KR100577461B1 - 에폭시 수지를 이용한 차량 내장재용 우레탄 발포 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도어트림이나 시트와 같은 차량 내장재용 부품 생산시 사용되는 금형에 대한 것으로, 금형의 마스터 모델(MASTER MODEL)에서 상·하금형으로 분리하여 상금형의 하부와 하금형의 상부 즉, 양산 제품 성형시 제품과 닿을 부분을 에폭시 수지로 제작하여 형상면의 가공없이 금형을 경량화하는 것을 특징으로 하는 차량 내장재용 우레탄 발포 금형으로서, 금형 제작기간 단축과 금형 제조원가 절감의 효과를 볼 수 있으며, 수정이 용이한 장점이 있어 금형 제품의 수명도 연장할 수 있고, 상금형 상부에 에어 벤트 (AIR VENT)를 배치시켜 제품 성형시 발생되는 가스를 외부로 고르게 배출되게 함으로서 제품의 불량률을 감소시키는 효과를 기대할 수 있다.

에폭시 수지, 우레탄 발포금형

Description

에폭시 수지를 이용한 차량 내장재용 우레탄 발포 금형{Foamy Resin Plasticization}

도 1은 본 발명에 따르는 에폭시 수지를 이용한 차량 내장재용 우레탄 발포 금형의 일측면 세부 단면도.

도 2은 우레탄 발포금형과 마스터 모델(MASTER MODEL)의 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 우레탄 발포금형의 일측면 세부 단면도.

30 : 우레탄 발포금형 상/하 금형의 마스터 모델(MASTER MODEL)

40 : 우레탄 발포금형

본 발명은 차량 내장재용 부품을 제작하기 위한 우레탄 발포 금형에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제품의 외형 형상을 이루는 상, 하 금형의 가공면을 여러 가지 형태의 에폭시 수지층으로 성형함으로써, 금형의 개발기간 단축과 형상 변경 시 수정이 용이하게 하는 우레탄 발포금형에 관한 것이다.

일반적으로 차량 내장재 중 시트는 우레탄 발포금형으로 제품이 성형되는데 종래에는 우레탄 발포금형 성형시 금형 전체를 알루미늄 주물로 성형을 해 왔으나, 이는 금형의 무게를 무겁게 할 뿐만 아니라 차량용 시트와 같은 양산 제품 성형 시 금형을 자주 사용함으로서 제품과의 접촉부분의 마모를 쉽게 일어남으로써 그 부분의 수리를 위한 시간이나 비용이 많이 들었으며, 심할 경우에는 금형을 폐기해야 하는 단점이 있었다. 공개특허 제2000-0049645호는 종래의 금형 사용에 의해 문제점이 되었던 금형의 무게와 마모에 의한 수리비용 등의 단점을 보완하기 위해 상??하 금형의 파팅라인(PARTTING LINE)과 형상면을 에폭시 수지를 이용하여 제작하였으나 전체적인 금형의 형상은 상기한 바와 같이 금형을 알루미늄 주물로서 성형하는 것을 원칙으로 하여 금형의 무게 및 수명에는 별반 차이점을 가지지 않는 결점이 발생하였다.

이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은, 알루미늄(AL)·에폭시 수지(EPOXY RESIN) 복합형 구조로 금형을 경량화한 뒤, 시트와 같은 양산제품 생산 시 발생될 문제점인 금형 표면의 마모와 제품의 불량률 등을 줄여주며, 여러 종류의 에폭시 수지층 사이에 스테인레스(STELL USE STAINLESS: 이하 SUS 라 함) 주름 파이프를 삽입하여 이를 통해 온수를 적절히 흘려줌으로서 금형 내부 온도 조절을 할 수 있게 하여 양산 제품의 표면을 매끄럽게 해 주는 우레탄 발포 금형을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 우레탄 발포 금형의 상·하형 금형 제작 시 우선 제작된 목재 재질의 마스터 모델(MASTER MODEL)과, 금형소재 상·하 금형에서 상금형의 하부와 하금형의 상부의 재질이 될 다양한 형태의 에폭시 수지(EPOXY RESIN)층과, 상·하 금형의 바디(BODY) 부분과, 알루미늄(AL) 재질로 구성된 상·하 금형의 프레임과, 금형 내부의 표면온도 유지와 양산제품의 생산 CYCLE TIME 단축을 위해 설치하는 SUS 주름 파이프와, 상금형에서 우레탄 발포 금형으로 양산 제품 개발시 발생되는 가스를 외부로 배출하여 제품의 불량률을 줄여주는 에어 벤트(AIR VENT:도면 미도시)로 구성함에 그 특징이 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따르는 에폭시 수지를 이용한 차량 내장재용 우레탄 발포 금형의 일측면 세부 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 상금형(10)과 하금형의 전체 구성은 유사하나, 상금형에서 양산 제품 성형 시 발생되는 가스의 배출을 위한 에어 벤트(AIR VENT:도면 미도시)가 있다는 것에 차이점이 있다. 금형소재 상·하금형(10)의 프레임은 알루미늄(AL)으로 제작하고, 상·하금형(10)이 마스터 모델과 접촉하여 제품의 외관으로 형성하는 가공면을 다양한 형태의 에폭시(EPOXY)수지층으로 제작한 것으로 구성된다. 상·하금형(10)에서 종래의 방법인 알루미늄 대신에 사용되는 열에 잘 견딜 수 있는 퍼티(PUTTY)상의 에폭시 수지(12)층과, 장력강도를 증가시키고 내충격성을 가지게 하기 위해 에폭시 수지 위에 덮일 에폭시·유리섬유층(14)과, SUS 주름 파이프의 열전도율을 높이기 위해서 사용되는 에폭시·알루미늄 파우더(16)층과, 곡선으로 되어있고 손으로도 쉽게 휘어지며 금형내부의 표면온도 유지를 위해 구성되는 SUS 주름 파이프(18)와, 솜과 에폭시로 배합되어진 보강용 에폭시층(20)과, 상·하금형(10)의 프레임으로 사용되는 알루미늄 주물(22)로 구성된다. 특히, 상금형 상부에는 제품 성형 시 발생되는 가스의 배출을 위하여 에어 벤트(AIR VENT:도면 미도시)를 구성하고 있다.

