KR101342911B1 - 자동차용 충격 흡수 보조재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생분해성 플라스틱 수지가 함유된 펄프로 충격 흡수 보조재를 제조함으로써, 그 형상에 상관없이 금형 제조가 용이할 뿐만 아니라, 특히 전체 중량을 줄이면서도 보다 환경친화적으로 폐기시에도 폐기물 처리 문제를 발생시키지 않는 자동차용 충격 흡수 보조재를 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 중공의 융기부 사이를 리브로 연결하여 일체로 형성함으로써, 융기부와 리브의 연속적인 변형을 통해 충격 흡수 보조재에서 요구되는 충분한 충격 흡수능을 얻을 수 있도록 한 자동차용 충격 흡수 보조재를 제공하는데 다른 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 자동차용 충격 흡수 보조재는, 생분해성 플라스틱(Bio-degradable Plastic)가 첨가된 펄프로 제작되는 베이스;를 포함하며, 상기 베이스에는 내부가 빈 융기부가 미리 정해진 간격으로 복수열이 일체로 돌출되게 형성되고, 이웃한 융기부 사이에는 리브로 연결되어 이루어지고, 상기 펄프와 생분해성 플라스틱은 50:1 내지 70:1의 중량비율인 것을 특징으로 한다.

Description

자동차용 충격 흡수 보조재{AUXILIARY MATERIAL FOR ABSORBING IMPACT IN VEHICLE}

본 발명은 자동차용 충격 흡수 보조재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생분해성 플라스틱이 함유된 펄프로 충격 흡수 보조재를 제작함으로써, 펄프로만 제조된 충격 흡수 보조재에 비하여 충격 성능을 향상시키고, 특히 중량 감소로 인한 연비 향상 효과와 함께 보다 친환경적인 자동차용 충격 흡수 보조재에 관한 것이다.

일반적으로 미국으로 수출되는 차량의 경우 운전자 등의 탑승자를 보호하기 위하여 실내에 충격흡수 구조를 설치해야 하는 법규(FMVSS 201U)를 만족해야 한다. 이 법규에 따르면, 차량의 내장부품 설계에 있어서 FMH 충격성능 만족을 위한 충격흡수구조 설계 방법이 필요하다.

도 1에는 상기 법규에 따라 차량의 루프 패널 테두리와 헤드라이닝 사이에 장착되어 운전자를 포함하여 탑승자의 헤드 부분을 보호하기 위한 충격 흡수 보조재가 도시되어 있다. 이러한 충격 흡수 보조재(10)는, 띠편 형상으로 형성된 복수의 리브(11)를 미리 정해진 간격으로 배치되고, 이들 리브(11) 사이에 미리 정해진 간격으로 서브 리브(12)를 이용하여 일체로 형성된다.

특히, 이러한 충격 흡수 보조재(10)는 합성수지로 제작하여 차량에 가해진 충격에 의해 신체 부분이 맞닿는 경우 변형과 파손을 통해 충격 흡수 효과를 얻게 된다.

하지만, 이러한 종래의 충격 흡수 보조재는 다음과 같은 문제가 있다. 첫째, 수지재로 제작되기 때문에 제작 과정에서 산업폐기물로 분류되는 잔류물이 생성되게 된다. 또한, 생산된 제품 또한 폐기시에는 산업폐기물로 처리되어 폐기비용과 함께 환경오염에 악영향을 미치게 된다. 둘째, 종래의 충격 흡수 보조재는 구조적인 특성을 이용하여 충격을 흡수하게 되는데, 이를 위해서는 충격 흡수 보조재를 일체형으로 형성해야 한다. 이에 충격 흡수 보조재는 금형을 이용하여 제작하게 되는데, 구조가 복잡하여 금형 제작이 어려울 뿐만 아니라 다른 충격 흡수 보조재에 비하여 제조비용이 많이 드는 문제가 있었다.

