KR101704195B1 - 차량 외장용 섬유 부품 및 제조 방법 - Google Patents

차량 외장용 섬유 부품 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표피층과, 접착제층과, 흡음패드층을 포함하는 차량 외장용 섬유 부품 및 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 직경이 30 내지 60 ㎛인 보강섬유로 구성된 웹을 적층한 다층구조의 표피층을 포함하여 뛰어난 내구성을 가진다. 또한 본 발명은 상기 표피층의 공극과 상기 흡음패드층에서 2번에 걸쳐 소음을 흡수하므로 흡음성능이 뛰어나다. 또한 본 발명은 기존의 오일팬에 주로 적용되던 스틸(Steel) 소재와 달리 섬유, PU폼 등의 가벼운 소재로 구성되어 있으므로 차량의 경량화에 크게 기여할 수 있다.

Description

차량 외장용 섬유 부품 및 제조 방법{A FIBROUS COMPONENT FOR VEHICLE EXTERIOR AND A MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 표피층과, 접착제층과, 흡음패드층을 포함하는 차량 외장용 섬유 부품 및 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 직경이 30 내지 60 ㎛인 보강섬유로 구성된 웹을 적층한 다층구조의 표피층을 포함하여 뛰어난 내구성을 가진다. 또한 본 발명은 상기 표피층의 공극과 상기 흡음패드층에서 2번에 걸쳐 소음을 흡수하므로 흡음성능이 뛰어나다. 또한 본 발명은 섬유, PU폼 등의 가벼운 소재로 구성되어 있으므로 차량의 경량화에 크게 기여할 수 있다.
오일팬 커버(Oil pan cover), 엔진 언더커버(Engine under cover), 플로어 언더커버(Floor under cover)는 차량의 하부에 장착되어 주행 시 발생하는 소음을 흡수하며, 도로의 자갈, 물 및 오염 물질 등이 차량으로 튀거나 차량에 묻는 것을 방지하기 위한 차량 외장용 부품이다.
종래에는 스틸(Steel)로 차량 외장용 부품을 만들었다. 그러나 최근에는 차량의 경량화에 대한 요구에 따라 유리섬유가 보강된 유리섬유 강화 플라스틱이나 유리섬유 복합 보드 등의 가벼운 소재를 사용하고 있다.
하지만 유리섬유 강화 플라스틱은 플라스틱 소재의 특성상 부품을 제조할 때 사출 또는 압출 방식을 사용하며 굴곡이 지는 부분의 강성을 보강하기 위해 리브를 적용하므로 경량화에 한계가 있고, 주행 시 발생하는 엔진 배기소음, 노면소음 등을 흡수하는데 취약하다.
한국공개특허 제10-2014-0042982호는 섬유를 사용하여 차량 외장용 부품을 제조하였다. 섬유를 적용함으로써 가벼운 부품을 만들어 연비 향상을 도모한 것이다. 그러나 상기 부품은 섬유를 혼합하여 만든 레이어를 단순히 적층한 것이어서 흡음성능이 좋지 않았고, 차량에 적용하기에는 내구성이 부족하였다.
또한 엔진 언더커버로 유리섬유가 복합된 보드타입의 흡음재가 적용된 사례가 있다. 그러나 흡음성능 및 내구성이 부족하다는 한계가 있다. 성형공정에서 발생하는 유리섬유의 비산문제로 양산라인 작업 환경에 문제점도 있다. 부품으로 가공된 이후에도 체결부위의 절단(Trimming) 라인에서 유리섬유의 비산을 방지하기 위해 추가로 플라스틱 사출물을 추가 장착해야 하기 때문이다.
따라서 자갈, 물 및 오염 물질 등으로부터 차량을 보호할 수 있을 정도의 내구성을 가지고, 흡음성능이 뛰어나며, 가벼운 차량 외장용 섬유 부품의 개발이 시급한 실정이다.
한국공개특허 제10-2014-0042982호
본 발명은 내구성이 좋고, 흡음성능이 뛰어나며, 가벼운 차량 외장용 섬유 부품을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 상기 차량 외장용 섬유 부품을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 구성을 포함한다.
본 발명에 따른 차량 외장용 섬유 부품은 보강섬유와 바인더섬유가 혼합된 웹(Web)이 적층된 다층구조를 가지고, 소음을 흡수하는 공극을 포함하는 표피층과; 상기 표피층의 내측에 위치하여 소음을 흡수하는 흡음패드층과; 상기 표피층 및 상기 흡음패드층을 부착하는 접착제층을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 보강섬유는 직경이 30 내지 60 ㎛이고, 상기 표피층은 30 내지 70 중량%의 보강섬유와, 30 내지 70 중량%의 바인더섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 흡음패드층은 소음을 흡수하는 다공성의 PU폼(Polyurethane foam)과, 상기 PU폼을 에워싸서 외부와 차단하는 필름을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 필름은 폴리우레탄 필름(Polyurethane film) 또는 폴리에틸렌 필름(Polyehtylene film)이고, 상기 필름의 두께는 20 내지 50 ㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 흡음패드층은 소음을 흡수하는 공극을 형성하는 흡음섬유와, 상기 흡음섬유를 결합하는 접착섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 흡음섬유는 직경이 10 내지 30 ㎛이고, 상기 흡음패드층은 60 내지 80 중량%의 흡음섬유와, 20 내지 40 중량%의 접착섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 접착제층은 핫멜트(Hot-melt) 접착제 또는 합성고무 접착제일 수 있다.
