KR101545988B1 - 자동차 내장패널 및 그 제조방법 - Google Patents

자동차 내장패널 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101545988B1 KR1020140043149A KR20140043149A KR101545988B1 KR 101545988 B1 KR101545988 B1 KR 101545988B1 KR 1020140043149 A KR1020140043149 A KR 1020140043149A KR 20140043149 A KR20140043149 A KR 20140043149A KR 101545988 B1 KR101545988 B1 KR 101545988B1
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곽성복
이동기
이재용
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덕양산업 주식회사
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Abstract

자동차 내장패널 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 자동차 내장패널 제조방법은, 메쉬원단층 및 메쉬원단층 저면에 형성된 베리어층을 포함하는 섬유폼패드를 사출금형에 삽입하는 섬유폼패드 삽입단계; 사출금형을 닫아 섬유폼패드를 변형시키는 포밍단계; 사출금형 내부에 합성수지를 주입하여 베리어층 저면에 코어층을 형성하는 코어층 형성단계; 및 사출금형을 냉각시키는 냉각단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 종래 자동차 내장패널를 형성하는 우레탄 폼패드의 문제점을 해소할 수 있도록 섬유폼패드를 자동차 내장패널에 적용시킬 수 있고, 섬유폼패드의 성형과정에서 메쉬원단층의 탄성 감소에 따른 섬유폼패드의 쿠션감 상실을 방지하고, 섬유폼패드의 신율을 증가시켜 주름 방지 및 층간 박리 현상을 방지할 수 있는 자동차 내장패널를 형성할 수 있다.

Description

자동차 내장패널 및 그 제조방법{INTERIOR PANEL FOR VEHICLE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 자동차 내장패널 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 통기성 및 탄력성이 있는 메쉬원단층을 이용하여 내장패널을 제조하는 방법 및 이에 의하여 제조된 내장패널에 관한 것이다.
자동차의 실내에서 좌석 앞쪽 및 도어의 내측 등에는 내장재가 부착되는데, 내장재를 구성하는 층을 형성함에 있어서 폴리우레탄 폼(polyurethane foam)과 같이 탄성을 갖는 완충재가 포함되도록 하여, 자동차의 실내 미감을 향상시키고 차량의 사고시 탑승자에게 가해지는 충격을 완화할 수 있도록 이루어진다.
이처럼 자동차 내장재는, 고정된 형태를 형성하는 플라스틱 사출물과 폴리우레탄 폼 패드가 결합되고, 폴리우레탄 폼패드의 표면을 직물 혹은 가죽 원단으로 마감하는 구조로 제작되는 것이 일반적이다.
그러나 이러한 폴리우레탄 폼패드를 이용하여 자동차 내장재를 형성하는 경우, 탑승자의 신체와 반복적인 접촉에 의해 복원력이 저하되는 문제점이 발생되고, 장기간 사용시 다공성 폴리우레탄 소재의 변형이 발생하여 내장재의 표면에 주름 또는 굴곡면을 발생하는 등의 문제점이 있다.
또한 화학적 결합물인 우레탄 폼패드를 이용한 제품 생산시 환경 오염문제를 유발시키고, 내장재로 사용시 VOCs, 악취 등에 따른 문제가 발생되며, 재활용이 곤란한 문제점이 있다.
이러한 폴리우레탄 폼패드의 문제점을 해소하기 위한 방안으로, 완충기능을 발휘할 수 있는 메쉬원단이 사용('폴리우레탄 폼패드'와 대응되도록 '섬유 폼패드'로 칭함)될 수 있는데, 메쉬원단을 단순히 적용할 경우 섬유 폼패드는 소재의 낮은 내열성으로 인해 사출시 사출온도에 의한 변형이 쉽게 발생되어 폼패드의 복원력 저하 및 표면변형이 발생하게 되는 문제점이 있게 된다.
