KR100324648B1 - 성형된폼쿠션으로구성된합성성형품의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐쇄 가능한 주형에 주조된 PVC(폴리비닐 클로라이드) 진공 형성된 또는 분무된 열가소성 플라스틱/열경화성 덮개 재료, 또는 직물 외부 외피을 위치시켜, 외피의 배면에 우레탄 폼 형성 재료의 피막을 분무하고, 삽입체가 외피에 이격되게 유지되도록 뚜껑으로 주형을 폐쇄하고 폼 형성 재료가 반응하여 외피과 삽입체 사이에 있고 부착된 성형된 폼 쿠션을 제공하는 동안 뚜껑을 닫아서 클램핑하는 자동차 내부 트림 부품 구성 방법에 관한 것이다.

Description

성형된 폼 쿠션으로 구성된 합성 성형품의 제조 방법
본 발명은 합성 성형품을 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 특히 자동차 내부 트림 부품과 같은 성형된 폼(foam) 쿠션을 구성하는 합성 성형품을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
본래 인스투르먼트 패드, 도어 판넬, 팔걸이, 글로브 박스, 중앙 계기판, 마감 판넬과 같은 자동차 내부 트림 부품 구조의 열악한 폼 성형은 생산시 관련 스크랩(scrap) 및 유지 보수 관련 문제점의 주 원인이었다.
자동차 내부 트림 부품을 제조하고, 열가소성 플라스틱 커버, 금속 또는 플라스틱 기층의 복합 구조물 및 우레탄 폼을 커버와 기층 사이의 공간을 충전하기 위해 사용하는 산업 분야에서 충전 부족(underfills), 공동(void), 낡은 폼셀 구조(ratty foam cell structurc) 및 열악한 배합 등의 우레탄 폼 결합은 주요한 제조상의 문제점이 되고 있다.
제조 결함 이외에도, 열악한 우레탄 폼의 형성은 조립된 생산 제품의 현장 결함(field failure)을 야기할 수 있으며 또한 야기되고 있다. 현장 결함은 각종의 주형 에서 나타났다.
"타이거 스트립핑(Tiger Striping)", 즉 변색 또는 변형이 우레탄 성분[이소시안산(isocyanate) 및 폴리올(polyol)]의 불충분한 혼합에 의해 야기될 수 있다.
덮개에 불필요한 거칠고 불규칙적인 표면을 야기하는 "미즐(Measles)"은 낡은 셀 형성 또는 다수의 작은 공동과 보통 관련되어 있다.
"싱크(sinks)"는 우레탄 폼에 큰 공동에 의해 야기되는 또 다른 결함이다. 이 경우에 공동은 덮개 재료가 수축하며 덮개에 침하를 야기할 정도로 충분히 크다.
열악한 우레탄 폼의 품질은 다년간 제조 공장에서 계속 되어온 문제점인 반면, 주요 현장 수행 문제점이 발생한 것은 단지 몇 년전 부터이다. 현장 결함이 발생하는 것은 오늘날 공기역학적으로(aerodynamically) 설계된 자동차에서 발생되는 내부 온도의 상승에 직접 기인한다.
유리 사용의 증가 및 윈드실드의 각도의 감소는 최신형 자동차의 내부 온도를 극적으로 증가시키고 있다. 이는 오늘날 보통 "온실 효과(greenhouse effect)라 불리운다. 10년전 제조물 환경 온도 안정성 시험에 의해 요구된 가장 높은 시험 온도는 100 ℃(212 °F)였다. 오늘날 대부분의 자동차 규격서는 121.1 ℃(250 °F)의 온도에 장시간의 노출에 견딜 것을 요한다.
온실 효과의 좋은 예가 1998년 11월, 마이애미 사우스 플로리다 테스트 서비스에서 수행된 시험의 결과에서 발견되었다. 자동차 인스투루먼트 패드에는 24 시간 이상 패드의 여러 부분의 온도를 감시하기 위해 15개의 열전쌍 탐침이 장착되었다.
시험 설비는 태양에 45 ° 각도로 자동차 유리 아래에 인스투루먼트 패드를 위치시킨 밀폐된 박스였다. 아침 11시 45분에 패드의 표면 온도는 116.7℃(242 °F)를 기록했다.