본 발명에 따른 차량 외장용 섬유 부품의 제조방법은 보강섬유와 바인더섬유가 혼합된 웹(Web)이 적층된 다층구조를 가지고, 소음을 흡수하는 공극을 포함하는 표피층을 제조하는 표피층 제조단계와; 상기 표피층의 내측에 위치하여 소음을 흡수하는 흡음패드층을 제조하는 흡음패드층 제조단계와; 상기 표피층과 흡음패드층을 부착하는 접착단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 차량 외장용 섬유 부품의 제조방법에 있어서, 상기 표피층 제조단계는 30 내지 60 ㎛ 직경의 보강섬유 30 내지 70 중량%와 바인더섬유 30 내지 70 중량%를 혼합하여 웹을 형성하고 상기 웹을 다층구조로 적층한 뒤 결합하는 웹 제조단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 차량 외장용 섬유 부품의 제조방법에 있어서, 상기 표피층 제조단계는 상기 웹 제조단계 이후, 상기 웹을 150 내지 230℃에서 40 내지 100초 동안 60 내지 200 kgf/cm2의 압력으로 압착하는 웹 예열단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 차량 외장용 섬유 부품의 제조방법에 있어서, 상기 표피층 제조단계는 상기 웹 예열단계 이후, 상기 웹을 0℃ 초과 40℃ 이하의 온도에서 30 내지 70초 동안 60 내지 200 kgf/cm2의 압력으로 압착하여 상기 부품의 형상으로 만드는 웹 성형단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 차량 외장용 섬유 부품의 제조방법에 있어서, 상기 표피층 제조단계는 상기 웹 성형단계 이후, 트리밍금형커팅(Trimming metallic mold cutting), 워터젯커팅(Water jet cutting) 또는 레이저커팅(Laser cutting) 방식으로 상기 웹을 다듬는 웹 트리밍단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 차량 외장용 섬유 부품의 제조방법에 있어서, 상기 흡음패드층 제조단계는 40 내지 80 ℃로 온도가 조절되는 금형의 상하부에 20 내지 50 ㎛ 두께의 필름을 장착하는 필름 준비단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 차량 외장용 섬유 부품의 제조방법에 있어서, 상기 흡음패드층 제조단계는 상기 필름 준비단계 이후, 상기 금형에 폴리우레탄원액을 주입하는 PU원액 주입단계를 더 포함하고, 상기 폴리우레탄원액은 폴리올(Polyol) 50 내지 80 중량%, 이소시아네이트(Isocyanate) 15 내지 45 중량% 및 촉매 1 내지 10 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 차량 외장용 섬유 부품의 제조방법에 있어서, 상기 흡음패드층 제조단계는 상기 PU원액 주입단계 이후, 상기 금형을 닫고 1 내지 3분 동안 상기 폴리우레탄원액을 발포하여 상기 필름으로 에워싸진 PU폼을 제조하는 발포단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 차량 외장용 섬유 부품의 제조방법에 있어서, 상기 흡음패드층 제조단계는 상기 발포단계 이후, 트리밍금형커팅(Trimming metallic mold cutting), 워터젯커팅(Water jet cutting) 또는 레이저커팅(Laser cutting) 방식으로 상기 PU폼을 다듬는 PU층 트리밍단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 차량 외장용 섬유 부품의 제조방법에 있어서, 상기 흡음패드층 제조단계는 10 내지 30 ㎛ 직경의 흡음섬유 60 내지 80 중량%와 접착섬유 20 내지 40 중량%를 혼합하여 웹을 형성하고 상기 웹을 적층한 뒤 결합하여 섬유패드를 제조하는 섬유패드 제조단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 차량 외장용 섬유 부품의 제조방법에 있어서, 상기 흡음패드층 제조단계는 상기 섬유패드 제조단계 이후, 상기 섬유패드를 40 내지 100초 동안 150 내지 230℃로 예열하는 섬유패드 예열단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 차량 외장용 섬유 부품의 제조방법에 있어서, 상기 흡음패드층 제조단계는 상기 섬유패드 예열단계 이후, 상기 섬유패드를 0℃ 초과 40℃ 이하의 온도에서 30 내지 70초 동안 60 내지 200 kgf/cm2의 압력으로 압착하여 상기 부품의 형상으로 만드는 섬유패드 성형단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 차량 외장용 섬유 부품의 제조방법에 있어서, 상기 흡음패드층 제조단계는 트리밍금형커팅(Trimming metallic mold cutting), 워터젯커팅(Water jet cutting) 또는 레이저커팅(Laser cutting) 방식으로 상기 섬유패드를 다듬는 섬유패드 트리밍단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 차량 외장용 섬유 부품은 표피층이 다층구조로 형성되어 있어 내구성이 좋기 때문에 자갈, 물 및 오염 물질 등으로부터 차량을 보호할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 차량 외장용 섬유 부품은 표피층의 공극과 흡음패드층에 의해 뛰어난 흡음성능을 가지므로 차량의 정숙성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명은 섬유, 폴리우레탄폼 등의 가벼운 소재를 사용하므로 경량화된 차량 외장용 섬유 부품을 제조할 수 있고, 이에 따라 차량의 연비를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량 외장용 섬유 부품을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 외장용 섬유 부품을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량 외장용 섬유 부품의 제조방법을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 외장용 섬유 부품의 제조방법을 도시한 것이다.
