패널의 제조방법은 공정수가 감소되고 최적의 재료를 사용함으로써 원가를 절감할 수 있는 유용한 방법이다.
Claims (7)
- 블록 코폴리머 프로필렌 수지, 에틸렌 프로필렌디엔 모노머 및 옥텐(octene)을 혼합하고, 여기에 내광안정제, 내부활제 또는 슬립 (sleep)제를 포함하는 첨가제를 부가한 다음 압출기를 이용하여 제조된 가교도 50∼90%의 열가소성 수지로 이루어진 표피재; 25∼30배율의 전자선 가교 폴리프로필렌 폼으로 이루어진 쿠숀재; 폴리프로피렌 랜덤 코폴리머 60∼80% 및 선형저밀도 폴리에틸렌 (LDPE) 20∼40%를 함유하는 재료로 이루어진 프로텍터; 폴리프로필렌에 20%의 탈크 (talc)가 함유된 재료로 이루어진 기재로 구성된 자동차 계기판 패널
- 제 1항에 있어서, 표피재는 블록 코폴리머 프로필렌 수지, 에틸렌 프로필렌디엔 모노머 및 옥텐(octene)을 혼합하고, 여기에 내광안정제, 내부활제 또는 슬립 (sleep)제를 포함하는 첨가제를 부가한 다음 압출기를 이용하여 제조된 가교도 50∼90%의 열가소성 수지이고; 쿠션재는 25∼30배율의 전자선 가교 폴리프로필렌 폼이며; 프로텍터는 폴리프로피렌 랜덤 코폴리머 60∼80% 및 선형저밀도 폴리에틸렌 (LDPE) 20∼40%를 함유하는 재료이고; 기재는 폴리프로필렌에 20%의 탈크 (talc)가 함유된 재료인 것을 특징으로 하는 자동차 계기판 패널
- 캘린더 가공 (calendering)으로 표피재 시트 (sheet)를 제조한 다음, 가열 롤 (heating roll) 및 적외선 열판을 이용하여 쿠션재를 표피재 시트와 합판하고, 동시에 별도로 제조되어 압출되어 나오는 프로텍터 필름을 잠열로서 쿠션재에 합판시켜 표피재, 쿠션재 및 프로텍터로 구성된 합판물을 제조하는 단계 (제 1단계);제 1단계에서 제조된 합판물을 상하 180∼250℃ 온도의 적외선 예열오븐에서가열한 다음 진공성형기로 이송하여 성형하는 단계 (제 2단계); 및기재 사출금형에 제 2단계에서 성형한 합판물을 세팅 (setting)한 후 금형을 닫고 기재로 사출을 실시하는 단계 (제 3단계)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 계기판 패널의 제조방법
- 제 3항에 있어서, 표피재 수지는 구성성분을 180∼250℃ 온도의 압출기를 이용하여 혼련시키고 캘린더 가공으로 이를 0.85∼1.2 mm 두께의 시트로 제조하고, 코로나 방전처리를 MAX 용량으로 수행한 다음, 표면 전처리제 및 최종 코팅제인 황변을 방지하기 위한 표면처리제를 사용하여 표면처리를 실시하여 제조된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 자동차 계기판 패널의 제조방법
- 제 3항에 있어서, 제 2단계의 성형은 계기판 부품에 손이 닿는 부분에만 표피재를 부착하는 부분 패드(pad) 방식인 것을 특징으로 하는 자동차 계기판 패널의 제조방법
- 제 3항에 있어서, 제 2단계의 성형시 설계 형상의 라운드 각은 120°이상이어야 하고, 최소 라운드(R) 값은 30 이상인 것을 특징으로 하는 자동차 계기판 패널의 제조방법
- 제 3항에 있어서, 제 3단계의 사출은 일반 사출 또는 저압 사출이 모두 가능한 것을 특징으로 하는 자동차 계기판 패널의 제조방법
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