KR100512054B1 - 촉감성능이 향상된 인스트루먼트 패널용 저밀도 패드 성형품 - Google Patents

촉감성능이 향상된 인스트루먼트 패널용 저밀도 패드 성형품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인스트루먼트 패널용 패드 성형품에 있어서, 상기 패드 성형품은 폴리에테르 폴리올 60 ~ 70 중량%, 그래프트 폴리올 25 ~ 35 중량%, 고관능성 테트라올계 쇄연장제 1 ~ 3 중량%, 아민계 촉매 0.1 ~ 1.0 중량%, 발포제 성분인 물 1.0 ~ 3.0 중량%를 포함하는 폴리올 성분 100중량부에 대하여, 이소시아네이트 성분으로서 디페닐 메탄 디이소시아네이트를 45 ~ 60 중량부 혼합한 후, 발포성형하여 제조한 저밀도 폴리우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 성형품에 관한 것이다. 본 발명에 의한 패드 성형품은 저밀도의 폴리우레탄 폼을 사용함으로서 성형품의 촉감품질을 향상시키고, 성형품의 경량화 및 발포원액의 사용량을 감소시킴으로써 원가를 절감하는 효과가 있다.

Description

촉감성능이 향상된 인스트루먼트 패널용 저밀도 패드 성형품{Low density pad foam products of an improved touch quality for instrument panel}
본 발명은 표피재와 패드재로 구성된 자동차 인스트루먼트 패널을 구성하는 패드재 성형품에 있어서, 특정 성분을 특정의 비율로 포함하는 폴리올 성분과 이소시아네이트 성분을 혼합한 후, 발포성형하여 형성한 저밀도 폴리우레탄으로 구성되는 패드 성형품에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 상기 폴리올 성분으로 폴리에테르 폴리올(polyether polyol), 그래프트 폴리올(grafted polyol), 고관능성 테트라올계 쇄연장제(chain extender), 아민계 촉매(catalyst) 및 발포제(blowing agent)를 포함하고, 상기 이소시아네이트 성분으로는 디페닐 메탄 디이소시아네이트(MDI : diphenyl methane diisocyanate)인 것을 특징으로 한다. 상기와 같이 구성된 발포원액을 클로즈 코어(close core)가 상형에 장착된 발포금형을 사용하여 제조함으로서 저밀도 폴리우레탄 폼의 제조시의 발생되는 발포원액의 손실을 줄일 수 있다.
인스트루먼트 패널은 크게 폴리우레탄폼이 패드재로 부착되어 있는 패드타입(pad type)과 사출성형에 의한 비-패드타입(non-pad type)으로 구분된다. 패드타입은 코어재, 패드재 및 표피재로 구성된다. 여기에서 코어재는 주로 금속판 등과 같이 기계적물성이 우수한 재질로 핵심부를 이루며, 전체 성형품의 기계적 성질을 강화하는 기능을 한다. 또한, 패드재는 주로 폴리우레탄폼과 같이 완충기능을 하며, 표피재에 감싸여져서 외부로부터의 충격을 흡수하고, 부드러운 느낌을 주는 기능을 한다. 표피재는 상기한 바와 같이 성형품의 최외부를 구성하며, 사용자 등의 피부에 직접 접촉하는 것으로서, 의장에 의한 심미감 및 촉감등을 개선하는 기능을 한다.
패드재로서 사용되는 폴리우레탄폼은 초연질 폼, 연질 폼, 경질 폼 및 반경질 폼이 있으나, 반경질 폼이 충격흡수력이 좋아 자동차 내장재로 쓰인다. 폼 성형방법으로는 원슛법(one-shot method)과 프리폴리머법(prepolymer process)의 2가지가 있다. 원슛법은 원료성분을 한꺼번에 전부 섞어 반응시켜 발포시키므로 경제적이어서, 연질폼은 대부분 이 방법으로 만들어진다. 프리폴리머법은 미리 글리콜의 일부와 디이소시안산염을 반응시켜 프리폴리머(부분중합제)를 만들어 두고, 여기에다 나머지 글리콜, 발포제, 촉매 따위를 섞어 발포시키는 방법인데, 발포가 고르기 때문에 반경질 폼이나 경질 폼처럼 공업용으로 쓰이는 품질이 중요한 폼을 만드는 데 이 방법을 이용한다.