도 5는 실시예 1에서 제조한 오일팬 커버의 3단 W.O.T 가속투과소음 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 6은 실시예 1에서 제조한 오일팬 커버의 IDLE N단 차외 소음 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 실시예 2에서 제조한 오일팬 커버의 전부하 가속하방소음 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 실시예 2에서 제조한 오일팬 커버의 IDLE N단 하방소음 측정 결과를 도시한 그래프이다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 발명의 요지가 변경되지 않는 한 다양한 형태로 변형될 수 있다. 그러나 본 발명의 권리범위가 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되면 공지 구성 및 기능에 대한 설명은 생략한다. 본 명세서에서 "포함"한다는 것은 특별한 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 차량 외장용 섬유 부품(이하, '부품')은 보강섬유(11)와 바인더섬유(13)로 이루어진 표피층(10)과, 상기 표피층(10)의 내측에 위치하여 소음을 흡음하는 흡음패드층(50, 70)과, 상기 표피층(10)과 상기 흡음패드층을 결합하는 접착제층(30)을 포함한다.
상기 표피층(10)은 차량을 자갈, 물 및 오염 물질로부터 보호하는 구성이다. 또한 상기 표피층(10)은 웹(15)에 형성된 공극을 포함하므로 소음을 흡수할 수 있다.
상기 표피층(10)은 상기 보강섬유(11)와 상기 바인더섬유(13)가 혼합된 웹(15)이 적층된 다층구조를 가진다.
상기 보강섬유(11)는 상기 부품의 내구성을 강화하여 차량을 보호한다. 또한 상기 보강섬유(11)가 얼기설기 얽혀서 상기 웹(15)을 형성하므로 상기 보강섬유(11) 사이에 소음을 흡수하는 공극이 만들어진다.
상기 보강섬유(11)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(Polytrimethylene terephthalate, PTT), 폴리아미드(Polyamide) 및 폴리페닐렌설파이드(Polyphenylene sulfide, PPS)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 섬유일 수 있다.
상기 보강섬유(11)는 직경이 30 내지 60 ㎛이어야 상기 부품의 내구성이 충분히 향상되면서도, 공극이 잘 만들어져 높은 흡음성능을 발휘할 수 있다. 직경이 30㎛ 미만이면 내구성이 좋지 않아 차량을 보호할 수 없고, 60㎛를 초과하면 상기 웹에 공극이 형성되지 않아 소음을 흡수할 수 없다.
상기 바인더섬유(13)는 상기 보강섬유(11)를 결합하여 상기 웹(15)이 형상을 유지할 수 있도록 한다.
상기 바인더섬유(13)는 상기 부품이 차량에 탑재되는 것이므로 180℃ 이하의 온도에서 접착력이 있어야 한다. 따라서 저융점 폴리에틸렌테레프탈레이트(저융점 PET), 폴리프로필렌(Poltpropylene) 및 폴리에틸렌(Polyethylene)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 섬유일 수 있다.
상기 바인더섬유(13)는 상기 표피층(10)에 30 내지 70 중량%로 포함되어야 상기 표피층(10)의 내구성과 흡음성능이 유지될 수 있다. 30 중량% 미만이면 상기 보강섬유(11)를 결합하지 못하여 내구성이 떨어질 수 있고, 70 중량% 초과이면 공극을 막아버려 상기 표피층(10)이 소음을 흡수하지 못할 수 있다.
상기 표피층(10)은 상기 웹(15)이 적층되어 형성되는 다층구조를 가진다. 따라서 얇은 단일층구조와 비교해 내구성이 뛰어나다.
또한 상기 표피층(10)은 같은 두께의 단일층구조와 비교해 흡음성능이 뛰어나다. 상기 웹(15)은 보강섬유(11)가 얽혀서 형성되는 것이므로 두껍게 제조하면 공극이 제대로 형성되지 않기 때문이다. 또한 얇은 웹을 제조하여 다층으로 쌓으면 각 층의 웹(15)에 형성된 공극이 엇갈리게 배열되므로 흡음성능이 더 향상될 수 있다.
상기 접착제층(30)은 상기 표피층(10)과 상기 흡음패드층을 결합하는 구성으로 핫멜트(Hot-melt) 접착제 또는 합성고무 접착제를 사용할 수 있다.
상기 흡음패드층은 주행 시 차량에서 발생하는 소음을 흡수하는 구성으로, 일실시예로는 PU(Polyurethane)층(50)일 수 있고, 다른 실시예로는 섬유패드층(70)일 수 있다.
상기 PU층(50)은 다공성의 PU폼(51)과 상기 PU폼을 에워싸고 있는 필름(53)을 포함할 수 있다.
상기 PU폼(51)은 폴리우레탄(Polyurethane) 원액을 발포하여 제조하므로 다공성이고, 오픈 셀(Open cell) 구조를 가지기 때문에 소음을 흡수할 수 있다.
상기 필름(53)은 상기 PU폼(51)을 에워싸서 외부로부터 차단한다. 따라서 상기 PU폼(51)이 수분에 의해 가수분해되는 것을 방지할 수 있다.
상기 필름(53)은 폴리우레탄 필름 또는 폴리에틸렌 필름을 사용할 수 있다.