이에 본 출원인은 펄프로 제작된 충격 흡수 보조재에 관하여 한국에 특허출원한 바 있다(출원번호: 10-2012-0121851). 하지만, 이러한 펄프로 이루어진 충격 흡수 보조재는 수지재의 충격 흡수 보조재에 비하여 충격 흡수 성능은 우수하나, 단위 면적당 중량이 기존의 충격 흡수 보조재에 비하여 조금 높아 중량을 다운할 개선의 여지가 있게 되었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 생분해성 플라스틱 수지가 함유된 펄프로 충격 흡수 보조재를 제조함으로써, 그 형상에 상관없이 금형 제조가 용이할 뿐만 아니라, 특히 전체 중량을 줄이면서도 보다 환경친화적으로 폐기시에도 폐기물 처리 문제를 발생시키지 않는 자동차용 충격 흡수 보조재를 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 중공의 융기부 사이를 리브로 연결하여 일체로 형성함으로써, 융기부와 리브의 연속적인 변형을 통해 충격 흡수 보조재에서 요구되는 충분한 충격 흡수능을 얻을 수 있도록 한 자동차용 충격 흡수 보조재를 제공하는데 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 자동차용 충격 흡수 보조재는, 생분해성 플라스틱(Bio-degradable Plastic)이 첨가된 펄프로 제작되는 베이스를 포함하며, 상기 베이스에는 내부가 빈 융기부가 미리 정해진 간격으로 복수열이 일체로 돌출되게 형성되고, 이웃한 융기부 사이에는 리브로 연결되어 이루어지고, 상기 펄프와 생분해성 플라스틱은 50:1 내지 70:1의 중량비율인 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 융기부는 인접한 다른 융기부와 삼각형 또는 정삼각형으로 배치되어 이루어진 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 융기부는 육각형 콘 형상으로 이루어지며, 내경이 15~20㎜인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 융기부와 리브는 높이 5~15㎜로 돌출되게 형성된 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 상기 리브는 길이가 15~30㎜인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자동차용 충격 흡수 보조재에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 충격 흡수 보조재의 중량을 감소시켜 차량에 적용시 중량 감소로 인한 차량의 연비를 향상시킬 수 있게 된다(기존의 펄프로 제작된 충격 흡수 보조재 대비 약 25% 전후의 중량 감소 효과).

(2) 생분해성 플라스틱의 특성상 땅 속에 묻거나 바다 속에 버려두면 세균이나 조류, 곰팡이와 같은 자연에 존재하는 미생물에 의해 분해되기 때문에 환경친화적이다.

(3) 펄프로만 제작된 충격 흡수 보조재에 비하여 생분해성 플라스틱이 함유된 펄프로 제작된 충격 흡수 보조재의 경우 충격 성능에서 최대 가속도값을 개선시켜 주는 효과가 있다.

(4) 생분해성 플라스틱이 첨가된 펄프를 이용하여 제작하기 때문에 성형성이 우수하다. 따라서 충격 흡수 보조재의 형상에 따라 복잡한 형태라도 제작이 용이하다.

(5) 친환경적인 펄프와 생분해성 플라스틱을 원재료로 이용하기 때문에 폐기물 처리 문제가 발생하지 않을 뿐만 아니라 환경오염을 유발할 우려가 없다.

(6) 기존의 플라스틱 금형에 비하여 펄프 금형의 경우 금형 제작이 용이하기 때문에 그만큼 초기의 투자비용을 낮출 수 있다.

도 1은 종래의 충격 흡수 보조재의 구성을 보여주기 위한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 충격 흡수 보조재를 보여주기 위한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 충격 흡수 보조재의 구성을 설명하기 위한 도 1의 A-A선 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 충격 흡수 보조재의 구성을 설명하기 위한 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 충격 흡수 보조재의 생분해성 플라스틱의 함유량에 따른 가속도값을 보여주는 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 충격시험 결과를 보여주기 위한 충격 흡수 보조재의 시험 전과 후의 사진.
도 7은 본 발명에 따른 충격 흡수 보조재의 충격 성능시험을 한 결과를 보여주기 위한 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 충격 흡수 보조재의 면밀도를 비교한 결과를 보여주는 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

(구성)

본 발명에 따른 충격 흡수 보조재는, 도 2 내지 도 6과 같이, 생분해성 플라스틱(Bio-degradable Plastic)이 함유된 펄프로 제작되며 플레이트 형상의 베이스(100), 이 베이스(100)에 복수 열로 일체로 형성되는 중공의 융기부(110), 그리고 이들 융기부(110)를 연결시켜 주는 리브(120)를 포함하여 구성함으로써, 융기부(110)와 리브(120)의 연속적인 변형을 통해 충분한 충격 흡수능을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 베이스(100)와 마찬가지로 펄프로 제작되어 있어서 재활용할 수 있고, 특히 생분해성 플라스틱의 함유로 충격 흡수 보조재의 전체 중량을 줄여 차량의 연비를 개선할 수 있게 한 것이다.