한편, 종래기술에서는 밀도가 높은 폴리우레탄 폼을 패드재로 사용하였으나, 고밀도 폴리우레탄 폼은 촉감품질이 떨어지고, 발포물의 중량이 높고, 발포원액의 사용량이 증가하여 고비용의 문제점이 지적되어 왔다. 따라서, 성형품의 촉감품질이 우수하고, 경량화 및 발포원액의 사용량을 감소시킴으로서 원가절감을 가져오는 저밀도 우레탄 폼의 개발이 요구되어 왔는 바, 본 발명의 연구자들은 특정의 폴리올 성분, 쇄연장제, 촉매 등을 특정의 배합비율로 혼합한 원액을 이소시아네이트 성분과 반응시키면 폴리우레탄의 폼 형성 반응성이 증가된다는 사실에 기초하여 자동차의 인스트루먼트 패널 패드재로 사용 가능한 저밀도 폴리우레탄 폼을 개발하게 되었다.
본 발명의 목적은 인스트루먼트 패널용 패드재로 저밀도의 폴리우레탄 폼을 사용함으로써 촉감품질이 우수하고 경량화 및 발포원액의 사용량이 감소되어 원가절감의 효과가 있는 인스트루먼트 패널용 패드 성형품을 제공하는 데 있다.
본 발명은 인스트루먼트 패널용 패드 성형품에 있어서, 상기 패드 성형품은 폴리에테르 폴리올 60 ~ 70 중량%, 그래프트 폴리올 25 ~ 35 중량%, 고관능성 테트라올계 쇄연장제 1 ~ 3 중량%, 아민계 촉매 0.1 ~ 1.0 중량%, 발포제 성분인 물 1.0 ~ 3.0 중량%를 포함하는 폴리올 성분 100중량부에 대하여, 이소시아네이트 성분 45 ~ 60 중량부 혼합한 후, 발포성형하여 제조한 저밀도 폴리우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 성형품을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 이소시아네이트 성분은 디페닐 메탄 디이소시아네이트인 것을 특징으로 하는 패드 성형품을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 발포성형이 상부금형(20)에 클로즈 코어(10)가 장착된 발포금형을 사용하여 행해지는 것을 특징으로 하는 패드 성형품을 제공한다.
상기 주폴리올 성분은 통상의 폴리우레탄 제조에 사용되는 폴리에테르 폴리올(polyetherpolyol) 및 그래프트 폴리올(grafted polyol)을 사용한다. 이의 분자량은 2000 - 8000 이고, 관능기(functionality)는 2 - 4 이다.
상기 쇄연장제 성분은 특정의 화합물로 한정되는 것은 아니어서 통상의 폴리우레탄의 제조에 사용되는 것이 사용될 수 있고, 바람직하게는 고관능성 테트라올계 쇄연장제가 사용될 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물은 통상의 폴리우레탄의 제조에 사용되는 것이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 방향족 이소시아네이트, 지방족 이소시아네이트 또는 지환족 이소시아네이트를 예로 들 수 있으며, 더욱 바람직하게는 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI : diphenyl methane diisocyanate)를 사용한다.
상기 촉매 성분은 통상의 폴리우레탄의 제조에 사용되는 것이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 아민계 촉매가 사용된다.
상기 발포제 성분은 통상의 폴리우레탄의 제조에 사용되는 것이 동일 또는 유사하게 사용될 수 있으며, 바람직하게는 물(water)이 사용된다.
