KR101704262B1

KR101704262B1 - 밀도 조절이 가능한 성형물의 제조 방법 및 그 제조 방법으로 제조되는 성형물

Info

Publication number: KR101704262B1
Application number: KR1020150130208A
Authority: KR
Inventors: 황진호; 구홍모; 조장현; 이종헌; 성창모; 오천균; 이호달; 이은경; 서연권; 서정재
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사; 주식회사셀폼; 한민내장주식회사
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2017-02-07
Also published as: DE102016117425A1; JP2017056730A; US20170072608A1; CN106976193A

Abstract

본 발명은 성형물의 제조 방법에 관한 것으로서, 외피막 소재의 내부에 외피막과 다른 재질의 충전물을 충전하여 성형하는 방식을 적용함으로써 성형물의 내구성을 높이면서 원료 손실을 줄일 수 있고, 부위별로 원하는 특성을 나타내도록 밀도 및 중량, 두께를 다양하게 조절하여 제조할 수 있는 성형물 제조 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 상층 외피막 소재와 하층 외피막 소재를 준비하는 과정; 충전물을 제조하여 준비하는 과정; 하부금형의 내부공간에 하층 외피막 소재를 위치시키고, 하부금형의 상부에 상기 내부공간을 밀폐하도록 가형판을 설치한 뒤, 하층 외피막 소재와 가형판 사이에 상기 충전물을 주입하여 충전하는 과정; 상기 가형판을 제거한 후, 하부금형의 상기 충전된 충전물 위에 상층 외피막 소재를 위치시키는 과정; 및 상부금형을 하강시켜 상층 외피막 소재를 통한 가압이 이루어지도록 하여 충전물을 압축하면서 상층 외피막 소재, 충전물, 하층 외피막 소재를 가열 압착에 의해 일체화하는 성형 과정을 포함하는 성형물의 제조 방법이 개시된다.

Description

밀도 조절이 가능한 성형물의 제조 방법 및 그 제조 방법으로 제조되는 성형물{Method for manufacturing molded product with controlled density and molded product manufactured by the same}

본 발명은 성형물의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외피막 소재의 내부에 외피막과 다른 재질의 충전물을 충전하여 성형하는 방식을 적용함으로써 성형물의 내구성을 높이면서 원료 손실을 줄일 수 있고, 부위별로 원하는 특성을 나타내도록 밀도 및 중량, 두께를 다양하게 조절하여 제조할 수 있는 성형물 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 스티로폼이나 우레탄 폼, 그 외의 각종 폼 등이 완충재, 흡/차음재, 단열재, 쿠션재 등의 내장재로 널리 사용되고 있는데, 상술한 폼들은 소재 등의 내구성 및 견고성이 약하여 쉽게 손상됨은 물론 파손시 환경문제 등을 야기하는 문제점을 가지고 있다.

이에 상기와 같은 문제점을 해소하고자 한국 등록특허 제707919호의 "스티로폼을 소재로 하여 성형이 용이한 판재의 제조방법과 그에 의해 제조된 스티로폼 판재"가 알려져 있다.

상기 등록특허의 '스티로폼 판재'(이하 '종래의 스티로폼 판재'라 함)에 대해 살펴보면 다음과 같다.

종래의 스티로폼 판재는 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄으로 이루어진 군에서 선택된 두 가지의 소재로 혼합된 발포칩에 의해 발포된 스티로폼의 일면 또는 양면에 섬유층을 형성하는 성형 공정과, 상기 스티로폼에 120 ~ 250℃의 열을 가하는 히팅 공정과, 상기 히팅 공정을 거친 스티로폼에 압력을 가해 경질의 판재 형상을 이루게 하는 프레스 공정으로 이루어진 스티로폼 판재의 제조방법에 있어서, 상기 성형 공정을 거친 섬유층에 카딩기(원사소면기)를 이용하여 스티로폼의 소재와 동일한 소재로 이루어지고 발포칩의 용융점보다 낮은 용융점을 갖는 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄으로 이루어진 군에서 어느 하나의 원사를 적층시켜 공지의 히팅 공정을 통해 접합층을 형성하되, 상기 접합층을 갖춘 섬유층을 스티로폼에 적층시켜 섬유층과 스티로폼이 가접합 상태를 이루게 하고, 상기 가접합을 이루고 있는 섬유층과 스티로폼을 공지의 프레스 공정을 거쳐 냉각시키면서 경질의 판재 형상을 이루게 하는 제조방법을 통해 제조되는 것이다.

즉, 종래의 스티로폼 판재는 상기와 같은 제조방법에 의해 제조되어 단면 구조상 스티로폼의 상, 하면에 접합층을 매개로 부직포나 직물로 이루어진 섬유층이 일체를 이루어져 있는 것이다.

하지만, 상기와 같이 구성되는 종래의 스티로폼 판재는 일정한 두께의 판재 형상의 내장재로는 사용이 용이하나, 표면 형상이 굴곡지게 형성된 내장재에 적용하기에는 부적합하다.

따라서, 종래에는 표면 형상이 굴곡지는 등의 일정하지 않은 내장재를 성형 제조할 경우에, 스티로폼 판재의 두께를 내장재의 최고 두께와 동일하게 판 형상으로 제조한 다음, 상기 프레스 공정 후 추가적인 가열 압착을 통해 굴곡진 형상의 표면을 가지도록 성형하여 원하는 형상의 내장재를 제조하였다.

그러나, 상기와 같은 방식으로 표면이 굴곡진 내장재를 제조할 경우, 내장재의 굴곡진 형상을 가열 압착을 통해 성형함에 따라 압축으로 인해 원하는 두께에 비해 원료 손실이 많은 문제점이 있다.