상기 필름(53)은 두께가 20 내지 50 ㎛이어야 상기 PU폼(51)을 보호하면서, 상기 PU폼(51)의 흡음성능을 저하하지 않을 수 있다. 20 ㎛ 미만이면 폴리우레탄 원액을 발포할 때 상기 필름(53)이 찢어질 수 있고, 50 ㎛ 초과이면 상기 필름(53)이 차음층으로 작용하여 상기 PU폼(51)의 흡음성능을 저하할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 섬유패드층(70)은 공극을 포함하는 웹을 형성하는 흡음섬유(71)와 상기 흡음섬유(71)를 결합하는 접착섬유(73)를 포함할 수 있다.
상기 흡음섬유(71)는 얼기설기 얽혀서 공극을 형성하고, 상기 공극이 소음을 흡수한다.
상기 흡음섬유(71)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(Polytrimethylene terephthalate, PTT), 폴리아미드(Polyamide) 및 폴리페닐렌설파이드(Polyphenylene sulfide, PPS)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 섬유일 수 있다.
상기 흡음섬유(71)는 직경이 10 내지 30 ㎛이어야 작업성이 좋아지고, 상기 공극이 잘 만들어져 높은 흡음성능을 발휘할 수 있다. 직경이 10 ㎛ 미만이면 상기 섬유패드층(70)을 제조할 때 분진이 많이 생겨 작업성이 떨어지며, 30 ㎛ 초과이면 공극이 제대로 형성되지 않아 흡음성능이 떨어진다.
상기 접착섬유(73)는 상기 흡음섬유(71)를 결합하여 상기 섬유패드층(70)이 형상을 유지할 수 있도록 한다.
상기 접착섬유(73)는 저융점 폴리에틸렌테레프탈레이트(저융점 PET), 폴리프로필렌(Poltpropylene) 및 폴리에틸렌(Polyethylene)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 섬유일 수 있다.
상기 접착섬유(73)는 상기 섬유패드층에 20 내지 40 중량%로 포함되어야 상기 흡음섬유(71)를 단단히 결합할 수 있고, 상기 섬유패드층(70)의 흡음성능을 유지할 수 있다. 20 중량% 미만이면 상기 흡음섬유(71)들에 대한 결합력이 부족하여 섬유패드층(70)의 형상을 유지할 수 없고, 분진이 많이 생겨 품질이 저하될 수 있다. 40 중량% 초과이면 공극을 막아 상기 섬유패드층(70)이 소음을 흡수할 수 없게 한다.
상기 섬유패드층(70)은 상기 흡음섬유(71)와 접착섬유(73)가 혼합되어 형성되는 웹이 적층된 다층구조를 가질 수 있다. 따라서 상기 공극이 엇갈리도록 배치되어 흡음성능이 향상될 수 있다.
상기 부품은 오일팬 커버, 엔진 언더커버 또는 플로어 언더커버일 수도 있다.
본 발명에 따른 부품은 직경이 30 내지 60 ㎛인 보강섬유(11)로 구성된 웹을 적층한 다층구조의 표피층(10)을 포함하여 뛰어난 내구성을 가진다. 따라서 차량을 자갈, 물 및 오염 물질 등으로부터 보호할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 부품은 상기 표피층(10)의 공극과 상기 흡음패드층(50, 70)에서 2번에 걸쳐 소음을 흡수하므로 흡음성능이 뛰어나다. 따라서 차량의 정숙성이 향상된다.
또한 본 발명에 따른 부품은 섬유, PU폼 등의 가벼운 소재로 구성되어 있으므로 차량의 경량화에 크게 기여할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 부품의 제조방법은 보강섬유와 바인더섬유가 혼합된 웹(Web)이 적층된 다층구조를 가지는 표피층을 제조하는 표피층 제조단계(S10)와, 상기 표피층의 내측에 위치하여 소음을 흡수하는 흡음패드층을 제조하는 흡음패드층 제조단계(S30)와, 상기 표피층과 흡음패드층을 부착하는 접착단계(50)를 포함한다.
상기 표피층 제조단계(S10)는 웹 제조단계(S11), 웹 예열단계(S13), 웹 성형단계(S15) 및 웹 트리밍(Trimming)단계(S17)를 포함할 수 있다.
상기 웹 제조단계(S11)는 30 내지 60 ㎛ 직경의 보강섬유 30 내지 70 중량%와 바인더섬유 30 내지 70 중량%를 혼합하여 웹을 형성하고, 상기 웹을 다층구조로 적층한 뒤 결합하는 단계이다.
상기 웹은 상기 보강섬유와 상기 바인더섬유를 카드레이어(Card layer)공법으로 혼합하여 만들 수 있다. 또한 상기 다층구조는 상기 웹을 적층한 뒤 니들펀칭(Needle punching)공법으로 결합할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고 다층구조의 웹을 형성할 수 있다면 어떠한 공법도 사용할 수 있다.
상기 웹 예열단계(S13)는 상기 웹을 열간프레스에 체결된 평판금형에 삽입한 뒤, 150 내지 230℃에서 40 내지 100초 동안 60 내지 200 kgf/cm2의 압력으로 압착하는 단계이다. 상기 웹을 예열하여 성형하기 용이한 상태로 만들기 위함이다.
상기 웹 성형단계(S15)는 예열한 상기 웹을 냉간프레스에 체결된 성형금형에 삽입한 뒤, 40℃ 이하의 온도에서 30 내지 70초 동안 60 내지 200 kgf/cm2의 압력으로 압착하여 상기 부품의 형상으로 만드는 단계이다.