추가의 환경 시험에서 플로리다 시험을 뒷받침하며 한여름에는 자동차 내부 온도가 126.7 ℃(260 °F)를 넘을 수 있다는 사실이 발견되고 있다. 이들 온도는 덮개 재료를 연화시켜 덮개가 아래의 우레탄 폼의 구조의 모양으로 되기에 충분하다.
전통적으로 "주위 개방 주입(perimeter open pour)"이라 불리는 시스템이 덮개의 배면에 우레탄 화학물질을 전달하는 데 사용되고 있다. 폐쇄 가능한 주형 또는 포밍 공구의 뚜껑에는 기층가 장착된다. 기계적으로 혼합된 우레탄이 덮개의 배면에 가하여진 후 뚜껑이 폐쇄되어 주조 공동을 밀봉한다.
우레탄이 덮개 주연 주위로 약 5.1 cm(2 in) 넓이의 비드 스트립(bead strip) 형태로 도포된다. 주형이 폐쇄된 후 우레탄은 덮개와 기층 사이의 공간에 충전되어야 한다. 결함 없는 물품을 제조하기 위해, 우레탄 화합물은 적절히 혼합되어야 하며, 화학적 온도 및 비율이 적정해야 하고, 주형은 밀봉되고 균일한 클램핑 압력을 구비해야 한다.
그 후 우레탄이 공급되어 덮개와 기층 사이의 공간을 충전한다. 우레탄은 돌출 부위를 넘어, 모서리 부위로 퍼지고, 얇아진 다음 두꺼워져야 한다. 어떤 형상에서는 우레탄은 304.8 mm 내지 355.6(12 내지 14 in)나 횡으로 이동하여야 한다. 이 모든 것이 일어난다 하더라도, 우레탄 중합 반응은 폼의 셀 구조를 형성시키게 된다.
개방 주입 프로세스의 대안은 폐쇄 주형 사출 주입 프로세스(CMIP, closed mold injection pour process)이다. CMIP 프로세스는 단일 입구 구멍을 통해 폐쇄된 주형 내로 우레탄을 주입한다. 불행하게도, 이 프로세스는 개방 주입 프로세스가 갖는 문제와 동일한 종류의 문제점을 갖는다. 또한, 주형의 치수 정밀도 및 균일한 클램핑 압력은 개방 주입 프로세스가 요구하는 것보다 치명적으로 나타난다.
상기에서 지적된 바와 같이, 어느 누구도 자동차 내부 트림 부품에서 공동 없는 우레탄 폼을 연속적으로 제조하는 우레탄 화학 및 공장 설비를 완전히 성공적으로 개발하지 못했다.
본 발명의 목적은, 공동 없이 성형된 우레탄 폼 쿠션이 지금 사용 가능한 방법에서 보다 일정하게 제조되는 성형된 우레탄 폼 쿠션으로 구성된, 자동차 내부 트림 부품과 같은 합성 성형품을 구성하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 방법의 특징은 폼 형성 화학 물질이 폐쇄된 주형에서 덮개의 배면 상에 분무되어 형성된 폼 쿠션이 대체로 공동 없이 형성된다는 점이다.
본 발명의 방법의 다른 특징은 우레탄 폼 형성 화학 물질이 혼합되어 대체로 주형 내의 덮개의 전 배면에 분무되어 형성된 대체로 공동 없는 우레탄 폼 쿠션이 주형이 폐쇄될 때 형성된다는 점이다.
그러나 본 발명의 다른 특징은 우레탄 폼 형성 화학 물질이 폐쇄된 주형 내에서 성형된 폴리비닐 외피의 배면에 대체로 균일하게 분무되어 성형된 폴리우레탄 쿠션이 주형 공간 내에 노출된 외피의 전 배면에 대체로 접착된다는 점이다.
본 발명의 또 다른 특징은 폼 형성 화학 물질이 폐쇄된 주형에서 덮개의 배면에 분무되어 기층가 덮개에 이격되어 유지되고 대체로 공동없는 폼 쿠션이 덮개와 기층 사이에 형성된다는 점이다.
본 발명의 또 다른 특징은 우레탄 폼 형성 화학 물질이 혼합되어 폐쇄된 주형내에 미리 주조되어 성형된 외피의 대체로 전 배면에 분무되어 미리 주조된 외피로부터 이격된 기층를 유지하여 외피 및 기층에 부착되고 그 사이에 이격된 공간을 충전하는 성형된 폴리우레탄 쿠션이 형성된다는 점이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 장점이 첨부된 도면을 참조하여 이하의 발명의 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이며, 도면에서는 같은 부품은 같은 도면 부호로 표시하였다.