이하, 이러한 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 충격 흡수 보조재는 리사이클링 가능하도록 생분해성 플라스틱(Bio-degradable Plastic)이 함유된 펄프로 제작된다. 이러한 충격 흡수 보조재는 미리 정해진 크기를 갖는 플레이트 형상의 베이스(100)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 펄프와 생분해성 플라스틱은 50:1 내지 70:1의 중량비율로 혼합하여 사용하게 된다. 이는, 생분해성 플라스틱의 함량이 충격 흡수 보조재로서 요구되는 충격 흡수능을 해치지 않으면서도 그 전체 중량을 저감시킬 수 있도록 하기 위함이다.

여기서, 생분해성 플라스틱은, 자연계에서 미생물에 의하여 저분자 화합물로 분해되는 플라스틱(고분자 화합물 및 그 배합물)을 말한다.

이러한 생분해성 플라스틱은 본 발명의 목적인 중량 감소를 만족시킬 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 이용할 수 있으며, 여기서는 예시적인 것으로 미생물이 가진 고분자 화합물의 생합성 기능을 이용한 PHB(Poly-Hydroxy Butylic Acid) 및 그 유도체, 천연에 존재하는 식물이나 동물로 만들어지는 천연고분자 화합물을 이용하는 전분성형물, 생분해되기 쉬운 고분자 화합물을 화학합성하여 만드는 지방족 폴리에스테르인 PLA(Poly Lactic Acid)과 PCL(polycaprolactone), 상술한 생분해성 플라스틱의 재료나 조합 방법 등을 통해 그 성능을 향상시킨 복합형의 전분/PCL배합체나 그리고 PHB/PCL배합체로 제조된 것을 이용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 생분해성 플라스틱으로는 기존의 PE와 유사한 물성치를 가질 뿐만 아니라 대량 생산이 가능하며 폴리유산으로 많이 알려진 PLA를 이용하는 것이 좋다. 특히, PLA는 물에 가수분해되어 저분자화되 뒤에 미생물에 의해 분해된다고 알려져 있어 본 발명에서 요구되는 충격 흡수 보조재로서의 충격성능과 중량 감소 효과를 얻을 수 있다. 이러한 충격성능과 중량 감소에 대해서는 후술하는 충격 성능 시험을 통해 설명하기로 한다.

특히, 상기 베이스(100)에는 복수 열의 융기부(110)가 일체로 돌출형성된다. 이때, 각 융기부(110)는 중공으로 형성되어 충격으로 인하여 변형시 충격 흡수 효과를 얻을 수 있게 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 융기부(110)는 인접한 다른 융기부(110)들과 삼각형, 바람직하게는 정삼각형 형태가 되도록 베이스(100)에 일체로 형성하는 것이 바람직하다. 이는 융기부(110) 사이에 구성되는 리브(120)에 의해, 도 3과 같이, 6각형 형태를 구성되게 하여 구조적 강성을 높이기 위함이다.

그리고, 상기 융기부(110)는 강성 확보를 위하여 원형 실린더 형태로 제작할 수도 있으나, 바람직하게는 육각형 콘 형태로 형성하여 원형 실린더 보다 조금 더 쉽게 변형될 수 있게 하는 것이 바람직하다. 이러한 융기부(110)는, 도 3 및 도 4와 같이, 차량의 루프 패널과 헤드라이닝 사이의 간격을 감안하여서 베이스(100)로부터의 돌출 높이(H)가 5~15㎜이고, 최대 내경(D)이 15~20㎜로 제작된다.

한편, 상기 융기부(110)와 융기부(110) 사이에는 리브(120)가 형성된다. 리브(120)는 융기부(110)와 동일한 높이로 제작하며, 그 길이(L)는 15~30㎜로 제작된다. 이러한 리브(120)는 융기부(110)와 융기부(110) 사이를 지지해 주도록 융기부(110)와 함께 베이스(120)에 일체로 형성된다.