상기 웹 트리밍단계(S17)는 성형한 상기 웹을 트리밍금형커팅(Trimming metallic mold cutting), 워터젯커팅(Water jet cutting) 또는 레이저커팅(Laser cutting) 방식으로 다듬어 스크랩(Scrab) 등을 제거하는 단계이다.
도 3을 참조하면, 상기 흡음패드층 제조단계(S30)의 일실시예는 전술한 PU층을 제조하는 단계로서, 필름 준비단계(S31), PU원액 주입단계(S33), 발포단계(S35) 및 PU층 트리밍단계(S37)를 포함할 수 있다.
상기 필름 준비단계(S31)는 40 내지 80 ℃로 온도가 조절되는 폴리우레탄 발포금형의 상하부면에 20 내지 50 ㎛ 두께의 필름을 장착하는 단계이다. 상기 필름은 폴리우레탄 필름 또는 폴리에틸렌 필름을 사용할 수 있다.
상기 PU원액 주입단계(S33)는 상기 금형의 상하부면에 부착된 필름 사이로 폴리우레탄원액을 토출하는 단계이다. 상기 폴리우레탄원액은 폴리올(Polyol) 50 내지 80 중량%, 이소시아네이트(Isocyanate) 15 내지 45 중량% 및 촉매 1 내지 10 중량%를 포함할 수 있다.
상기 발포단계(S35)는 폴리우레탄 발포금형의 상하부면을 맞닿게 닫은 후 1 내지 3분 동안 상기 폴리우레탄원액을 발포하는 단계이다. 이에 따라 다공성의 PU폼과 상기 PU폼을 에워싼 필름을 포함하는 PU층이 형성된다.
상기 폴리우레탄원액의 발포가 금형에서 이루어지므로 상기 발포단계 이후에 별도의 성형단계를 거치지 않아도 상기 PU층을 상기 부품의 형상으로 제조할 수 있다.
상기 PU층 트리밍단계(S37)는 상기 PU층을 트리밍금형커팅(Trimming metallic mold cutting), 워터젯커팅(Water jet cutting) 또는 레이저커팅(Laser cutting) 방식으로 다듬어 스크랩을 제거하는 단계이다.
도 4를 참조하면, 상기 흡음패드층 제조단계(S30)의 다른 실시예는 전술한 섬유패드층을 제조하는 단계로서, 섬유패드 제조단계(S31'), 섬유패드 예열단계(S33'), 섬유패드 성형단계(S35') 및 섬유패드 트리밍단계(S37')를 포함할 수 있다.
상기 섬유패드 제조단계(S31')는 10 내지 30 ㎛ 직경의 흡음섬유 60 내지 80 중량%와 접착섬유 20 내지 40 중량%를 혼합하여 웹을 형성하고 상기 웹을 적층한 뒤 결합하여 섬유패드를 제조하는 단계이다.
상기 웹은 상기 흡음섬유와 상기 접착섬유를 카드레이어(Card layer)공법 또는 에어레이어(Air layer)공법으로 혼합하여 만들 수 있다. 상기 섬유패드는 상기 웹을 오버랩핑(Overlapping) 또는 랜덤랩핑(Randomlapping)되도록 적층한 뒤, 뜨거운 증기(Hot-air)를 이용한 써멀본딩(Thermal bonding)공법으로 결합하여 제조할 수 있다.
상기 섬유패드 예열단계(S33')는 상기 섬유패드를 150 내지 230℃로 설정된 오븐(Oven)을 이용하여 40 내지 100초 동안 예열하는 단계이다.
상기 섬유패드 성형단계(S35')는 예열한 상기 섬유패드를 냉간프레스에 체결된 성형금형에 삽입한 뒤, 40℃ 이하의 온도에서 30 내지 70초 동안 60 내지 200 kgf/cm2의 압력으로 압착하여 상기 부품의 형상으로 만드는 단계이다.
상기 섬유패드 트리밍단계(S37')는 성형한 상기 섬유패드를 트리밍금형커팅(Trimming metallic mold cutting), 워터젯커팅(Water jet cutting) 또는 레이저커팅(Laser cutting) 방식으로 다듬어 스크랩을 제거하는 단계이다.
상기 접착단계(S50)는 상기 표피층의 내면에 핫멜트(Hot-melt) 접착제 또는 합성고무 접착제를 도포하는 접착제 도포단계(S51)와, 접착제 도포면과 상기 흡음패드층의 일면을 접하도록 하여 상기 표피층과 상기 흡음패드층을 결합하는 흡음패드층 부착단계(S53)를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실험예 1> - 섬유패드층을 포함하는 부품의 내구도 및 흡음성능 측정
(1) 실시예 1
(S10) 직경이 39 ㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트섬유(보강섬유) 50 중량%와 저융점폴리에틸렌테레프탈레이트섬유(바인더섬유) 50 중량%를 카드레이어공법으로 혼합하여 웹을 형성하였다. 상기 웹을 적층한 뒤 니들펀칭공법으로 결합하여 면밀도 1400g/㎡의 표피층을 제조하였다.
상기 표피층을 200℃의 평판금형에 삽입하여 100kgf/㎠으로 60초 동안 예열하였다. 예열한 상기 표피층을 오일팬 커버 성형금형에 삽입한 뒤 80kgf/㎠의 압력으로 50초 동안 압착하여 오일팬 커버의 형상으로 성형하였다. 상기 오일팬 커버 성형금형의 표면온도는 30℃ 이하로 조절하였다.