이제 도면에 대해서 언급하면, 제1도는 자동차용 내부 트림 부품(10)의 형태로 본 발명에 따라 제조될 수 있는 대표적인 물품을 도시한다. 트림 부품(10)은 열 가소성 플라스틱 덮개(12), 기층(14), 및 덮개(12)와 기층(14) 사이의 성형된 폼 쿠션(16)으로 구성된다.
열가소성 플라스틱 덮개(12)는 미적으로 괜찮고 촉감이 좋은 임의의 적절한 열가소성 플라스틱 재질로 제조될 수 있다. 전형적인 예로서 열가소성 플라스틱 덮개(12)는 폴리비닐 클로라이드(PVC)의 얇은 외피(shell)이다. 열가소성 플라스틱 우레탄(TPV), 열가소성 플라스틱 폴리올레핀(TPO)/열가소성 플라스틱 탄성중합체(TPE) 및 폴리에스터도 가능하다.
기층(14)은 자동차 프레임 또는 도어와 같은 구조물을 유지하기 위해 부품(10)을 조작하고 조이기에 충분한 강도인 임의의 적절한 구조 재질로 제조된다 상기 재질은 덮개(12) 및 폼 쿠션(16)의 재질과 또한 함께 사용될 수 있어야 한다. 지지부 또는 기층(14)는 금속 또는 플라스틱으로 제조될 수 있다. 강철, 알루미늄 및 폴리카보네이트(polycarbonate), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 및 스티렌 말레익 앤히드라이드(styrene-maleic anhydride) 및 그 관련 공중합체 혼합물 등과 같은 구조용 열가소성 플라스틱이 그 전형적인 예이다.
폼 쿠션(16)의 주 기능은 덮개(12)를 충전하고 덮개에 부드러운 촉감을 주는 것이다. 본 발명은 폴리우레탄 폼 쿠션을 구비한 후, 특히 폴리비닐 클로라이드 외피의 형상으로 덮개와 조합된 자동차 내부 트림 부품을 구성하는 방법에 특히 적합하다. 그러나 폴리우레아-포름알데히드, 폴리에테르 및 폴리이소시아누레이트(polyisocyanurate) 폼과 같은 다른 폼 쿠션도 가능하다.
제2도, 제3도 및 제4도는 본 발명에 따른 내부 트림 부품(10)을 구성하는 폐쇄 가능한 주형을 도시한다.
단순히 이들은 제2도에서 도시된 바와 같이 폐쇄 가능한 주형(18)의 주조 공동에 양호하게는 미리 성형된 형태로 폴리비닐 클로라이드의 열가소성 플라스틱 외피인 덮개(12)를 제공하여 구성된다 폴리우레탄 폼 형성 재질의 피막은 그후 대체로 균일한 방식으로 대체로 덮개(12)의 전 배면에 분무된다. 주형(18)은 그 후 뚜껑(20)에 의해 폐쇄되어 기층(14)이 덮개(12)에 이격되게 주조 공동 내에 위치된다. 폐쇄된 주형은 우레탄 폼 형성 재질이 쿠션(16)을 형성하는 폴리우레탄 폼으로 덮개(12)와 기층(14) 사이의 공간을 충전하도록 반응하는 동안 제3도에서 도시된 화살표(22)의 힘에 의해 지시된 바와 같이 클램프되어 폐쇄된다. 폴리우레탄 폼은 화학 반응이 완료될 때 반-강성(semi-rigid) 형태인 것이 좋다. 주형(18)은 제4도에서 도시된 바와 같이 개방되어 완성된 물품(10)이 분리된다.
본 발명은 우레탄 화학 물질의 분무된 피막 및 덮개(12)의 배면 "페인트(Paint)"를 전달하기 위해 충격 혼합 스프레이 시스템을 사용한다. "페인팅"에 의해 외부 덮개의 배면에 우레탄 피막을 균일하게 분무하는 것을 의도하였다.
우레탄으로 덮개(12)의 배면을 페인팅한 후 주형(18)의 뚜껑(20)이 폐쇄되어 반-강성(semi-rigid) 폼이 내부에 형성되어 덮개(12)와 전형적으로 평균 약12.7mm(1/2 in)인 기층(14) 사이의 공간을 충전 가능하게 한다.
