KR100993663B1

KR100993663B1 - 플라스틱 리어 시트팬 제조 방법

Info

Publication number: KR100993663B1
Application number: KR1020070049175A
Authority: KR
Inventors: 김종현; 박상남
Original assignee: 다이모스(주); 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-05-21
Filing date: 2007-05-21
Publication date: 2010-11-10
Also published as: KR20080102566A; CN101310958A; US20080290555A1

Abstract

본 발명은 플라스틱 리어 시트팬 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차의 경량화 및 생산 원가 절감을 실현할 수 있도록 기존의 스틸재를 이용하여 용접 방식에 의해 제조되던 승용차 리어 시트쿠션 프레임(= 리어 시트팬: Rear seat pan)을 고강성 플라스틱인 장섬유 강화 플라스틱(PP-LFT: Long Glass Fiber Reinforced Thermoplastic) 재질을 이용하여 일체로 사출시킨 플라스틱 리어 시트팬 제조 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 폴리프로필렌 기지에 장섬유가 30% 강화된 복합재료를 제공하는 단계와; 상기 복합재료를 이용하여 리어 시트팬을 설계 형상대로 사출 성형하는 단계를 통하여, 일체로 된 플라스틱 리어 시트팬이 제작될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 플라스틱 리어 시트팬 제조 방법을 제공한다.

플라스틱, 리어 시트팬, 폴리프로필렌, 장섬유, 경량화

Description

플라스틱 리어 시트팬 제조 방법{Method for manufacturing Rear seat pan using Long Glass Fiber Reinforced Thermoplastic}

도 1은 본 발명에 따른 플라스틱 리어 시트팬과 기존의 스틸 용접 방식의 리어 시트팬을 비교하여 보여주는 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 플라스틱 리어 시트팬의 제조를 위한 재료인 고충격용 PP-LFT와 일반용 PP-LFT간의 물성 비교 및 고충격용 PP-LFT의 속도별 고속인장 결과를 보여주는 그래프,

도 3은 본 발명에 따른 플라스틱 리어 시트팬의 제조를 위한 재료인 PP-LFT의 고속인장 시험 결과를 보여주는 그래프,

도 4는 일반적인 리어 시트팬 설치 부위와, 파워 사양의 리어 시트팬 설치 부위를 비교한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 플라스틱 리어 시트팬의 전단부에 안티-서브마린 구조가 반영된 것을 설명하는 도면,

도 6은 본 발명에 따른 플라스틱 리어 시트팬의 전단부에 짜여진 장섬유가 인서트 사출되는 것을 설명하는 도면.

현재까지 승용차 및 승합차용 시트의 골격을 프레임부는 스틸을 이용하여 제조되어 왔으며, 자동차 연비 및 환경오염에 대한 관심이 대두되면서 이와 관련된 자동차의 무게를 줄이려는 연구가 계속 진행중에 있다.

그러나, 시트의 무게가 나날이 증대되는 이유는 고객들의 안락감 및 편의장치에 대한 요구와 더불어 강화되는 법규 등에 능동적으로 대처하기 위함이며, 이는 자동차 경량화에 큰 걸림돌이 되고 있으며, 시트 제작업체 및 OEM에 있어서도 시트 의 무게 증가는 아직도 큰 부담으로 작용하고 있다.

이에, 경량화 및 생산 원가 절감을 실현할 수 있는 시트쿠션 프레임의 개발 및 그 연구가 계속 진행되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 연구된 결과물로서, 기존의 스틸재를 이용하여 용접 방식으로 제작하던 스틸 시트팬을 플라스틱 소재로 대체함으로써, i) 저비중 소재인 플라스틱을 사용함에 따라 얻을 수 있는 경량화(스틸 비중: 7.80g/㎤, 고강성 플라스틱 비중: 1.10g/㎤), ii) 용접과정을 일체 사출방식으로 대체함으로써 얻을 수 있는 공정 단순화, 및 iii) 용접 과정 생략을 통해 용접결함을 제거하여 얻을 수 있는 제품의 생산성 향상, 제조 단가 절감 등의 효과를 얻을 수 있도록 한 플라스틱 리어 시트팬 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 폴리프로필렌 기지에 장섬유가 30% 강화된 복합재료를 제공하는 단계와; 상기 복합재료를 이용하여 리어 시트팬을 설계 형상대로 사출 성형하는 단계를 통하여, 일체로 된 플라스틱 리어 시트팬이 제작될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 플라스틱 리어 시트팬 제조 방법을 제공한다.