(S30) 직경이 25㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트섬유(흡음섬유) 70 중량%와 저융점폴리에틸렌테레프탈레이트섬유(접착섬유) 30 중량%를 카드레이어공법으로 혼합하여 웹을 형성하였다. 상기 웹을 적층한 뒤 써멀본딩공법으로 결합하여 면밀도 400g/㎡의 섬유패드를 제조하였다.
상기 섬유패드를 180℃ 오븐에서 예열하였다. 예열한 상기 섬유패드를 오일팬 커버 성형금형에 삽입한 뒤 80kgf/㎠의 압력으로 40초 동안 압착하여 오일팬 커버의 형상으로 성형하였다. 상기 오일팬 커버 성형금형의 표면온도는 30℃ 이하로 조절하였다.
(S50) 상기 표피층의 내면에 클로로프렌러버(Chloroprene rubber) 접착제를 도포하였다. 접착제 도포면에 상기 섬유패드를 부착하여 오일팬 커버를 완성하였다.
(2) 비교예 1
기존에 시판되고 있는 자동차 내장용 섬유 소재를 사용하여 제조된 오일팬 커버를 사용하였다.(자세한 설명은 필요하지 않지만, 본 기재로는 부족합니다. 시판되고 있는 종래의 오일팬 커버를 사용하셨다면 제품명, 판매자, 제품번호 등을 추가하는 것이 바람직할 것 같습니다)
(3) 내구성 평가
실시예 1과 비교예 1의 오일팬 커버를 차량에 장착하였다. 오일팬 커버의 내구성을 평가하기 위하여 크로스컨트리 내구시험을 실시하였다. 그 결과는 이하의 표 1과 같다.
구분 내구시험 전 내구시험 후*
실시예 1
Figure 112015043299041-pat00001
Figure 112015043299041-pat00002
비교예 1
Figure 112015043299041-pat00003
Figure 112015043299041-pat00004
*실시예 1은 크로스컨트리 내구시험을 45,000km 실시한 결과이고, 비교예 1은 1,908km 실시한 결과이다.
표 1을 참조하면, 비교예 1은 2,000km도 가지 못하고 오일팬 커버가 밀리고 보프라기가 발생하는 등의 문제가 생겼다. 반면에 실시예 1은 45,000km의 내구시험을 마치고도 원형이 거의 그대로 보존되었다.
따라서 본 발명에 따른 오일팬 커버인 실시예 1이 비교예 1에 비하여 내구성이 월등히 뛰어나다는 것을 알 수 있다.
(4) 흡음성능 평가
실시예 1의 오일팬 커버를 승용디젤 자동차에 장착하였을 때, 차량의 정숙성을 얼마나 개선할 수 있는지 평가하였다.
가속시 소음 정도를 측정하기 위해 3단 W.O.T(@ DYNAMO) 가속투과소음을 측정하였다. 그 결과는 이하의 표 2 및 도 5와 같다.
구분 제품중량 [g] 3단 W.O.T 2,000~4,000 RPM
AI(%) Average(평균치)
전석 근접소음
미장착 0 97.7 79.1
실시예1 182 100.2 81.9
측정치가 높을수록 가속 소음이 작아진다. 표 2의 측정 RPM 영역에서 가속 소음의 평균치를 참조하면, 실시예 1의 오일팬 커버를 장착하였을 때 가속 소음이 2.5 ~ 2.8% 개선됨을 알 수 있다. 도 5를 참조하면, 측정 RPM 영역 중 대부분의 영역에서 실시예 1의 오일팬 커버를 장착하였을 때 가속 소음이 줄어든다는 것을 알 수 있다.
주행시 차외 소음 정도를 측정하기 위하여 IDLE N단 차외소음을 측정하였다. 그 결과는 이하의 표 3 및 도 6과 같다.
구분 제품중량 [g] IDLE N단 800 ~ 3,000 Hz
dB(A) RMS(실효치)
오른쪽 왼쪽
미장착 0 53.5 53.7
실시예1 182 53.0 52.8
측정치가 낮을수록 차외 소음이 작아진다. 표 3의 측정 Hz 영역에서 차외 소음의 실효치(RMS)를 참조하면, 실시예 1의 오일팬 커버를 장착하였을 때 차외 소음이 0.5 ~ 0.9 dB(A) 감소됨을 알 수 있다. 도 6을 참조하면, 측정 Hz 영역 중 대부분의 영역에서 실시예 1의 오일팬 커버를 장착하였을 때 차외 소음이 줄어든다는 것을 알 수 있다.
<실험예 2> - PU층을 포함하는 부품의 흡음성능 측정
(1) 실시예 2
(S10) 직경이 39 ㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트섬유(보강섬유) 50 중량%와 저융점폴리에틸렌테레프탈레이트섬유(바인더섬유) 50 중량%를 카드레이어공법으로 혼합하여 웹을 형성하였다. 상기 웹을 적층한 뒤 니들펀칭공법으로 결합하여 면밀도 1400g/㎡의 표피층을 제조하였다.
상기 표피층을 200℃의 평판금형에 삽입하여 100kgf/㎠으로 60초 동안 예열하였다. 예열한 상기 표피층을 오일팬 커버 성형금형에 삽입한 뒤 80kgf/㎠의 압력으로 50초 동안 압착하여 오일팬 커버의 형상으로 성형하였다. 상기 오일팬 커버 성형금형의 표면온도는 30℃ 이하로 조절하였다.