도 2(a) 는 우레탄 발포 금형을 제작하는 과정에서의 목재 재질의 마스터 모델(30)이며, 도 2(b) 는 도 2(a) 의 마스터 모델(30)에서 성형한 상·하금형(40)이다.

이하, 상기와 같은 본 발명의 구성 및 그 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 도 1에서 도시한 상·하금형의 하부(10)는 다양한 형태의 에폭시 수지층으로 구성되는데, 이는 금형의 개발기간 단축과 금형형상 변경 시 수정이 용이하게 하여 원가절감의 효과를 볼 수 있게 한다.

더욱 상세하게는, 상·하 금형에서 제품의 외관으로 형성하기 위하여 마스터 모델(MASTER MODEL)과 접촉할 부분인 가공면을 에폭시 수지에 알루미늄 파우더를 혼합한 퍼티상의 수지로 2~3cm 의 두께를 가지게 되는데, 여기에 알루미늄 파우더를 혼합하는 이유는 에폭시 수지의 점도를 높여 주기 위함이다.

그리고 그 상부에 형성하는 에폭시·유리섬유(14)층은 장력강도 증가와 내 충격성을 가지게 하기 위한 목적으로 구성되어지며 에폭시 수지만을 사용하게 되면 수지를 발포할 때 발포압력에 의하여 에폭시 수지가 깨지는 경향이 있으나 천 형태의 유리섬유에다 에폭시를 3회 정도 발라줌으로서 유리섬유가 발포압력을 견디게 함으로 에폭시의 강도를 높여주는 역할을 하게 된다. 이 층의 두께는 약 3~5mm 정도가 된다.

에폭시 수지를 발포할 때 필요한 열을 상, 하 금형에 가열하기 위하여 SUS 주름 파이프(18)를 에폭시·유리섬유(14)층의 상부에 구비하며 상기 파이프는 곡선으로 되어있고, 손으로도 쉽게 휘어지며, 가격도 저렴한 장점이 있어 사용되어지며 지름은 14~16mm 의 것으로 사용된다.

에폭시·알루미늄 파우더층(16)은 SUS 주름 파이프로부터 발생하는 열을 전달하기위하여 열전도가 높은 재질로 구성되며, 알루미늄 파우더는 열전도도가 높아 온수의 열을 잘 전달해 주는 성질이 있어서 이를 에폭시(EPOXY) : 알루미늄 파우더(AL POWDER) = 1:1 의 비율로 혼합하여 사용하며 두께는 SUS 주름 파이프와 같이 14~16mm 가 된다.

보강용 에폭시층(20)은 섬유인 솜과 에폭시를 배합하여 사용되며 5~8mm 의 두께를 가진다.

이들 층은 모두 24~32mm 의 두께를 가지며 각각 다른 형태의 에폭시 수지층을 한꺼번에 성형하게 되면 열이 많이 발생하기 때문에 각 층마다 약간의 시간을 두고 성형을 하여 전체 성형되는 시간을 4시간 정도로 보고 아래층부터 단계별로 성형하는 것이 바람직하다.

도 2(a)는 우레탄 발포금형의 마스터 모델(30)의 단면도이며, 도 2(b)는 마스터 모델(30)에 의해 제작된 우레탄 발포금형의 상·하 금형(40)의 단면도이다. 도 2(b)의 상·하금형의 내부는 상기 설명에 의한 방법으로 구성되는 다층의 에폭시 수지층(10)으로 제작되어지며, 특히, 상금형의 상부는 외부와 연결되는 에어 벤트(AIR VENT:도면 미도시)가 있어 양산 제품 성형 시 발생되는 가스를 외부에 배출시켜주어 제품의 품질을 향상시켜주는 역할을 한다.