(충격 성능 시험 )

본 발명에 따른 생분해성 플라스틱이 함유된 펄프로 제작된 충격 흡수 보조재와 펄프로만 제작된 충격 흡수 보조재의 충격 성능 시험한 결과는 다음과 같다(도 5 내지 도 8 참조).

우선, 비교예와의 충격성능 시험에 앞서 본 발명에 따른 생분해성 플라스틱의 함량 변화에 따른 가속도값의 변화를 [표 1]과 같은 시험조건을 통해 살펴보면 다음과 같다.

[표 1]에서, 3개의 시편을 제작하되 각각 펄프와 생분해성 플라스틱의 함량을 달리하였다. 그리고, 각 시편을 3축 가속도계를 이용하여 소정의 높이(0.7M)에서 구를 자유낙하시켜 각 시편과 충돌하면서 생긴 가속도의 변화를 측정하였다.

구분	50:1의 비율	60:1의 비율	70:1의 비율
높이	0.7M	0.7M	0.7M
중량	24.5g	25g	26.5g
생분해성 플라스틱	PLA
1) 높이 : 구의 자유 낙하 높이 2) 비율은 펄프:생분해성 플라스틱의 중량비율을 나타내는 것임. 3) 중량은 단위 면적당의 중량으로서, 기존 펄프만으로 제작된 경우의 중량은 34.0g이다

[표 1]과 같이, 구를 3축 가속도계에 장착하여 높이 0.7M에서 자유낙하시켜 각 시편과 충돌하게 하면 도 5와 같은 시간 변화에 따른 가속도계값을 얻을 수 있었다. 도 5에서, 가속도계값은 생분해성 플라스틱의 함량이 상대적으로 작을수록 가속도계값이 작아짐을 알 수 있다. 이에 그 중량비중이 가장 작은 50:1의 중량비율로 생분해성 플라스틱을 첨가한 경우의 충격 흡수능이 가장 우수한 것임을 보여준다.

또한, 이 50:1의 중량을 갖는 충격 흡수 보조재의 경우 도 5와 같이 충격 흡수능이 우수할뿐만 아니라 [표 2]와 같이 단위면적당 중량 또한 다른 중량 비율의 실시예보다도 우수한 것을 할 수 있다. 즉, 펄프로만 이루어진 충격 흡수 보조재의 중량(34.0g)에 비하여 그 중량이 24.5g으로서, (34.0-24.5)/34.0=0.279...로서 약 27.9% 정도의 중량 감소 효과를 기대할 수 있다.

이는, [표 1] 및 도 5와 같이 펄프에 생분해성 플라스틱을 많이 첨가하면 할수록 중량을 낮출 수는 있으나 반대로 충격 흡수 보조재에서 요구되는 충격 흡수능보다 낮아질 수 있기 때문에 이러한 충격 흡수능에 적절하게 대응하기 위한 범주로서 펄프와 생분해성 플라스틱의 중량비를 50:1 내지 70:1의 중량비율로 한정하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 생분해성 플라스틱이 함유된 펄프로 제작된 충격 흡수 보조재와 펄프로만 제작된 충격 흡수 보조재의 비교 시험 조건은 다음의 [표 2]과 같다.

구분		비교예1	비교예2	실시예1	실시예2
시험조건	높이	0.7M	0.7M	0.7M	0.7M
	산의 높이	15㎜	15㎜	15㎜	15㎜
	넓이	18.1*12.2(㎝)	18.2*12.2(㎝)	18.3*12.0(㎝)	18.2*12.0(㎝)
1) 높이 : 구의 자유 낙하 높이 2) 넓이는 베이스의 넓이 3) 비교예1 및 비교예2는 펄프만으로 제작된 2개의 시편 4) 실시예1 및 실시예2는 펄프와 생분해성 플라스틱이 50:1의 중량비율로 첨가된 2개의 시편

충격 성능시험은 3축 가속도계를 이용하여 시험하였으며, 우선 구에 3축 가속도계를 장착하여 높이 0.7m에서 자유낙하시켜 각 시편과 충돌하면서 생긴 가속도의 변화와 면밀도를 측정하였으며 그 결과는 다음과 같다.