(S30) 30㎛ 두께의 폴리우레탄 필름을 폴리우레탄 발포금형 상하면에 부착하였다. 상기 필름 사이로 폴리올 70 중량부, 이소시아네이트 27 중량부 및 촉매 3 중량부로 이루어진 폴리우레탄원액을 토출하였다. 상기 금형의 상면을 하면에 맞닿게 닫은 후 2분 30초 동안 발포하여 폴리우레탄 필름이 감싸고 있는 150 kg/m3의 PU폼을 제조하였다. 트리밍금형커팅 방식으로 스크랩을 제거하여 흡음패드층을 제조하였다.
(S50) 상기 표피층의 내면에 클로로프렌 접착제를 도포하였다. 접착제 도포면에 상기 흡음패드층을 부착하여 오일팬 커버를 완성하였다.
(2) 흡음성능 평가
실시예 2의 오일팬 커버를 승용디젤 자동차에 장착하였을 때, 차량의 정숙성을 얼마나 개선할 수 있는지 평가하였다.
가속시 하방 소음 정도를 측정하기 위해 전부하 가속하방소음을 측정하였다. 그 결과는 이하의 표 4 및 도 7과 같다.
구분 제품중량 [g] 전부하 가속하방소음
2,000 ~ 4,000 RPM, dB(A)
미장착 0 97.8
실시예2 205 96.1
표 4를 참조하면, 실시예 2의 오일팬 커버를 장착하였을 때 전부하 가속하방소음이 1.7 dB(A) 감소함을 알 수 있다. 도 7을 참조하면, 측정 RPM 영역의 전체 영역에서 실시예 2의 오일팬 커버를 장착하였을 때 가속시 하방 소음이 줄어들었음을 알 수 있다.
주행시 차외 소음 정도를 측정하기 위하여 IDLE N단 하방소음을 측정하였다. 그 결과는 이하의 표 5 및 도 8과 같다.
구분 제품중량 [g] IDLE N단 하방 소음
1,000 ~ 4,000 Hz, dB(A)
미장착 0 76.5
실시예2 205 74.1
표 5를 참조하면, 실시예 2의 오일팬 커버를 장착하였을 때 차외 하방 소음이 2.4 dB(A) 감소됨을 알 수 있다. 도 8을 참조하면, 측정 Hz 영역 중 대부분의 영역에서 실시예 2의 오일팬 커버를 장착하였을 때 차외 하방 소음이 줄어든다는 것을 알 수 있다.
<실험예 3> - 보강섬유의 직경에 따른 표피층의 내구성 평가
(1) 실시예 3
상기 실시예 2와 동일한 방법으로 표피층을 제조하되, 직경이 39 ㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트섬유(보강섬유) 70 중량%와 저융점폴리에틸렌테레프탈레이트섬유(바인더섬유) 30 중량%를 사용하였다.
(2) 비교예 2
상기 실시예 2와 동일한 방법으로 표피층을 제조하되, 직경이 25 ㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트섬유(보강섬유) 70 중량%와 저융점폴리에틸렌테레프탈레이트섬유(바인더섬유) 30 중량%를 사용하였다.
(3) 내구성 평가
상기 실시예 3 및 비교예 2에서 제조된 표피층의 내구성을 측정하였다. 테이버식 마모시험기를 이용하였다. H-18의 마모륜을 사용하여 1,000회의 회전을 실시하였으며, 마모시험기 양쪽에 1kg의 추를 사용하여 하중을 부여하였다.
구분 실시예 3 비교예 2
마모시험 전 중량[g] 20.74 20.46
마모시험 후 중량[g] 20.32 18.98
마모시험 후 섬유 소실량[g] 0.41 1.48
마모시험 후 사진
Figure 112015043299041-pat00005
Figure 112015043299041-pat00006
표 6을 참조하면, 실시예 3에서 제조된 표피층이 섬유 소실량이 적고, 육안으로 보기에도 마모가 덜 되었음을 알 수 있다. 상기 보강섬유의 직경이 30 ㎛ 미만이면 표피층의 내구성이 나빠짐을 확인할 수 있다.
<실험예 4> - 표피층에 의한 부품의 흡음성능 평가
(1) 실시예 4
상기 실시예 1과 동일한 방법 및 소재로 엔진 언더커버를 제조하였다.
(2) 비교예 3
2140g/㎡의 유리섬유강화플라스틱 제품을 분위기 온도 200±10℃로 유지되는 오븐에서 180초 동안 예열하였다. 표면온도가 30℃ 이하로 유지된 엔진 언더커버 성형금형을 이용하여 150kgf/㎠의 압력으로 50초 동안 냉간압착성형하여 표피층을 제조하였다.
이를 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 엔진 언더커버를 제조하였다.
(3) 흡음성능 평가
상기 실시예 4 및 비교예 3에서 제조된 엔진 언더커버의 흡음률을 측정하였다. 흡음률 평가시험은 Alpha cabin을 이용하였다.
주파수(Hz) 1,000 2,000 3,150 5,000
흡음계수 실시예 4 0.56 0.62 0.67 0.71
비교예 3 0.13 0.19 0.12 0.11
표 7을 참조하면, 실시예 4의 엔진 언더커버의 흡음계수가 비교예 3보다 3 ~ 5배 크게 측정된 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 부품은 기존 제품과 비교하여 월등히 향상된 흡음성능을 가진다.
이상으로 본 발명에 대해 상세히 설명하였다. 다만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에 의해 정해진다.