마스터 모델(30)에서 제작된 우레탄 발포금형(40)의 하금형에 주제인 폴리우레탄과 경화제를 주입시키고 상금형을 덮은 뒤 약 60~80℃의 온도에서 발포시키면 약 1분뒤 발포가 시작이 되며, 이러한 방법으로 만들어진 제품은 종래의 기술로 만들어진 제품에 비해 표면이 깨끗하게 처리될 뿐만 아니라 별도의 기계가공을 할 필요가 없게 된다. 우레탄 발포금형은 상·하 금형이 프레임과 바디를 알루미늄으로 성형하는 것을 제외하고 모든 형상은 에폭시 수지로 되어있으며, 하나의 마스터 모델로 필요한 만큼의 금형을 한꺼번에 제작할 수 있어 종래의 방법( 알루미늄 주물을 만들어서 형상을 가공하는 방법)으로 금형을 제작하는 것에 비해 비용면에서 경제적이고 금형 제작기간이 단축되는 장점이 있다.

우레탄 발포 금형의 재질은 종래의 상·하형 알미늄과는 달리, 프레임은 알 루미늄(AL) 재질로 하고 상·하금형에서 프레임(22)과 바디부분(35)를 제외한 나머지 부분을 알루미늄(비중 : 2.70 g/cm²)과 에폭시 수지(비중 : 1.230 ~1.189 g/cm²)의 복합형 구조로 성형하여 금형을 약 60% 경량화 할 수 있으며, 금형제작기간을 현재 약 50일에서 약 35일 정도로 30% 단축시켜 금형 제조 원가의 절감을 기대할 수 있다. 또한 현재 사용되고 있는 금형제품은 표면 파손시 금형을 폐기해야하는 단점이 있으나 기술개발 후 표면파손시 알루미늄·에폭시 수지로 수정이 용이하므로 100% 반영구적인 제품이라 할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명은, 제품의 경량화로 금형 제조 원가를 절감할 수 있으며, 제품의 생산에 따라 많이 접촉하여 발생하게 되는 에폭시 금형의 마모에 대해 수리가 간편하며 우레탄 발포 금형의 하나의 마스터 모델에서 필요한 만큼의 금형을 복제 제작할 수 있는 효과가 있다. 또한, 제품 생산 시 발생하는 가스를 상금형의 에어 벤트로 배출시켜 제품 표면의 품질을 우수하게 하는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 상/하부금형 내부에 발포수지를 삽입하여 발포하는 발포수지 금형에 있어서,

   상기 상/하부금형이 발포수지 제품의 외형으로 결정되는 금형의 가공면을 이루는 에폭시 수지층, 금형을 지지해주는 알루미늄 주물 프레임 및 금형의 전체 외형틀을 이루는 알루미늄 주물 바디로 구성하며,

   이때 상기 에폭시 수지층이 금형의 가공면 표면에 가장 근접하게 위치하는 퍼티상의 에폭시 수지층; 상기 퍼티상의 에폭시 수지층 상부에 위치하는 에폭시·유리섬유층; 상기 에폭시·유리섬유층 상부에 위치하는 에폭시·알루미늄 파우더층; 및 상기 에폭시·알루미늄 파우더층 상부에 위치하는 보강용 에폭시층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 에폭시 수지를 이용한 차량 내장재용 우레탄 발포 금형.
2. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시·알루미늄 파우더층은 내설되는 스테인레스(SUS) 주름 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 에폭시 수지를 이용한 차량 내장재용 우레탄 발포 금형.
3. 제 2항에 있어서, 상기 에폭시 수지층은 2~3mm의 두께를 지닌 퍼티상의 에폭시 수지층, 3~5mm의 두께를 지닌 에폭시·유리섬유층, 14~16mm의 두께를 지닌 스테인레스(SUS) 주름 파이프, 14~16mm의 두께를 지닌 에폭시·알루미늄 파우더층 및 5~8mm의 두께를 지닌 보강용 에폭시층으로 구성되는 24~32mm의 두께를 지닌 에폭시 수지층인 것을 특징으로 하는 에폭시 수지를 이용한 차량 내장재용 우레탄 발포 금형.
4. 제 1항에 있어서, 상기 퍼티상의 에폭시층은 에폭시와 알루미늄 파우더가 일부 섞여 구성되며, 상기 에폭시·유리섬유층은 천 형태의 유리섬유에 에폭시를 3회 정도 발라서 구성되며, 스테인레스(SUS) 주름 파이프는 곡선의 주름관 파이프로 구성되며, 상기 에폭시·알루미늄 파우더층은 에폭시와 알루미늄 파우더를 1:1의 비율로 혼합되어 구성되며, 상기 보강용 에폭시층은 섬유인 솜과 에폭시를 배합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 에폭시 수지를 이용한 차량 내장재용 우레탄 발포 금형.
5. 제 1항에 있어서, 상기 상부금형은 상부에 제품 성형시 발생되는 가스를 밖으로 배출시켜 주는 에어 벤트를 포함하는 것을 특징으로 하는 에폭시 수지를 이용한 차량 내장재용 우레탄 발포 금형.

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