(0001) 대한민국공개특허 제10-2008-0009553호(공개일: 2008.01.29)
본 발명의 목적은, 메쉬원단을 이용하여 자동차 내장패널을 형성함에 있어서 섬유폼패드의 신율을 증가시켜 내장패널의 외형품질을 향상시키고 섬유폼패드의 탄성을 유지시켜 쿠션감을 확보할 수 있는 자동차 내장패널 제조방법 및 이에 의하여 제조된 내장패널을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 메쉬원단층 및 상기 메쉬원단층 저면에 형성된 베리어층을 포함하는 섬유폼패드를 사출금형에 삽입하는 섬유폼패드 삽입단계; 상기 사출금형을 닫아 상기 섬유폼패드를 변형시키는 포밍단계; 상기 사출금형 내부에 합성수지를 주입하여 상기 베리어층 저면에 코어층을 형성하는 코어층 형성단계; 및 상기 사출금형을 냉각시키는 냉각단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장패널 제조방법에 의해 달성된다.
그리고 상기 섬유폼패드 삽입단계 이후에 상기 사출금형을 예열하는 예열단계를 포함하고, 상기 사출금형은 200℃ ~ 280℃ 범위로 유지되도록 이루어질 수 있다.
또한 상기 포밍단계 및 코어층 형성단계에서 상기 섬유폼패드의 온도는 100℃ 이상 170℃ 이하이고, 상기 메쉬원단층은 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE)으로 이루어지고, 상기 베리어층은 폴리프로필렌(PP)으로 이루어질 수 있다.
여기서 상기 포밍단계 및 코어층 형성단계에서 상기 사출금형의 가압시간은 5초 이하로 이루어질 수 있다.
또한 상기 사출금형의 캐비티 두께(캐비티를 이루는 상금형과 하금형의 간격)가 5mm일 때, 상기 섬유폼패드는 두께가 4mm 이상으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 자동차 내장패널 제조방법에서, 상기 코어층은 폴리프로필렌(PP)으로 이루어질 수 있다.
또한 상기 섬유폼패드는 상기 메쉬원단층 상측에 코팅되는 스킨층을 포함하고, 상기 스킨층은 폴리우레탄(PU)으로 이루어질 수 있다.
또한 상기 코어층 형성단계 이후, 상기 사출금형 내부의 열이 배출되도록, 상기 사출금형을 일부 개방시키는 온도제어단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 종래 자동차 내장패널를 형성하는 우레탄 폼패드의 문제점을 해소할 수 있도록 섬유폼패드를 자동차 내장패널에 적용시킬 수 있고, 섬유폼패드의 성형과정에서 메쉬원단층의 탄성 감소에 따른 섬유폼패드의 쿠션감 상실을 방지하고, 섬유폼패드의 신율을 증가시켜 주름 방지 및 층간 박리 현상을 방지할 수 있는 자동차 내장패널를 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 내장패널 제조방법을 나타내는 순서도,
도 2는 본 발명에 따른 섬유폼패드를 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 자동차 내장패널 제조방법을 도식화한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 자동차 내장패널 제조방법에 의해 제조된 내장패널을 개략적으로 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차 내장패널 제조방법을 나타내는 순서도,
도 6은 본 발명에 따른 자동차 내장패널 제조방법에 의하여 제조된 자동차 내장패널의 제품사진이다.
본 발명은 산업통상자원부와 한국산업기술평가관리원의 "지식경제 기술혁신사업 글로벌전문기술개발사업(섬유스트림)"지원으로 수행된 연구결과에 의한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 내장패널 제조방법을 나타내는 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 섬유폼패드(10)를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 자동차 내장패널 제조방법을 도식화한 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 자동차 내장패널 제조방법에 의해 제조된 내장패널을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 자동차 내장패널 제조방법은 섬유폼패드 삽입단계(S100), 예열단계(S200), 포밍단계(S300), 코어층 형성단계(S400) 및 냉각단계(S600)를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 자동차 내장패널 제조방법은, 자동차에 사용되는 내장재 중 내장패널을 제조하기 위한 것이며, 여기서 '내장패널'은 도어 패널, 인스트루먼트패널, 대시보드와 같이 그 자체로 고정된 외형(탄성변형 가능한 형태 포함)을 이룰 수 있는 패널(panel) 형태로 이루어진 부품을 말한다. 다만, '내장패널'은 반드시 편평한 판 형태로 이루어질 필요는 없으며, 전체 또는 일부가 곡면을 형성하거나 꺽인 면 등을 형성할 수 있다.