10 : 표피층 11 : 보강섬유 13 : 바인더섬유 15 : 웹
30 : 접착제층
50 : PU층 51 : PU폼 53 : 필름
70 : 섬유패드층 71 : 흡음섬유 73 : 접착섬유
S10 : 표피층 제조단계
S11 : 웹 제조단계
S13 : 웹 예열단계
S15 : 웹 성형단계
S17 : 웹 트리밍단계
S30 : 흡음패드층 제조단계
S31 : 필름 준비단계
S33 : PU원액 주입단계
S35 : 발포단계
S37 : PU층 트리밍단계
S31' : 섬유패드 제조단계
S33' : 섬유패드 예열단계
S35' : 섬유패드 성형단계
S37' : 섬유패드 트리밍단계
S50 : 접착단계
S51 : 접착제 도포단계
S53 : 흡음패드층 부착단계

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 보강섬유와 바인더섬유가 혼합된 웹(Web)이 적층된 다층구조를 가지고, 소음을 흡수하는 공극을 포함하는 표피층을 제조하는 표피층 제조단계와;
    상기 표피층의 내측에 위치하여 소음을 흡수하는 흡음패드층을 제조하는 흡음패드층 제조단계와;
    상기 표피층과 흡음패드층을 부착하는 접착단계를 포함하고,
    상기 표피층 제조단계는 30 내지 60 ㎛ 직경의 보강섬유 30 내지 70 중량%와 바인더섬유 30 내지 70 중량%를 혼합하여 웹을 형성하고 상기 웹의 공극이 엇갈리게 배열되도록 하여 복수 개의 상기 웹을 다층구조로 적층한 뒤 결합하는 웹 제조단계;
    상기 웹을 열간프레스에 체결된 평판금형에 삽입한 뒤 150 내지 230℃에서 40 내지 100초 동안 60 내지 200 kgf/cm2의 압력으로 압착하는 웹 예열단계; 및
    상기 웹을 냉간프레스에 체결된 성형금형을 이용하여 0℃ 초과 40℃ 이하의 온도에서 30 내지 70초 동안 60 내지 200 kgf/cm2의 압력으로 압착하여 부품의 형상으로 만드는 웹 성형단계를 포함하는 차량 외장용 고내구성 섬유 부품의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 표피층 제조단계는 상기 웹 성형단계 이후, 트리밍금형커팅(Trimming metallic mold cutting), 워터젯커팅(Water jet cutting) 또는 레이저커팅(Laser cutting) 방식으로 상기 웹을 다듬는 웹 트리밍단계를 더 포함하는 차량 외장용 고내구성 섬유 부품의 제조방법.
  13. 제 9 항 또는 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡음패드층 제조단계는 40 내지 80 ℃로 온도가 조절되는 금형의 상하부에 20 내지 50 ㎛ 두께의 필름을 장착하는 필름 준비단계를 포함하는 차량 외장용 고내구성 섬유 부품의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 흡음패드층 제조단계는 상기 필름 준비단계 이후, 상기 금형에 폴리우레탄원액을 주입하는 PU원액 주입단계를 더 포함하고,
    상기 폴리우레탄원액은 폴리올(Polyol) 50 내지 80 중량%, 이소시아네이트(Isocyanate) 15 내지 45 중량% 및 촉매 1 내지 10 중량%를 포함하는 차량 외장용 고내구성 섬유 부품의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 흡음패드층 제조단계는 상기 PU원액 주입단계 이후, 상기 금형을 닫고 1 내지 3분 동안 상기 폴리우레탄원액을 발포하여 상기 필름으로 에워싸진 PU폼을 제조하는 발포단계를 더 포함하는 차량 외장용 고내구성 섬유 부품의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 흡음패드층 제조단계는 상기 발포단계 이후, 트리밍금형커팅(Trimming metallic mold cutting), 워터젯커팅(Water jet cutting) 또는 레이저커팅(Laser cutting) 방식으로 상기 PU폼을 다듬는 PU층 트리밍단계를 더 포함하는 차량 외장용 고내구성 섬유 부품의 제조방법.
  17. 제 9 항 또는 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡음패드층 제조단계는 10 내지 30 ㎛ 직경의 흡음섬유 60 내지 80 중량%와 접착섬유 20 내지 40 중량%를 혼합하여 웹을 형성하고 상기 웹을 적층한 뒤 결합하여 섬유패드를 제조하는 섬유패드 제조단계를 포함하는 차량 외장용 고내구성 섬유 부품의 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 흡음패드층 제조단계는 상기 섬유패드 제조단계 이후, 상기 섬유패드를 40 내지 100초 동안 150 내지 230℃로 예열하는 섬유패드 예열단계를 더 포함하는 차량 외장용 고내구성 섬유 부품의 제조방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 흡음패드층 제조단계는 상기 섬유패드 예열단계 이후, 상기 섬유패드를 0℃ 초과 40℃ 이하의 온도에서 30 내지 70초 동안 60 내지 200 kgf/cm2의 압력으로 압착하여 상기 부품의 형상으로 만드는 섬유패드 성형단계를 더 포함하는 차량 외장용 고내구성 섬유 부품의 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 흡음패드층 제조단계는 트리밍금형커팅(Trimming metallic mold cutting), 워터젯커팅(Water jet cutting) 또는 레이저커팅(Laser cutting) 방식으로 상기 섬유패드를 다듬는 섬유패드 트리밍단계를 더 포함하는 차량 외장용 고내구성 섬유 부품의 제조방법.
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