바람직한 구현예로서, 응력이 집중되는 상기 플라스틱 리어 시트팬의 전단부에는 짜여진 형태의 장섬유가 인서트되어 사출 성형되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 상기 플라스틱 리어 시트팬의 사출 성형시, 그 전단부에는 안티-서브마린 기능을 위하여 위쪽으로 돌출된 복수개의 리브가 형성되는 동시에 각 리브의 사이에는 요홈 형태의 강성 보강용 비드가 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 기존의 스틸재를 이용하여 용접 방식으로 제작하던 리어 시트팬을 플라스틱 재질을 이용하여 사출 공법으로 일체가 되게 제작하는 점에 주안점이 있다.

본 발명에 따른 플라스틱 리어 시트팬을 제조하기 위한 소재는 PP-LFT 즉, 폴리프로필렌(Polypropylene) 기지에 장섬유(Long Glass Fiber)가 30% 강화된 복합재료를 이용한다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 플라스틱 리어 시트팬의 제조를 위한 재료인 고충격용 PP-LFT와 일반용 PP-LFT간의 물성 비교 및 고충격용 PP-LFT의 속도별 고속인장 결과를 보여주는 그래프이고, 도 3은 본 발명에 따른 플라스틱 리어 시트팬의 제조를 위한 재료인 PP-LFT의 고속인장 시험 결과를 보여주는 그래프이다.

도 2에서, (a)는 PP-LFT 소재들로서, 일반용(PP-LFT (A)), 고충격용(PP-LFT (B))과 GMT(Glass Mat Thermoplastic)에 대한 상온 인장 결과를 나타내며, (b)는 고충격용 PP-LFT의 고속인장시험 결과를 나타낸다.

리어 시트팬의 요구사항 중 하나가 충돌시 탑승자의 움직임에 의해 파손되지 않아야 하는 것이므로, 이를 해석을 통하여 구현하고자 고속인장시험을 수행하였으며 이를 토대로 35 MPh(56Km/h)의 예측 커브를 도출하였으며, 도 3에서 보는 바와 같이 시험 결과 고충격용 PP-LFT는 변형 속도가 증가할수록 인장강도 및 신율이 증가하는 특성을 보이고 있으며, 즉 충돌시 보다 우수한 물성을 나타내는 특성을 가 지고 있는 것을 알 수 있다.

아울러, 시트의 장기 내구성과 밀접한 관계가 있는 내열노화, 내열싸이클 시험 후의 고충격용 PP-LFT의 물성 또한 초기 물성대비 95% 이상의 물성유지율을 보임을 확인할 수 있었다.

이에, 본 발명의 플라스틱 리어 시트팬은 인장강도 및 신율 등 우수한 물성을 갖는 고충격성 PP-LFT를 이용하여 사출 공법으로 제작하게 된다.

즉, 폴리프로필렌 기지에 장섬유가 30% 강화된 복합재료를 이용하여 리어 시트팬을 설계 형상대로 사출 성형하는 단계를 통하여, 일체로 된 플라스틱 리어 시트팬을 제작하게 된다.

여기서, 본 발명에 따른 플라스틱 리어 시트팬의 구조를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

통상, 리어 시트팬의 역할은 상술한 바와 같이 안티-서브마린(ANTI-SUBMARINE) 기능을 포함하여야 하고, 대부분의 승용차는 첨부한 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 차체에 서브마린(SUBMARINE) 방지 구조를 가지고 있으나, 리어 시트가 파워(POWER) 사양인 경우, 즉 시트의 움직임이 있는 경우 차체 바닥은 도 4의 (b)와 같이 비교적 완만한 경사가 요구된다.

본 발명에서는 리어 시트가 파워 사양인 경우에 적합한 시트 팬의 제조가 목적이므로, 첨부한 도 5에 도시된 바와 같이 플라스틱 시트 팬의 구조에 안티-서브마린 기능이 포함되도록 제작된다.

즉, 충돌시 관성에 의해 승객이 앞으로 전진하려는 것을 막아주는 기능인 안 티-서브마린 구조 설계를 강체구조 개념으로 설계하지 않고, 일정량의 변형을 받게끔 설계하여 충격완화 효과를 유도할 수 있도록, 또한 단품 중량증가를 최소화하며 효과적인 응력 전달을 위하여, 비드 삽입 및 최소한의 리브(Rib) 구조를 반영하여 사출 성형이 이루어진다.

보다 상세하게는, 상기 플라스틱 리어 시트팬의 사출 성형시, 그 전단부에는 안티-서브마린 기능을 위하여 위쪽으로 돌출된 복수개의 리브가 형성되도록 하고, 동시에 각 리브의 사이에는 요홈 형태의 강성 보강용 비드가 형성되도록 한다.