또한, 외피막이 되는 시트(sheet) 형상의 섬유층을 스티로폼에 접합시킨 상태에서 가열 압착하여 원하는 굴곡 형상을 성형하므로 부위별로 강연성이 달라지는 문제점이 있다.

즉, 두께가 얇은 부분은 압축 정도가 크므로 하드(hard)한 경질 부분이 되고, 두께가 두꺼운 부분은 상대적으로 압축 정도가 작으므로 소프트한 연질 부분이 되는 것이며, 그로 인해 불필요한 소재 손실 및 강연성 조절 미흡의 문제점이 있는 것이다.

상기와 같이 강연성이 전체적으로 균일하지 못하고 의도하지 않게 부분적으로 틀려지면 내구성이 부분적으로 약해짐에 따라 작은 충격에도 부서지거나 일부가 떨어져 나가는 손상이 발생할 수 있고, 결국 제품 사용에 있어서 한계를 가지는 문제점이 있게 된다.

한국 등록특허 제707919호(2012.09.25.)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 외피막 소재의 내부에 외피막과 다른 재질의 충전물을 충전하여 성형하는 방식을 적용함으로써 성형물의 내구성을 높이면서 원료 손실을 줄일 수 있고, 부위별로 원하는 특성을 나타내도록 밀도 및 중량, 두께를 다양하게 조절하여 제조할 수 있는 성형물 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 시트(sheet)형 소재로서, 성형물의 상층 외피막으로 사용될 상층 외피막 소재와, 성형물의 하층 외피막으로 사용될 하층 외피막 소재를 준비하는 과정; 성형물의 상층 외피막과 하층 외피막 사이의 충전층을 형성하게 될 충전물을 제조하여 준비하는 과정; 하부금형의 내부공간에 하층 외피막 소재를 위치시키고, 하부금형의 상부에 상기 내부공간을 밀폐하도록 가형판을 설치한 뒤, 하층 외피막 소재와 가형판 사이에 상기 충전물을 주입하여 충전하는 과정; 상기 가형판을 제거한 후, 하부금형의 상기 충전된 충전물 위에 상층 외피막 소재를 위치시키는 과정; 및 상부금형을 하강시켜 상층 외피막 소재를 통한 가압이 이루어지도록 하여 충전물을 압축하면서 상층 외피막 소재, 충전물, 하층 외피막 소재를 가열 압착에 의해 일체화하는 성형 과정을 포함하고, 상기 하부금형의 내부공간에 노출되는 가형판 하면에는 적어도 일부에 정해진 높이의 돌출부가 형성되어 하층 외피막 소재와 가형판 사이의 충전물 충전 높이가 상기 돌출부에 의해 가형판 하면의 부위에 따라 달라지도록 하고, 상기 성형 과정 후 상기 충전물 충전 높이에 따라 충전층의 부위별 충전물 밀도가 결정되도록 하는 것을 특징으로 하는 밀도 조절이 가능한 성형물의 제조 방법을 제공한다.

바람직한 실시예에서, 상기 상층 외피막 소재는 PET 펠트를 재단하여 제조하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하층 외피막 소재는 시트(sheet)를 가열한 상태로 금형에서 프레스 성형하여 하면부 및 상기 하면부의 둘레를 따라 형성된 측면부를 가지는 캡 형상의 판재로 제조하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하층 외피막 소재는 PET 펠트를 프레스 성형하여 제조하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부금형에서 충전물이 주입되는 충전물 주입구는 하부금형의 내부공간에 넣어진 하층 외피막 소재의 측면부 상단보다 높은 곳에 위치하도록 설치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하층 외피막 소재의 측면부 상단을 따라 플랜지 부분이 형성되고, 상기 하부금형의 내측면에는 상기 하층 외피막 소재의 플랜지 부분이 얹어져 걸쳐질 수 있는 단차진 형상의 파팅부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부금형은 상측의 제1금형과 하측의 제2금형이 제품의 성형이 이루어지는 하나의 내부공간을 형성하도록 결합되어 구성되고, 상기 제2금형의 내부공간에 하층 외피막 소재가 넣어지고, 상기 제1금형의 상부에 가형판이 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부금형에서 제1금형의 내측면과 제2금형의 내측면 사이에 단차를 두어 파팅부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가형판의 돌출부는 하부금형의 내부공간으로 노출되는 가형판 하면에 돌출부의 부위에 따라 다른 높이 및 형상을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부금형에 스팀 주입구가 형성되고, 상기 성형 과정 동안 스팀 공급장치가 공급하는 스팀을 상기 스팀 주입구를 통해 주입하여 상부금형과 하부금형 사이의 성형물에 공급하는 스팀 공정을 진행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 성형 과정 후 상부금형과 하부금형 사이의 성형물을 건조한 뒤 성형물을 금형으로부터 탈거하고, 상기 성형물을 건조하는 과정은 상기 하부금형의 흡입구에 연결된 흡입관을 통해 진공펌프를 이용하여 스팀 공정에서 공급된 수분을 성형물로부터 흡입, 제거하는 석션 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 충전물은 충전물 재료와 접착용 바인더를 혼합하여 제조하고, 상기 충전물 재료로는 폴리우레탄(PU), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 및 폴리스티렌(PS) 중 하나의 발포 칩을 사용하거나 둘 이상의 발포 칩을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 충전물은 충전물 재료와 접착용 바인더를 혼합하여 제조하고, 상기 충전물 재료로는 폴리우레탄 발포재를 분쇄하여 얻은 폴리우레탄(PU) 칩, PET 펠트 분쇄물, 섬유 분쇄물, 폴리우레탄 단섬유, 스티로폼 알갱이, 폐섬유, 및 폐스폰지 중 하나를 사용하거나 선택된 둘 이상의 재료들을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 접착용 바인더로는 폴리프로필렌글리콜(PPG), 톨루엔디이소시아네이트(TDI), PP 파우더, 또는 세라믹 파우더가 액체에 혼합된 액상의 점착물질을 사용하는 것을 특징으로 한다.