덮개(12)와 기층(14) 사이의 공간의 복잡한 부분을 충전하도록 폼 형성 화학물질을 횡으로 이동할 필요가 없는 본 발명은 우레탄 화학 물질이 덮개(12)의 전배면에 피막되도록 기계적으로 분무되기 때문에 도입부에서 기술된 종래의 방법에 대해 큰 이점을 갖는다.
또한, 열가소성 플라스틱 덮개(12)에 우레탄 폼 쿠션(16)의 접착이 우레탄 부품의 분무 적용으로 상당히 개선된다. 주위 개방 주입 및 폐쇄 주형 주입 방법의 종래 제조 방법은 덮개와 기층 사이의 공간에 유동하여 충전하기 위해 우레탄을 요한다. 우레탄이 주형 내로 도입되자마자, 가교 결합(cross linking) 및 포밍 작용이 시작된다. 폼의 반응 및 이동이 발생할 때 반-형성된(semi-developed) 폼의 점도는 증가하여, 우레탄 폼 및 덮개는 균일하게 습윤되지 않는다. 이 문제는 복합물의 어느 영역에 덮개 재료에 우레탄의 접착력이 열악하거나 소실되는 것을 야기한다.
덮개에 우레탄을 분무하면 우레탄이 최초에 및 반응 모습의 가장 습한 점에서 덮개의 전 배면에 균일하게 공급되기 때문에 도포되지 않는 문제점이 제거된다.
우레탄은 분무 피막 루프 절연(spray coating roof insulation) 및 벽 절연(wall insulation)용으로 개발된 종래의 분무 시스템을 사용하여 덮개에 분무될 수 있다. 그러한 시스템이 제2도에 개략적으로 도시되어 있다. 간단히 말해서 이 시스템은 성분들을 혼합하는 비례 펌프(proportioning pump, 28)에 연결된 각각의 폴리올 및 이소시안산 공급기(24 및 26)로 구성된다. 혼합된 성분들은공급원(32)으로부터 압축된 공기를 따라 분무 손잡이(30)에 전달되거나 또는 공기를 사용하지 않는 전달 시스템이 사용될 수 있다.
[실시예]
반∼강성 우레탄 폼 분무는 1대 1의 비율로 폴리올과 이소시안산으로 구성된 두 개의 성분의 우레탄 예비 중합체(prepolymer)를 사용하여 시도되었다. 우레탄 예비 증합체는 밀착 가능한 평판(flat plaque) 주형에서 PVC 외피에 성공적으로 분무되었고 균일한 공동없는 셀 구조도 폼이 자유로이 형성되도록 충분한 정도로 혼합되었다.
고정 비율 수동 무기식(airless) 분무 시스템이 분무 손잡이로 두 성분의 우레탄 시스템을 전달하는데 우선 사용되었다 분무 손잡이는 복수리 성분의 우레탄 시스템용으로 100 메쉬(mesh)의 필터 스크린을 사용하였다. 분무 손잡이에는 정적 혼합기(static mixer) 및 우레탄의 과분무의 함유를 돕는 외기 차단 노즐(outer air curtain nozzle)이 장착된 플랫 팁(flat tip) 스프레이 노즐이 장착되어 있다.
이후의 프로세스는 정량 수동 무기식 분무 시스템 대신에 전달 시스템으로 사용된 종래의 고압 충격식 혼합 장비가 장착되어 성공적으로 시도되었다. 반응 주입 성형(RIM, Reaction Injection Molding)용으로 특별히 설계된 메틸렌 클로라이드계 또는 에테르계 재생 가능한 세척 시스템(flush system)이 무기 및 고압 충격식 혼합 시스템을 모두를 세척 및/또는 클리닝하기 위해 사용될 수 있다.
고압의 다수의 성분의 우레탄 펌프 시스템이 최초의 무기식 분무를 하기 위해 사용되었다. 두 개의 흐름(stream)의 우레탄 시스템이 131.8 kg중/cm2(1875 psi)로 동등한 비율로 분무 손잡이에 전달되었다.
두 개의 화합물 흐름이 43.3℃(110 °F)로 가열되고 분무 손잡이의 최종 블록으로부터 화합물 보유 탱크로 재순환되었다.
본 발명이 도시된 방식으로 기술되었으며, 사용된 용어는 한정적인 아닌 예시적인 의도로 사용되었다.