한편, 기존에 시도되었던 플라스틱 프론트 시트팬의 경우에는 본 발명과 달리 안티-서브마린 목적을 달성하기 위한 판넬은 강체 구조로 설계하고, 그 사용소재는 PA6 계열의 수지를 이용한 점에 있다.

다시말하면, 기존 시트팬의 경우 플라스틱이 파손되는 것을 방지하기 위하여 두껍고 깊은 리브 등을 삽입하였으며, 아울러 사용 소재 또한 기계적 물성이 우수한 PA6 계열을 사용하였는데, 문제는 PA6 계열 소재의 비중이 본 발명에서 사용되는 PP 계열보다 ~60% 정도 높고, 구조보강을 위한 리브 등이 많아 초기 플라스틱화로 인한 경량화의 부분적인 장점이 감소되는 특징을 보이며, 아울러 PA6 계열 소재의 가격이 PP 계열 대비 ~60% 고가 이므로, 결국 스틸 대비 경량화 및 원가절감 부분에 있어 그 장점이 미미하다 할 것이다.

반면에, 본 발명은 폴리프로필렌 기지에 장섬유가 30% 강화된 복합재료를 이용하여 리어 시트팬을 설계 형상대로 사출 성형한 것으로서, 안티-서브마린 구조외에도 충돌시 플라스틱의 과도한 변형에 따라 부품 전반부에 응력이 집중되어 부품 이 파손되는 것을 방지하기 위한 구성이 포함된다.

즉, 첨부한 도 6에 도시된 바와 같이, 응력이 집중되는 상기 플라스틱 리어 시트팬의 전단부에 짜여진 형태의 장섬유(Woven LFT)가 인서트되어 사출 성형된다.

이에, 구조상 취약 부위인 플라스틱 리어 시트팬의 전단부에 짜여진 형태의 장섬유(WLFT)를 인서트 사출하는 방식으로 제작함으로써, 무게 증가율은 최소화하면서 강성을 극대화시킬 수 있다.

한편, 플라스틱 부품의 제조방식은 크게 사출방식과 프레스 방식으로 대별되는데, 본 발명에서는 프레스 성형의 경우 디자인 자유도의 제약(리브 보강의 제약)이 있으므로 사출방식을 채택하였다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 플라스틱 리어 시트팬 제조 방법에 의하면, 기존의 스틸재를 이용하여 용접 방식으로 제작하던 스틸 시트팬을 폴리프로필렌 기지에 장섬유가 30% 강화된 복합재료를 이용하여 일체로 된 플라스틱 리어 시트팬을 제작함으로써, i) 저비중 소재인 플라스틱을 사용함에 따라 얻을 수 있는 경량화(스틸 비중: 7.80g/㎤, 고강성 플라스틱 비중: 1.10g/㎤), ii) 용접과정을 일체 사출방식으로 대체함으로써 얻을 수 있는 공정 단순화, 및 iii) 용접 과정 생략을 통해 용접결함을 제거하여 얻을 수 있는 제품의 생산성 향상, 제조 단가 절감 등의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 고강성 플라스틱을 이용한 본 발명의 리어 시트팬은 기존 스틸 시트팬 대비 ~34%의 경량화를 이룰 수 있다.

또한, 기존 스틸이 사용되던 승용 및 SUV의 리어시트 경량화에 기여할 수 있으며 벤치 타입(BENCH TYPE) 및 스플릿(SPLIT TYPE)을 가지는 다열 시트의 2,3열에도 적용이 가능하다.

Claims

폴리프로필렌 기지에 장섬유가 30% 강화된 복합재료를 제공하는 단계;

상기 복합재료를 이용하여 리어 시트팬을 설계 형상대로 사출 성형하되, 응력이 집중되는 플라스틱 리어 시트팬의 전단부에 짜여진 형태의 장섬유(WLFT)를 인서트하여 사출 성형하는 단계;

를 포함하며, 충돌시 플라스틱의 과도한 변형에 따라 리어 시트팬의 전단부에 응력이 집중되는 경우에도 구조상 취약 부위인 리어 시트팬의 전단부가 파손되는 것을 방지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 플라스틱 리어 시트팬 제조 방법.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 플라스틱 리어 시트팬의 사출 성형시, 그 전단부에는 안티-서브마린 기능을 위하여 위쪽으로 돌출된 복수개의 리브가 형성되는 동시에 각 리브의 사이에는 요홈 형태의 강성 보강용 비드가 형성된 것을 특징으로 하는 플라스틱 리어 시트팬 제조 방법.