이로써, 본 발명에 따른 성형물 제조 방법에 의하면, 외피막 소재의 내부에 외피막과 다른 재질의 충전물을 충전하여 성형하는 방식을 적용함으로써 성형물의 내구성을 높이면서 원료 손실을 줄일 수 있고, 부위별로 원하는 특성을 나타내도록 밀도 및 중량, 두께를 다양하게 조절하여 성형물을 제조할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 성형물은 차량의 내장재 또는 그 일부로 다양하게 사용될 수 있으며, 차량에서 완충 성능, 흡/차음 성능, 단열 성능, 쿠션 성능 등이 요구되는 내장재 또는 그 일부로 널리 사용될 수 있다.

또한, 성형물의 표피재가 되는 상층 외피막과 하층 외피막 사이의 충전층을 이루게 될 충전물 재료로서 폴리우레탄 칩 등의 재활용 자원을 사용할 수 있으므로 제품의 경량화는 물론 재료비 절감, 원가 절감이 가능해진다.

본 발명에 따른 성형물은 차량의 내장재 또는 그 일부로 다양하게 사용될 수 있으며, 특히 차량에서 완충 성능, 흡/차음 성능, 단열 성능, 쿠션 성능 등이 요구되는 내장재 또는 그 일부로 널리 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 성형물 제조 과정을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명에서 상층 외피막 소재 및 하층 외피막 소재를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 성형물 제조 과정에서 사용되는 금형 장치를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 성형물 제조 과정에서 사용되는 금형 장치로서 하부금형이 2단 금형으로 구성된 금형 장치를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명에서 가형판을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명에서 가형판을 적용함에 따라 성형된 제품의 밀도가 부위별로 조절됨을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따라 성형된 제품의 형상을 나타낸 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 외피막 소재의 내부에 외피막과 다른 재질의 충전물을 충전하여 성형하는 방식을 적용함으로써 성형물의 내구성을 높이면서 원료 손실을 줄일 수 있고, 부위별로 원하는 특성을 나타내도록 밀도 및 중량, 두께를 다양하게 조절하여 제조할 수 있는 성형물 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에서 성형물은 판재 형상을 가지도록 성형 제조되는 것으로, 부위별로 밀도나 중량, 두께가 다른 판재 형상으로 제조될 수 있으며, 차량의 내장재 또는 그 일부로 다양하게 사용될 수 있는 것이다.

특히, 차량에서 완충 성능, 흡/차음 성능, 단열 성능, 쿠션 성능 등이 요구되는 내장재 또는 그 일부로 널리 사용될 수 있는데, 예를 들면 플로어 카페트(carpet)의 하단 패드(pad)로 사용하는 것이 가능하다.

또한, 성형물의 표피재가 되는 상층 외피막과 하층 외피막 사이의 충전층을 이루게 될 충전물 재료로서, 폐자동차에서 수거된 재활용 분쇄 칩(chip), 예컨대 후술하는 바와 같이 폐자동차의 시트 등에서 수거된 폴리우레탄(PU, polyurethane) 발포재(foam)를 분쇄하여 얻은 재활용 발포 칩인 PU 칩이나, PET 펠트 분쇄물, 기타 섬유 분쇄물 등과 같은 재활용 자원을 사용할 수 있으므로, 제품의 경량화는 물론 재료비 절감, 원가 절감이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 성형물 제조 과정을 나타낸 공정 순서도이고, 도 2는 본 발명에서 상층 외피막 소재 및 하층 외피막 소재를 나타낸 도면으로, 이를 참조하여 본 발명에 따른 제조 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제품 표피용 시트 원단(1)을 제품에 필요한 형상으로 재단하여 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이 제품의 상층 외피막으로 사용될 소재(2)를 준비한다(S11).

준비된 상층 외피막 소재(2)는 제품의 상면부, 즉 제품의 상부 표피를 형성하도록 사용되는 시트(sheet)형 소재로서, 이러한 상층 외피막 소재는 PET 펠트로 제조될 수 있다.

다음으로, 또 다른 제품 표피용 시트 원단(3)을 소정 크기로 절단한 뒤 가열된 상태로 금형에서 제품에 필요한 형상으로 프레스 성형하여 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같은 하층 외피막 소재(4)를 준비한다(S12).

상기 하층 외피막 소재(4)는 제품의 하면부, 즉 제품의 하부 표피를 형성하도록 사용되는 시트형 소재로서, 프레스 금형에서 정해진 온도와 압력으로 가열 및 가압하여 필요한 형상으로 성형될 수 있고, 소정 두께의 하면부(4a), 및 상기 하면부의 둘레를 따라 형성된 측면부(4b)을 가지는 캡(cap) 형상의 판재로 제조될 수 있다.

이때, 원단을 프레스 금형에서 동시에 가열 및 가압하여 하층 외피막 소재(4)를 성형할 수 있으나, 원단을 오븐기 등에서 미리 가열한 뒤 프레스 금형에서 가압하여 필요한 형상으로 성형하는 것도 가능하다.