그리고 본 발명에서는 섬유폼패드(10)를 이용하여 내장패널(1)을 사출성형하며, 여기서 섬유폼패드(10)는 종래의 폴리우레탄 폼패드를 대체하는 것으로서, 메쉬원단층(12) 및 베리어층(13)을 포함하여 이루어진다.
메쉬원단층(12)은 합성수지섬유가 직조되어 이루어진 층으로서 통기성을 가지고, 두께방향을 따라 신축하면서 탄성변형되어 쿠션과 같은 작용을 하도록 이루어진다. 이러한 메쉬원단층(12)은 PET(Polyethylene phthalate), PTEF(Polytetra fluoro ethylene) 등으로 이루어질 수 있으며, 후술하는 바와 같이 PTFE로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
베리어층(13)은 메쉬원단층(12) 저면에 형성되어 메쉬원단층(12)을 지지하며, TPU(Thermoplastic Polyurethane), PP(Poly Propylene) 등으로 이루어질 수 있으며, PP로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
또한 섬유폼패드(10)는, 메쉬원단층(12) 상측에 코팅되는 스킨층(11)을 포함하여 이루어질 수 있고, 스킨층(11)은 TPU(Thermoplastic Polyurethane), PU(polyurethane) 등으로 이루어질 수 있다. 스킨층(11)은 액상의 폴리우레탄을 메쉬원단층(12) 상측에 코팅하여 형성할 수 있다.
섬유폼패드(10)에서 스킨층(11)은 내장패널(1)의 사출성형 공정에서 섬유폼패드(10) 부분의 형상이 유지되는 것을 돕는다.
본 발명에 따른 자동차 내장패널 제조방법의 전체적인 순서를 간략히 먼저 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 자동차 내장패널 제조방법은 사출성형방법을 이용하며, 이에 따라 사출금형(31, 32)이 사용된다.
섬유폼패드 삽입단계(S100)에서는 사출금형의 상금형(31)과 하금형(32)이 개방된 상태에서 섬유폼패드(10)를 사출금형(31, 32)에 삽입시킨다.
예열단계(S200)는 사출금형(31, 32)을 예열하는 단계이며, 사출금형(31, 32) 내부에 섬유폼패드(10)가 삽입된 상태에서 사출금형을 이루는 상금형(31) 및 하금형(32)을 예열하여, 섬유폼패드(10)가 연질의 상태를 이루도록 하며 금형의 모양에 따라 섬유폼패드(10)가 그 모양을 형성하도록 한다. 예열에 따른 섬유폼패드(10)의 온도 증가에 의하여 스킨층(11)의 온도가 상승하고 신율이 증가하며, 이에 따라 메쉬원단층(12)의 탄성이 유지되도록 할 수 있고 형태 변형을 방지할 수 있다.
포밍단계(S300)에서는 사출금형(31, 32) 내부에 섬유폼패드(10)가 개재된 상태에서 사출금형(31, 32)의 캐비티 내부로 합성수지를 주입하여 코어층(20)을 형성하면서 섬유폼패드(10)와 코어층(20)을 결합시키고, 이때 코어층(20)은 베리어층(13) 저면에 형성된다.
이후 사출금형(31, 32)의 온도를 냉각하는 냉각단계(S600)가 이루어지며, 섬유폼패드(10)와 코어층(20)이 일체화된 상태로 자동차 내장패널(1)을 형성하도록 한다.
냉각단계(S600) 이후 형성된 자동차 내장패널(1)의 트리밍 공정(도 3(e) 참조) 이 이루어지며, 사출에 따른 제품을 마감한다.
본 발명에 따른 자동차 내장패널 제조방법이 도출됨에 있어서, 사용된 섬유폼패드(10)의 물성은 아래의 [표 1]과 같고, 사용된 사출금형(31, 32)의 온도, 섬유폼패드(10)의 표면 온도(스킨층(11) 상에서의 온도), 예열시간, 가압시간 및 두께 감소량의 관계를 나타낸 결과는 아래의 [표 2]와 같다.