분명히, 상술된 것에 비추어 본 발명의 많은 수정 및 변형이 이루어질 수 있다. 그러므로, 첨부된 특허 청구의 범위 내에서 본 발명은 발명의 상세한 설명과는 달리 실시될 수도 있다.
제1도는 본 발명의 방법에 따라 제조된 자동차 내부 트림 부품의 사시도.
제2도는 본 발명의 방법을 실행하기 위해 폐쇄 가능한 주형을 포함한 대략적으로 도시된 장치의 단면도.
제3도는 본 발명의 방법을 실행하는 이후의 단계에서 제2도의 폐쇄가능한 주형의 단면도.
제4도는 본 발명의 방법을 실행하는 더 후속의 단계에서 제2도의 폐쇄가능한 주형의 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 자동차용 내부 트림 부품 12 : 덮개
14 : 기층 16 : 폼 쿠션

Claims (11)

  1. 덮개에 부착된 폼 쿠션을 구비한 합성 성형품의 제조 방법에 있어서,
    주조 공동을 갖는 밀폐 가능한 주형을 제공하는 단계,
    주조 공동의 면 상에 배치되고 배면이 노출된 면을 갖는 분리 가능한 덮개를 제공하는 단계,
    덮개의 배면에 폼 형성 재료의 피막을 분무하는 단계,
    덮개와 기층 사이에 폼 쿠션을 제공하도록 우레탄 폼 형성 재료가 반응하여 폼으로 덮개 및 기층 사이의 공간을 충전하는 동안 기층이 덮개와 이격된 관계로 유지되도록 주형을 뚜껑으로 폐쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 덮개는 폴리비닐 클로라이드로된 미리 성형된 열가소성 플라스틱 외피의 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 우레탄 폼 형성 재료는 덮개의 배면에 분무되어 반-강성 폴리우레탄 폼으로 덮개와 기층 사이의 공간을 충전하도록 반응하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 폼 형성 재료는 덮개의 전체 배면에 분무되는 이소시안산 및 폴리올인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제2항에 있어서, 폼 형성 재료는 덮개의 전체 배면에 분무되는 이소시안산 및 폴리올인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 덮개 및 기층 사이에 배치되고 부착된 폼 쿠션을 구비한 플라스틱 합성 성형품의 제조 방법에 있어서,
    폐쇄 가능한 주형의 주조 공동의 열가소성 플라스틱 외피 형태의 덮개를 위치시키는 단계,
    외피의 배면에 우레탄 폼 형성 재료의 피막을 분무하는 단계,
    외피와 기층 사이에 폼 쿠션을 제공하도록 우레탄 폼 형성 재료가 반응하여 폴리우레탄 폼으로 외피와 기층 사이의 공간을 채우는 동안 외피와 이격된 관계로 기층을 유지시키는 뚜껑에 의해 주형을 폐쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 외피는 폴리비닐 클로라이드로 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 외피의 배면에 분무된 우레탄 폼 형성 재료는 반응하여 반강성 폴리우레탄 폼으로 외피와 기층 사이의 공간을 충전하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제6항에 있어서, 폼 형성 재료는 대체로 외피의 전 배면에 대체로 균일하게 분무된 이소시안산 및 폴리올인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 덮개 및 기층 사이에 배치되고 부착된 폼 쿠션을 구비한 플라스틱 합성 성형폼의 제조 방법에 있어서,
    폐쇄 가능한 주형의 주조 공동에 폴리비닐 열가소성 플라스틱 외피 형태의 덮개를 위치시키는 단계,
    대체로 균일하게 대체로 외피의 전 배면에 폴리올계 성분 및 이소시안산계 성분으로 구성된 우레탄 폼 형성 재료 피막을 분무하는 단계,
    뚜껑으로 주형을 폐쇄하고 폐쇄된 주형에서 열가소성 플라스틱 외피에 이격되게 기층을 유지하는 단계, 및
    우레탄 폼 형성 재료가 반응하여 외피와 기층 사이에 배치되고 부착된 폼 쿠션을 제공하도록 폴리우레탄 폼으로 외피와 유지부 사이의 공간을 충전하는 동안 폐쇄된 위치에 뚜껑을 클램핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 우레탄 폼 형성 재료는 이소시안산 및 폴리올인 것을 특징으로 하는 방법.
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