또한, 하층 외피막 소재(4)의 측면부(4b)은 대략적으로 제품 하면부의 외곽 형상 및 제품 측면 형상을 가지도록 성형될 수 있고, 하면부(4a)는 최종 성형물인 제품의 하면부 형상, 예컨대 도 2의 (b)에 예시된 바와 같이 부위별로 높이 단차를 가지거나 굴곡진 형상을 가지도록 성형될 수 있다.

이러한 하층 외피막 소재로는 PET 펠트가 사용될 수 있다.

그리고, 도 2의 (b)에 나타낸 하층 외피막 소재(4)의 측면부(4b) 중 상측의 일부는 제품에서 불필요한 부분으로, 불필요한 부분을 먼저 커팅하여 제거한 하층 외피막 소재를 제품의 성형 공정에 투입할 수도 있으나, 이러한 하층 외피막 소재(4)의 불필요한 부분은 성형 과정에서 또는 성형 후에 트리밍 공정을 통해 제거될 수도 있다.

다음으로, 믹스 탱크(mix tank) 내에서 충전물 재료와 접착용 바인더를 혼합하여 충전물을 준비한다(S13).

여기서, 충전물 재료로는 PU(polyurethane) 칩이나 PET 펠트 분쇄물, 면 등의 기타 섬유 분쇄물이 사용될 수 있는데, 폐자동차에서 수거된 폴리우레탄(PU) 발포재(foam)를 분쇄하여 얻은 PU(polyurethane) 칩과 같이 재활용 자원이 사용될 수 있다.

또한, 상기 충전물 재료로 상기 PU 칩 및 PET 펠트 분쇄물 외에 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 또는 폴리스티렌(PS)의 발포 칩, 폴리우레탄 단섬유, 스티로폼 알갱이, 폴리우레탄 조각, 그 밖의 폐섬유나 폐스폰지 등을 단독으로 사용하거나 선택된 복수의 재료들을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 발포 칩은 발포재를 분쇄하여 얻은 재활용 발표 칩이 사용될 수 있다.

또한, 접착용 바인더로는 폴리프로필렌글리콜(PPG), 톨루엔디이소시아네이트(TDI), PP 파우더, 또는 세라믹 파우더 등이 액체에 혼합된 액상의 점착물질이 사용될 수 있다.

그 밖에 충전된 충전물 재료 간을 일체로 접착 고정할 수 있으면서 후술하는 성형 과정에서 충전물 재료와 상, 하층 외피막 소재 간의 완전한 접착이 이루어질 수 있도록 하는 것이라면 공지의 접착용 바인더 중 하나가 채택되어 사용될 수 있다.

다음으로, 상기와 같이 준비된 상층 외피막 소재(2)와 하층 외피막 소재(4), 그리고 충전물(5)을 사용하여, 상층 외피막 소재(2)와 하층 외피막 소재(4)로 형성된 상면(상부 표피) 및 하면(하부 표피)의 외피막(도 6에서 도면부호 2',4'임), 또는 상, 하면 및 측면의 외피막을 가지면서 내부가 상기 충전물로 충전된 성형물(도 6에서 도면부호 9임)을 금형을 이용하여 성형 제조한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 성형물 제조 과정에서 사용되는 금형 장치를 나타낸 개략도로서, 하층 외피막 소재(4)가 넣어지고 충전장치(40)와 연결되어 내부공간으로 충전물의 주입이 이루어질 수 있도록 된 하부금형(10)과; 상기 하부금형(10)과의 내부공간을 밀폐하도록 하부금형의 상부에 탈착 가능하게 결합되어, 결합 상태에서 상기 내부공간으로 충전되는 충전물의 충전량(충전 높이)이 부위별로 조절될 수 있도록 상기 내부공간으로 노출되는 하면에 하면 각 부위에 따라 설정된 높이로 돌출 형성된 돌출부(21)를 가지는 가형판(20)과; 상기 가형판(20)이 제거된 상태의 하부금형(30) 상측에 결합되어 하부금형(10)과의 성형공간을 형성하고 상기 성형공간 내에 위치된 상층 외피막 소재(2), 하층 외피막 소재(4), 충전물(5)을 가압하여 일체화되도록 성형하는 상부금형(30)을 포함한다.

먼저, 충전장치(40)는 호퍼(hopper)(41), 충전물 공급관(42), 피더(feeder)(43), 밸브(44)를 포함한다.

또한, 하부금형(10)의 일측에 충전물 주입구(11)가 형성되고, 상기 충전물 주입구(11)에 충전물을 주입하기 위한 피더(43)가 결합되며, 상기 피더(43)는 충전물이 공급되는 충전물 공급관(42)을 통해 충전물이 투입되는 호퍼(41)와 연결된다.

상기 호퍼(41)는 단수 또는 복수 개가 사용될 수 있다.

물론, 복수 개의 호퍼(41)가 사용된 경우에서 각 호퍼에 연결된 충전물 공급관(42)이 합관된 후 하부금형(10)의 피더(43)와 결합될 수 있으며, 충전물 공급관(42)에는 각 호퍼(41)에 투입된 충전물이 선택적으로 공급 또는 차단될 수 있도록 정해진 위치에 충전물 공급 통로를 개폐하는 밸브(44)가 설치된다.

또한, 하부금형(10)의 내부공간은 미리 성형된 하층 외피막 소재(4)가 넣어지는 공간이므로, 하부금형(10)의 내측면은 내부공간에 넣어진 하층 외피막 소재(4)가 안정적으로 지지 및 고정될 수 있는 형상이 되어야 한다.