구분 소재 물성
세로 가로
인장(Kgf/㎠) 47.4 72.8
신율(%) 256.3 390.0
Maxforce(Kgf) 14.2 21.6
시험차수 금형온도(℃) 표면온도(℃) 예열시간(초) 가압시간(초) 두께 감소량
(3t-측정치)
1 150 60 25 10 0.5t
2 200 100 25 10 1.2t
3 280 170 15 10 1.8t
4 280 170 10 5 1.5t
[표 1]에서 섬유폼패드(10)를 이루는 메쉬원단층(12)은 PTFE가 사용되었고, 베리어층(13) 및 스킨층(11)은 TPU가 사용되었다. 메쉬원단층(12)은 PET 소재가 사용될 수 있으나, PTFE의 경우 PET에 비하여 신율이 우수하므로, 이에 따른 들뜸 현상을 방지할 수 있고 메쉬원단층(12)과 베리어층(13) 간의 박리 현상을 방지할 수 있다.
[표 2]에서 섬유폼패드(10)의 두께 단위 t는 mm를 나타낸다.
위의 [표 2]의 1번에서와 같이 사출금형(31, 32) 온도를 150℃로 가열하여 섬유폼패드(10)의 표면온도가 60℃가 되도록 한 경우, 메쉬원단층(12)의 쿠션감은 유지되었으나 스킨층(11)의 신율 부족으로 들뜸 현상이 발생하였고, 메쉬원단층(12)과 베리어층(13)의 박리 현상이 발생되었다.
또한 2번에서와 같이 사출금형(31, 32) 온도를 200℃로 가열하여 섬유폼패드(10)의 표면온도가 100℃가 되도록 한 경우, 스킨층(11)의 신율이 향상되고 메쉬원단층(12)의 탄성력 및 쿠션감이 유지되었다.
또한 [표 2]의 3번 및 4번에서와 같이 사출금형(31, 32) 온도를 280℃로 가열하여 섬유폼패드(10)의 표면온도가 170℃ 이상의 경우 성형시 메쉬원단층(12)의 변형이 발생하고 탄성력이 현저히 감소하는 결과를 나타내었다.
즉, 포밍단계(S300) 및 코어층 형성단계(S400)에서 사출금형(31, 32)의 가열은, 섬유폼패드(10)의 온도가 100℃ 이상 170℃ 이하로 유지될 수 있도록 이루어지는 것이 바람직(특히, 섬유폼패드(10)의 온도가 100℃ ~ 150℃ 정도로 유지될 수 있도록 이루어지는 것이 바람직함)하며, 구체적으로 사출금형(31, 32)은 200℃ 이하로 유지되도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 사출금형(31, 32)의 온도는 예열단계(S200)에서도 마찬가지이다.
도 6의 사진에는, 섬유폼패드(10)의 온도가 100℃ 이하에서 스킨층(11)의 주름이 발생한 상태(왼쪽)와 섬유폼패드(10)의 온도가 150℃에서 외형이 개선된 상태(오른쪽)의 모습이 나타난다.
그리고 이러한 결과에 따라, 베리어층(13)은 TPU 보다 내열성이 우수한 소재를 사용하는 것이 바람직하며, 예컨대 PP로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라 스킨층(11)의 신율 증가를 확보하면서 메쉬원단층(12)의 탄성력 감소를 방지할 수 있게 되며, 또한 베리어층(13)과 코어층(20)의 소재를 동일하게 이루어지도록 하여 용융에 따른 양자 간의 견고한 결합이 이루어지도록 할 수 있다.
사출금형(31, 32)에 의한 섬유폼패드(10)의 가압시간이 10초인 경우 표면온도의 증가에 따라 두께 감소량 또한 증가하였으며 탄성이 저하됨을 확인할 수 있고, 섬유폼패드(10)의 가압시간을 5초로 줄인 경우 두께 감소량이 감소하는 결과를 나타내었으며, 이에 따라 사출금형(31, 32)에 의한 섬유폼패드(10)의 가압시간은 5초 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
[표 2]에서와 같이 섬유폼패드(10)의 최초 두께는 3t였으며, 1번 내지 4번의 경우, 두께 감소량이 각각, 0.5t, 1.2t, 1.8t 및 1.5t를 나타내었다. 그리고 이때 사출금형(31, 32)의 캐비티는 약 5t이다. 가압에 따른 두께 감소를 고려할 때 섬유폼패드(10)의 최초 두께는 4t 내외로 이루어지도록 하는 것이 바람직하며, 이에 따라 섬유폼패드(10)의 쿠션감을 유지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차 내장패널 제조방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명에 따른 자동차 내장패널 제조방법은 섬유폼패드 삽입단계(S100), 예열단계(S200), 포밍단계(S300), 코어층 형성단계(S400), 온도제어단계(S500) 및 냉각단계(S600)를 포함하여 이루어진다.