도 1은 본 발명의 저밀도 폴리우레탄 폼을 성형하기 위한 발포금형을 도시한 것이다. 상기 발포금형은 표피재(50)가 미리 도포된 하부금형(30)과 클로즈 코어(close core)(10)가 장착된 상부금형(20)으로 구성되어 있다. 로봇 장치가 연결된 분사장치(60)로부터 반응원액을 각각 하부금형(30)상으로 분사하면서 발포반응이 개시된다. 본 발명의 저밀도 폴리우레탄 폼을 제조하는 공정에서는 반응성이 높아 반응속도가 빨라져 대량의 누액이 발생하게 된다. 본 발명에 사용되는 발포금형은 상부금형에 클로즈 코어(10)를 장착함으로서 누액발생을 방지하게 고안한 것이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 비교예와 비교 기술하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되는 것은 아니다.
1. 본 발명에 의한 저밀도 폴리우레탄 폼의 제조
(1) 폴리우레탄 발포 원재료액의 제조
폴리에테르 폴리올 65.0 Kg, 그래프트 폴리올 30.5 Kg, 고관능성 테트라올계 쇄연장제 2.0 Kg, 아민계 촉매 0.5 Kg, 물 2.0 Kg을 혼합하여 폴리올성분 원재료액을 제조하였다. 이는 액상이었고, 점도(viscosity)는 700 ~ 1500 CPS, 비중(specific gravity)은 1.035 ±0.020, 수분 함유량(water content)은 0.10 중량% 이상이었다.
이소시아네이트 성분 원재료액은 디페닐메탄디이소시아네이트를 사용하였다. 이는 액상이었고, 점도는 200 - 800 CPS, 비중 1.210 ±0.020, NCO 함유량이 23.0 - 31.0 중량% 이었다.
(2) 발포성형에 의한 저밀도 폴리우레탄 폼의 제조
도 1에 도시된 발포금형을 사용하여 저밀도 폴리우레탄 폼을 제조하였다. 상기 제조한 폴리올 성분 원재료액과 이소시아네이트 성분 원재료액의 혼합비는 100 : 57로 하였다. 액온은 폴리올 성분과 이소시아네이트 성분 모두 30℃로 하였다. 금형의 온도는 40℃로 하였다. 상기 폴리올 성분 원재료액과 이소시아네이트 성분 원재료액을 분사기로부터 하부금형(30)에 각각 분사한 후 클로즈 코어가 장착된 상부금형으로 밀폐시킴으로서 폴리우레탄 폼을 제조하였다.
2. 비교예
(1) 폴리우레탄 발포 원재료액의 제조
비교예의 폴리우레탄 발포원액은 이의 조성이 상기 실시예와 비교하여 쇄연장제 성분과 촉매성분이 다르고, 그 이외의 성분은 동일하게 하여 제조하였다. 구체적인 조성은 다음과 같다. 폴리에테르 폴리올 65.0 Kg, 그래프트 폴리올 30.5 Kg, 디올계 쇄연장제 2.0 Kg, 주석 및 아민계의 혼합 촉매 0.5 Kg, 물 2.0 Kg을 혼합하여 폴리올성분 원재료액을 제조하였다. 이소시아네이트 성분 원재료액은 디페닐메탄디이소시아네이트를 사용하였다.
(2) 발포성형에 의한 저밀도 폴리우레탄 폼의 제조
상기에서 제조한 폴리올 성분 및 이소시아네이트 성분의 원재료액의 혼합비율을 100 : 50으로 하여 실시예와 동일한 방법으로 발포성형에 의하여 폴리우레탄 폼을 제조하였다.
3. 폴리우레탄 폼의 물성측정
본 발명에 따라 제조한 저밀도 폴리우레탄 폼의 성형품과 비교예의 폴리우레탄 폼의 성형품으로부터 채취한 시편의 물성을 측정하였다. 측정방법 및 측정결과 수치는 다음과 같다.