이에 따라, 도면상 상세히 나타내지는 않았으나, 하부금형(10)의 내측 바닥면은 하층 외피막 소재(4)의 하면부(4a)가 접촉 지지될 수 있는 형상, 즉 하층 외피막 소재의 하면부 형상이 고려된 형상으로 형성될 수 있다.

즉, 하층 외피막 소재(4)의 하면부 형상이 굴곡진 형상이라면, 이 굴곡진 형상과 매칭되는(일치되는) 형상으로 하부금형(10)의 내측 바닥면이 형성될 수 있다.

도 3에서 성형된 하층 외피막 소재(4)는 캡의 형상으로 간략 도시되어 있으나, 실제 하층 외피막 소재의 형상은 다양하게 달라질 수 있으므로, 이를 고려하여 하부금형의 내측면 형상이 설계되어야 한다.

상기 가형판(20)은 일면, 즉 하부금형(10)의 내부공간으로 노출되는 하면에 부위에 따라 다른 높이 및 형상을 가지는 돌출부(21)가 형성된 금속판으로 제작될 수 있으며, 하부금형(10)의 내부공간에 하층 외피막 소재(4)가 넣어진 뒤 하부금형의 상부에 결합되고 나면 하부금형의 내부공간을 밀폐할 수 있는 형상으로 구비된다.

상기 가형판(20)이 하부금형(10)의 상부에 결합되어 하부금형의 내부공간을 밀폐한 상태에서는 하부금형의 내부공간에 미리 세팅된 하층 외피막 소재(4)와 가형판(20) 사이의 공간이 충전물(5)이 주입되어 충전되는 공간이 된다.

따라서, 돌출부(21)의 부위별 높이 차이에 의해 충전 공간의 위치별 높이(하층 외피막 소재 표면과 가형판의 돌출부 표면 간의 간격) 차이가 존재하게 되며, 결국 충전 공간의 높이 차이에 의해 그 내부에 충전되는 충전물의 양이 위치에 따라 달라질 수 있다.

도 5는 가형판(20) 및 그 하면에 형성된 돌출부(21)를 예시한 도면으로, 돌출부(21)가 가형판(20)의 하면에서 정해진 특정 부위에 형성되어 있고, 가형판(20)에서 돌출부(21)가 형성된 곳과 형성되지 않은 곳의 높이 차이, 그리고 돌출부(21)에서도 부위별로 높이 차이를 설정해둘 수 있다.

도 5와 같은 가형판(20)을 돌출부(21)가 하측을 향하도록 뒤집어서 하부금형(10)의 상부에 결합하게 되면 하부금형의 내부공간이 밀폐될 수 있는데, 하부금형(10)의 내부공간에 미리 하층 외피막 소재(4)를 넣어 설치하고(도 1에서 S14), 이어 가형판(20)을 하부금형(10)의 상부에 결합한 뒤(S14), 충전물 주입구(11)를 통해 가형판(20)에 의해 밀폐된 하부금형(10)의 내부공간에 충전물(5)을 주입하게 된다(S15).

이때, 주입되는 충전물(5)은 가형판(20) 및 그 돌출부(21)와 하층 외피막 소재(4) 사이의 공간에 충전되며, 이때 가형판(20)의 하면에는 상술한 바와 같이 돌출부(21)에 의한 부위별 높이 차이가 존재하므로 내부공간 내 위치에 따라 충전물의 충전량이 달라지게 된다.

한편, 상부금형(30)은 충전물 충전 후 가형판(20)이 하부금형(10)으로부터 제거되고 나면 하부금형의 상측에 결합되어 하층 외피막 소재(4)와 충전물(5), 상층 외피막 소재(2)를 가열 압착하여 일체화시키는 동시에 제품을 성형하게 되는 금형이다.

상기 상부금형(30)의 일측에는 스팀 주입구(31)가 형성되고, 이 스팀 주입구(31)에는 스팀 공급장치(50)와의 사이에 스팀 공급관(51)이 연결된다.

또한, 스팀 공급관(51)에는 스팀이 선택적으로 공급될 수 있도록 하기 위해 스팀 공급 통로를 개폐하는 밸브(52)들이 설치될 수 있으며, 상기 스팀 공급장치(50)는 스팀을 조절된 압력과 온도로 공급할 수 있는 공지의 보일러 장치가 될 수 있다.

결국, 하부금형(10)에 하층 외피막 소재(4)를 넣은 뒤 가형판(20)을 결합하여 충전물(5)을 충전하는 충전 공정(도 1의 S15)이 끝나고 나면, 가형판(20)을 제거한 뒤(도 1의 S16), 상층 외피막 소재(2)를 충전물(5) 위에 올려지도록 하부금형(10)의 내부공간 상부에 위치시키고(S17), 이어 상부금형(30)을 하강시켜 하층 외피막 소재(4), 충전물(5), 상층 외피막 소재(2)가 가열 및 가압되도록 한다(스팀 공정을 통한 성형, S18).

이때, 상부금형(30)이 하강하여 하부금형(10)의 내부공간까지 일정 정도 삽입되어 충전물(5)을 제품에서의 두께가 되도록 압축 성형하게 되며, 상층 및 하층 외피막 소재(2,4)와 충전물(5) 간 상호 접합이 이루어지도록 소정의 공정 온도에서 가압이 이루어지도록 한다.

특히, 상부금형(30)을 결합하여 가압이 이루어지는 동안 상부금형을 통해 금형 내 성형물에 스팀 공급장치(50)가 공급하는 스팀이 주입되도록 하고, 이러한 스팀 공정을 통해 상부금형(30)의 가압이 이루어지는 동안 상층 외피막 소재(2), 충전물(5), 하층 외피막 소재(4)가 가열 압착되면서 상호 접합 및 일체화되는 동시에 제품 형상에 맞게 성형이 이루어지게 된다.