여기서 섬유폼패드 삽입단계(S100), 예열단계(S200), 포밍단계(S300), 코어층 형성단계(S400) 및 냉각단계(S600)는 상술한 바와 같은 형태로 이루어질 수 있고, 온도제어단계(S500)는 사출금형(31, 32)을 일부 개방시켜 사출금형(31, 32) 내부의 열이 배출되도록 하는 것이며, 이에 따라 사출온도를 제어하도록 이루어진다.
이러한 사출온도제어단계(S500)를 통하여, 스킨층(11)의 신율 증가를 확보(섬유폼패드(10)의 표면을 형성하는 스킨층(11)의 온도 상승에 따른 신율 증가)하면서 메쉬원단층(12)의 불필요한 온도상승을 방지할 수 있으며, 결국 스킨층(11)의 신장력 확보에 따른 주름 해소 및 메쉬원단층(12)의 쿠션감 유지의 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래 자동차 내장패널(1)를 형성하는 우레탄 폼패드의 문제점을 해소할 수 있도록 섬유폼패드(10)를 자동차 내장패널(1)에 적용시킬 수 있고, 섬유폼패드(10)의 성형과정에서 메쉬원단층(12)의 탄성 감소에 따른 섬유폼패드(10)의 쿠션감 상실을 방지하고, 섬유폼패드(10)의 신율을 증가시켜 주름 방지 및 층간 박리 현상을 방지할 수 있는 자동차 내장패널(1)를 형성할 수 있게 된다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1 : 자동차 내장패널 10 : 섬유폼패드
11 : 스킨층 12 : 메쉬원단층
13 : 베리어층 20 : 코어층
31, 32 : 사출금형
S100 : 섬유폼패드 삽입단계
S200 : 예열단계
S300 : 포밍단계
S400 : 코어층 형성단계
S500 : 온도제어단계
S600 : 냉각단계

Claims (9)

  1. 메쉬원단층 및 상기 메쉬원단층 저면에 형성된 베리어층을 포함하는 섬유폼패드를 사출금형에 삽입하는 섬유폼패드 삽입단계;
    상기 사출금형을 닫아 상기 섬유폼패드를 변형시키는 포밍단계;
    상기 사출금형 내부에 합성수지를 주입하여 상기 베리어층 저면에 코어층을 형성하는 코어층 형성단계; 및
    상기 사출금형을 냉각시키는 냉각단계를 포함하고,
    상기 포밍단계 및 코어층 형성단계에서 상기 섬유폼패드의 온도는 100℃ ~ 170℃ 이고,
    상기 메쉬원단층은 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE)으로 이루어지고,
    상기 베리어층은 폴리프로필렌(PP)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 내장패널 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 섬유폼패드 삽입단계 이후에 상기 사출금형을 예열하는 예열단계를 포함하고,
    상기 사출금형은 200℃ ~ 280℃ 범위로 유지되는 것을 특징으로 하는 자동차 내장패널 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 포밍단계 및 코어층 형성단계에서 상기 사출금형의 가압시간은 5초 이하인 것을 특징으로 하는 자동차 내장패널 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 사출금형의 캐비티 두께가 5mm일 때, 상기 섬유폼패드는 두께가 4mm 이상인 것을 특징으로 하는 자동차 내장패널 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코어층은 폴리프로필렌(PP)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 내장패널 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 섬유폼패드는 상기 메쉬원단층 상측에 코팅되는 스킨층을 포함하고,
    상기 스킨층은 폴리우레탄(PU)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 내장패널 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코어층 형성단계 이후, 상기 사출금형 내부의 열이 배출되도록, 상기 사출금형을 일부 개방시키는 온도제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장패널 제조방법.
  9. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의하여 제조된 자동차 내장패널.
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