도 6은 생분해성 플라스틱이 첨가된 펄프로 제작된 실시예1과 펄프로만 제작된 비교예의 시편을 가지고서 가속도계 시험을 가한 후의 상태를 보여준다. 이처럼 실질적으로 실시예와 비교예의 경우, 시험에 의한 충격 흡수 보조재의 각각의 변화는 유사하다.

도 7은 시간에 대한 가속도(accelerating)의 변화를 나타내는 그래프로서, 종래의 비교예1 및 비교예2가 실시예1 및 실시예2보다 다소 높은 가속도값을 가지며, 충격 성능에서는 실시예1의 성능이 가장 좋음을 알 수 있다.

도 7의 그래프에서, 비교예들과 실시예들의 최대 가속도값을 비교해 보면 아래의 [표 3]과 같다. [표 3]에서, 실시예2의 최대 가속도값은 101.78m/s²로서 비교예2의 최대 가속도값인 약 101.17m/s과 유사하고, 실시예1은 최대 가속도값이 83.06m/s²로서 비교예1, 2의 그것들에 비해서 현저히 개선된 수치 값을 보이는 것을 알 수 있다.

구분	중량(Kg/㎡)	최대가속도값(m/s²)
비교예1	1.539	113.88
비교예2	1.531	101.17
실시예1	1.138	83.06
실시예2	1.121	101.78

도 8은 면밀도를 비교한 그래프로서, 그 최대값은 상기 [표 3]과 같다. [표 3]에서, 비교예1은 그 중량이 1.539Kg/㎡이고 실시예1의 경우 1.138Kg/㎡ 이다. 이에 그 전체 중량의 감소폭은 (1.539-1.138)/1.539= 0.26로서 약 26%의 중량 감소가 있음을 알 수 있다. 그리고, 비교예2는 그 중량이 1.531Kg/㎡이고 실시예2의 경우 1.121Kg/㎡ 이고, 그 전체 중량의 감소폭은 (1.531-1.121)/1.531= 0.267로서 약 26%의 중량 감소가 있음을 알 수 있다.

이처럼 본 발명의 실시예들은 비교예들과 비교해 볼 때, 생분해성 플라스틱이 함유된 펄프를 이용한 충격 흡수 보호재는 펄프로만 제조된 충격 흡수 보호재에 비하여 충격 흡수 성능을 동등 이상으로 유지하면서 약 26% 정도의 중량 감소 효과를 얻고 있음을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에 따른 생분해성 플라스틱이 함유된 펄프로 제작된 충격 흡수 보호재는, 종래의 펄프로만 제작된 충격 흡수 보호재에 비하여, 충격 흡수능이 동등 이상일뿐만 아니라, 그 전체 중량에서도 현저하게 감소시켜 차량에 적용시 연비 향상 효과를 기대할 수 있게 되는 것이다.

또한, 생분해성 플라스틱은 펄프와 함께 땅에 묻는 등의 폐기시에도 쉽게 분해되기 때문에 환경 친화적인 효과도 동시에 얻을 수 있게 되는 것이다.

100 : 베이스
110 : 융기부
120 : 리브

Claims (6)

1. 생분해성 플라스틱(Bio-degradable Plastic)이 첨가된 펄프로 제작되는 베이스(100)를 포함하며, 상기 베이스(100)에는 내부가 빈 융기부(110)가 미리 정해진 간격으로 복수열이 일체로 돌출되게 형성되고, 이웃한 융기부(110) 사이에는 리브(120)로 연결되어 이루어지고,
   상기 펄프와 생분해성 플라스틱은 50:1 내지 70:1의 중량비율인 것을 특징으로 하는 자동차용 충격 흡수 보조재.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 융기부(110)는 인접한 다른 융기부(110)와 삼각형 또는 정삼각형으로 배치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 충격 흡수 보조재.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 융기부(110)는 육각형 콘 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 충격 흡수 보조재.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 융기부(110)는 최대 내경(D)이 15~20㎜인 것을 특징으로 하는 자동차용 충격 흡수 보조재.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 융기부(110)와 리브(120)는 높이(H) 5~15㎜로 돌출되게 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 충격 흡수 보조재.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 리브(120)는 길이(L)가 15~30㎜인 것을 특징으로 하는 자동차용 충격 흡수 보조재.

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