상기 상부금형(30)에서 상층 외피막 소재(2)를 접촉, 가압하게 되는 가압면은 평면이 될 수 있으며, 필요에 따라서는 가압면의 특정 부위가 돌출된 형상이 될 수도 있다.

상기와 같이 스팀 공정에 의한 제품 성형이 완료되면, 성형된 제품을 건조하고, 이어 금형으로부터 제품을 탈거하게 되는데, 제품의 건조를 위해 하부금형(20)에서 내부공간과 연통된 흡입구(12)에는 흡입관(61)이 연결되고, 이 흡입관(61)은 진공펌프(62)에 연결된다.

이에 진공펌프(62)를 구동하여 스팀 공정에서 공급된 수분을 성형물로부터 흡입, 제거하는 석션(suction) 공정을 진행하는바, 이러한 석션 공정을 통해 성형물의 건조가 이루어질 수 있도록 한다(S19).

상기와 같이 석션 공정을 포함하는 성형물 건조 과정이 끝나고 나면, 상부금형(30)을 상승시켜 금형을 열어준 뒤, 성형된 제품을 금형으로부터 탈거하게 된다(S19).

이와 같이 성형이 완료된 제품에 대해 필요한 경우 불필요한 외곽 부분 등을 커팅하여 제거하는 트리밍 공정을 진행할 수 있으며, 이러한 트리밍 공정을 거치고 나면 제품이 완성된다.

물론, 트리밍 공정은 수작업으로 이루어질 수 있지만, 불필요한 외곽 부분이 금형 상에서 커팅되도록 하는 자동 트리밍 공정으로도 진행이 가능하다.

또한, 자동 트리밍 공정을 별도의 트리밍 금형을 이용하여 수행할 수도 있으나, 상기 상부금형(30)과 하부금형(10)을 이용하여 성형과 동시에 자동 트리밍이 이루어지도록 하는 것도 가능하다.

즉, 상부금형(30)과 하부금형(10)에 커팅부(미도시)를 구비하여, 상부금형이 하강하여 하부금형과 결합될 때, 또는 성형을 위해 상부금형에 의한 가압이 이루어질 때, 상기 커팅부에 의해 성형물의 불필요한 부분이 자동 커팅되어 트리밍이 이루어지도록 하는 것이다.

또한, 상층 외피막 소재(2)와 하층 외피막 소재(4)의 사이즈를 제품의 실제 사이즈를 고려하여 트리밍이 불필요한 사이즈로 제조할 경우, 예를 들어 외피막 소재(2,4)를 제품의 실제 사이즈와 동일한 사이즈로 제조할 경우 등에 있어서는 성형 후 불필요한 외곽 부분을 커팅하는 트리밍 작업이 삭제될 수도 있다.

도 6은 가형판을 적용함에 따라 성형된 제품의 밀도가 부위별로 조절됨을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 성형된 제품을 나타낸 사시도이다.

도시된 바와 같이, 상기한 공정을 통해 하층 외피막(4')와 상층 외피막(2'), 충전물(5)이 일체화된 성형물(9)이 제조될 수 있는데, 가형판(20)을 사용하여 부위에 따라 충전량을 다르게 하면, 충전물의 충전량이 많은 부분, 즉 충전물이 높게 쌓이는 부분에서는 상부금형(30)에 의해 압착이 이루어진 상태에서 다른 부분에 비해 밀도가 상대적으로 높아지게 된다.

반면, 충전물의 충전량이 적은 부분, 즉 충전물이 상대적으로 낮게 쌓이는 부분에서는 상부금형(30)에 의해 압착이 이루어진 상태에서 밀도가 다른 부분에 비해 상대적으로 낮아지게 된다.

따라서, 전술한 바와 같이 가형판(20) 하면 또는 돌출부(21)의 높낮이를 부위별로 다르게 하면, 부위별로 충전된 충전물 상면의 높이가 다르게 되고, 이렇게 충전물의 충전 높이가 부위별로 차이가 존재하는 상태에서, 그 위에 상층 외피막 소재(2)를 얹은 뒤, 평면의 가압면을 갖는 상부금형(30)을 이용하여 상층 외피막 소재를 고르게 압착 성형할 경우, 제품의 부위에 따라 중량 및 충전물(예, PU) 밀도가 조절된 성형물을 제조할 수 있게 된다.

또한, 도 6에 나타낸 바와 같이 밀도 조절과 더불어 부위별로 다양한 두께를 가지는 성형물(10)을 제조할 수 있게 된다.

결국, 부위에 따라 원하는 특성을 나타내도록 밀도 및 중량, 두께가 조절된 제품이 제조될 수 있는 것이며, 제품이 차량의 흡음재로 사용되는 것이라면 부위별로 다른 흡음 성능을 낼 수 있는 흡음재가 제조될 수 있는 것이다.

이와 같이 NVH(noise, vibration, harshness) 성능이 취약한 부분에 사용될 경우 제품의 부위별로 밀도 등을 자유로이 조절하는 것이 가능하므로 내구성 및 NVH 성능의 향상을 도모할 수 있게 된다.

또한, 만약 가형판(20)의 하면을 돌출부 없이 평면으로 하면, 충전 후 가형판을 제거한 상태에서 충전물 상면의 높이가 일정한 높이로 평면이 되고, 이렇게 충전물의 충전 높이가 부위별 차이 없이 동일한 상태에서, 그 위에 상층 외피막 소재(2)를 얹은 뒤, 평면의 가압면을 갖는 상부금형(30)을 이용하여 상층 외피막 소재의 전체 표면을 고르게 압착하게 되면, 충전물 밀도를 부위별 차이 없이 동일하게 할 수 있다.