(1) 겉보기 밀도의 측정
겉보기 밀도는 현대자동차 재료규격인 MS 257-10의 3.3항에 의거하여 시험편의 크기를 100×100 ×10 mm로 하여 중량 및 두께를 1mg 및 0.1mm까지 정확히 측정하였고 겉보기 밀도는 시험편의 중량(kg)을 시험편의 체적(m3)으로 나누어 준 값이다. 결과는 하기의 표 1에 나타내었다.
(2) 인장강도의 측정
인장강도는 JIS K6301의 3항의 규정에 따라 Dumbbell 1호형의 시험편을 MTS사의 1톤(1 Ton) 만능시험기를 사용하여 측정하였고, 두께는 10mm이며 시험속도는 200 mm/min이다. 측정의 결과는 하기의 표 1에 나타내었다.
(3) 파단시 신율의 측정
파단시 신율은 JIS K6301의 3항의 규정에 따라 Dumbbell 1호형의 시험편을 MTS사의 1톤(1 Ton) 만능시험기를 사용하여 측정하였고, 두께는 10mm이며 시험속도는 200 mm/min이다. 측정의 결과는 하기의 표 1에 나타내었다.
(4) 압축영구줄음율의 측정
압축영구줄음율은 ASTM D3574에 규정한 방법에 따라 측정하였고, 측정의 결과는 하기의 표 1에 나타내었다.
(5) 냄새의 측정
냄새는 현대자동차 MS 300-34에 규정한 방법에 따라 측정하였으며 그 결과는 하기의 표 1에 나타내었다.
(6) 표면경도의 측정
표면경도는 ASTM D2240에 규정한 방법에 따라 쇼어 경도계 C형을 사용하여 초기 압착 상태에서의 경도를 측정하였다. 그 결과는 하기의 표 1에 기재하였다.
구분 실시예 비교예
겉보기 밀도 100 - 150kg/m3 240 - 280kg/m3
인장강도 0.35 MPa 0.42 MPa
파단시 신율 30% 27%
압축영구줄음율 85%이하 75%
냄새 3.5급 3.5급
표면경도 30 - 40 70 - 80
표 1의 결과의 겉보기 밀도에서 보여지는 바와 같이 본 발명의 저밀도 폴리우레탄 폼의 패드재는 비교예보다 밀도가 낮고, 촉감성능을 나타내는 표면경도가 30 ~ 40으로서 비교예의 70 ~ 80의 것보다 작은 것을 알 수 있다. 따라서 촉감성능이 우수한 것으로 확인되었다.
본 발명은 인스트루먼트 패널용 패드 성형품에 있어서, 상기 패드를 저밀도의 폴리우레탄 폼으로 구성함으로써 패드 성형품의 촉감품질을 향상시킬 수 있고, 성형품의 경량화 및 발포원액의 사용량을 감소시킴으로서 원가를 절감하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 인스트루먼트 패널용 저밀도 패드 성형품의 발포작업시 사용되는 발포금형이다.
10 : 클로즈 코어 20 : 상부금형
30 : 하부금형 40 : 발포원액
50 : 표피재 60 : 로봇이 연결된 발포원액 분사장치

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 인스트루먼트 패널용 패드 성형품에 있어서, 상기 패드 성형품은 폴리에테르 폴리올 60 ~ 70 중량%, 그래프트 폴리올 25 ~ 35 중량%, 고관능성 테트라올계 쇄연장제 1 ~ 3 중량%, 아민계 촉매 0.1 ~ 1.0 중량%, 발포제 성분인 물 1.0 ~ 3.0 중량%를 포함하는 폴리올 성분 100 중량부에 대하여, 이소시아네이트 성분 45 ~ 60 중량부 혼합한 후, 상부금형(20)에 클로즈 코어(10)가 장착된 발포금형을 사용하여 발포성형하여 제조한 저밀도 폴리우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 성형품.
  4. 제3항에 있어서, 상기 이소시아네이트 성분은 디페닐 메탄 디이소시아네이트인 것을 특징으로 하는 패드 성형품.
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