또한, 도 6에 나타낸 바와 같이 부위에 따라 두께가 다른 성형물을 제조함에 있어서, 두께가 다른 부위라 하더라도 충전물 밀도가 서로 동등한 수준이 되도록 제조하는 것이 가능하며, 이는 돌출부(21)가 형성된 가형판(20)을 사용함에 따라 가능하다.

즉, 두께가 두꺼운 부분에서 상대적으로 충전물이 높게 쌓이고 두께가 얇은 부분에서 상대적으로 충전물이 낮게 쌓일 수 있는 형상으로 돌출부(21)를 포함한 가형판(20)의 형상을 설계하여 제작 및 사용한다면, 상부금형(30)의 가압면이 평면이고 상층 외피막 소재(2)가 굴곡이 없는 시트 소재일 때, 상층 외피막 소재(2)의 상면이 전 면적에 걸쳐 균일하게 가압되고 난 상태에서, 두께가 두꺼운 부분과 두께가 얇은 부분에서의 충전물 밀도가 서로 동등한 수준으로 맞춰질 수 있는 것이다.

한편, 도 3은 하부금형(10)을 단일 금형으로 제작하여 사용한 예를 나타내나, 도 4는 하부금형(10)의 내부공간 내측면에 단차진 형상의 파팅부(15)를 형성한 예를 나타내는 것으로, 파팅부(15)가 형성되어 제공될 수 있도록 상측의 제1금형(13)과 하측의 제2금형(14)이 결합된 2단 금형으로 하부금형(10)을 제작한 예를 나타내고 있다.

상기 제1금형(13)과 제2금형(14)은 하부금형(10)에서 제품의 성형이 이루어지는 하나의 내부공간을 형성하도록 각각 상, 하측에 결합되는 금형으로서, 하측 금형인 제2금형(14)의 내부공간에 하층 외피막 소재(4)가 넣어지고, 상측 금형인 제1금형(13)의 상부에 가형판(20)이 결합된다.

도 3의 하부금형(10)을 이용하는 경우에서는 측면부(도 2에서 도면부호 4b임) 상단을 따라 형성된 플랜지 부분(도 2에서 도면부호 4c임)이 하부금형 상단에 걸쳐질 수 있도록 하층 외피막 소재(4)의 측면부(4b)가 높게 형성되어야 하고, 따라서 하층 외피막 소재(4)의 측면부(4b) 상단 높이가 하부금형(10)에서 충전물(5)이 주입되는 충전물 주입구(11) 높이보다 높다.

이에 충전물(5)이 충전물 주입구(11)를 통해 주입되어 하부금형(10) 내에 충전될 수 있도록 하층 외피막 소재(4)의 성형 후 측면부(4b)에 충전홀(도 2에서 도면부호 4d임)을 미리 수작업으로 뚫어주어야 한다.

또한, 하층 외피막 소재(4)의 측면부(4b) 대부분이 도 7에서와 같이 커팅하여 제거되는 불필요한 부분이므로 측면부 높이가 높을 경우 재료 손실이 많아지는 것은 물론, 과다한 측면부 높이로 인해 성형시 주름 발생 등의 문제가 나타날 수 있다.

또한, 충전홀(4d)을 통해 충전물(5)이 충전될 때 하층 외피막 소재(4)의 외측면과 하부금형(10)의 내측면 사이로 충전물이 침투하면서 성형된 제품(9)에 충전물로 인한 오염이 나타날 수 있다.

반면, 도 4의 하부금형(10)에서는 상측 금형인 제1금형(13)의 내측면과 하측 금형인 제2금형(14)의 내측면 사이에 단차를 두어, 상기 제1금형(13)의 하단이 접합되어 있는 제2금형(14)의 상단 중 일부가 단차진 형태의 파팅부(15)를 형성하도록 되어 있다.

이때, 하측 금형인 제2금형(14)의 내부공간에 하층 외피막 소재(4)가 넣어지고, 단차진 파팅부(15) 위에 하층 외피막 소재(4)의 측면부(4b) 상단의 플랜지 부분(4c)이 얹어져 걸쳐지도록 한다.
이와 같이 단차진 파팅부(15) 위에 하층 외피막 소재(4)의 측면부(4b) 상단의 플랜지 부분(4c)이 얹어져 걸쳐질 수 있으므로, 하층 외피막 소재(4)의 측면부(4b) 높이를 축소하는 것이 가능하고, 결국 재료 손실을 줄일 수 있는 동시에, 주름 발생 등의 문제가 해소될 수 있다.

또한, 상측 금형인 제1금형(13)에 충전물 주입구(11)를 위치시켜 충전물(5)이 주입되는 위치를 하층 외피막 소재(4)의 측면부(4b)보다 높은 위치가 되도록 할 수 있는바, 하층 외피막 소재의 측면부에 별도의 충전홀을 뚫어줄 필요가 없고, 상기한 충전물 침투로 인한 오염 문제가 해소될 수 있다.
즉, 도 4에 나타낸 바와 같이, 하부금형(10)을 구성하고 있는 제1금형(13)에 충전물이 주입되는 충전물 주입구(11)를 설치할 경우, 상기 충전물 주입구(11)는 제2금형(14)의 내부공간에 넣어진 하층 외피막 소재(4)의 측면부(4b) 상단보다 높은 곳에 위치하게 된다.

또한, 하층 외피막 소재(4)의 측면부(4b) 높이를 실제 제품 측면부 높이와 동일 사이즈로 할 수 있고, 상부금형(30)이 가압시 하층 외피막 소재(4)의 플랜지 부분(4c)을 커팅하는 커팅부(미도시, 플랜지 부분의 대응부위에 커팅 날 등을 구비하여 구성할 수 있음)가 구비된다면 제품 성형 후 별도의 트리밍 공정 또한 생략될 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

2 : 상층 외피막 소재
4 : 하층 외피막 소재
5 : 충전물
9 : 성형물
10 : 하부금형
20 : 가형판
21 : 돌출부
30 : 상부금형
40 : 충전장치
50 : 스팀 공급장치
60 : 진공펌프

Claims

시트(sheet)형 소재로서, 성형물의 상층 외피막으로 사용될 상층 외피막 소재와, 성형물의 하층 외피막으로 사용될 하층 외피막 소재를 준비하는 과정;
성형물의 상층 외피막과 하층 외피막 사이의 충전층을 형성하게 될 충전물을 제조하여 준비하는 과정;
하부금형의 내부공간에 하층 외피막 소재를 위치시키고, 하부금형의 상부에 상기 내부공간을 밀폐하도록 가형판을 설치한 뒤, 하층 외피막 소재와 가형판 사이에 상기 충전물을 주입하여 충전하는 과정;
상기 가형판을 제거한 후, 하부금형의 상기 충전된 충전물 위에 상층 외피막 소재를 위치시키는 과정; 및
상부금형을 하강시켜 상층 외피막 소재를 통한 가압이 이루어지도록 하여 충전물을 압축하면서 상층 외피막 소재, 충전물, 하층 외피막 소재를 가열 압착에 의해 일체화하는 성형 과정을 포함하고,
상기 하부금형의 내부공간에 노출되는 가형판 하면에는 적어도 일부에 정해진 높이의 돌출부가 형성되어 하층 외피막 소재와 가형판 사이의 충전물 충전 높이가 상기 돌출부에 의해 가형판 하면의 부위에 따라 달라지도록 하고, 상기 성형 과정 후 상기 충전물 충전 높이에 따라 충전층의 부위별 충전물 밀도가 결정되도록 하는 것을 특징으로 하는 밀도 조절이 가능한 성형물의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 상층 외피막 소재는 PET 펠트를 재단하여 제조하는 것을 특징으로 하는 밀도 조절이 가능한 성형물의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 하층 외피막 소재는 시트(sheet)를 가열한 상태로 금형에서 프레스 성형하여 하면부 및 상기 하면부의 둘레를 따라 형성된 측면부를 가지는 캡 형상의 판재로 제조하는 것을 특징으로 하는 밀도 조절이 가능한 성형물의 제조 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 하층 외피막 소재는 PET 펠트를 프레스 성형하여 제조하는 것을 특징으로 하는 밀도 조절이 가능한 성형물의 제조 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 하부금형에서 충전물이 주입되는 충전물 주입구는 하부금형의 내부공간에 넣어진 하층 외피막 소재의 측면부 상단보다 높은 곳에 위치하도록 설치하는 것을 특징으로 하는 밀도 조절이 가능한 성형물의 제조 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 하층 외피막 소재의 측면부 상단을 따라 플랜지 부분이 형성되고, 상기 하부금형의 내측면에는 상기 하층 외피막 소재의 플랜지 부분이 얹어져 걸쳐질 수 있는 단차진 형상의 파팅부를 형성하는 것을 특징으로 하는 밀도 조절이 가능한 성형물의 제조 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 하부금형은 상측의 제1금형과 하측의 제2금형이 제품의 성형이 이루어지는 하나의 내부공간을 형성하도록 결합되어 구성되고, 상기 제2금형의 내부공간에 하층 외피막 소재가 넣어지고, 상기 제1금형의 상부에 가형판이 결합되는 것을 특징으로 하는 밀도 조절이 가능한 성형물의 제조 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 하부금형에서 제1금형의 내측면과 제2금형의 내측면 사이에 단차를 두어 파팅부를 형성하는 것을 특징으로 하는 밀도 조절이 가능한 성형물의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 가형판의 돌출부는 하부금형의 내부공간으로 노출되는 가형판 하면에 돌출부의 부위에 따라 다른 높이 및 형상을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 밀도 조절이 가능한 성형물의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 상부금형에 스팀 주입구가 형성되고, 상기 성형 과정 동안 스팀 공급장치가 공급하는 스팀을 상기 스팀 주입구를 통해 주입하여 상부금형과 하부금형 사이의 성형물에 공급하는 스팀 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 밀도 조절이 가능한 성형물의 제조 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 성형 과정 후 상부금형과 하부금형 사이의 성형물을 건조한 뒤 성형물을 금형으로부터 탈거하고,
상기 성형물을 건조하는 과정은
상기 하부금형의 흡입구에 연결된 흡입관을 통해 진공펌프를 이용하여 스팀 공정에서 공급된 수분을 성형물로부터 흡입, 제거하는 석션 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀도 조절이 가능한 성형물의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 충전물은 충전물 재료와 접착용 바인더를 혼합하여 제조하고, 상기 충전물 재료로는 폴리우레탄(PU), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 및 폴리스티렌(PS) 중 하나의 발포 칩을 사용하거나 둘 이상의 발포 칩을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 밀도 조절이 가능한 성형물의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 충전물은 충전물 재료와 접착용 바인더를 혼합하여 제조하고, 상기 충전물 재료로는 폴리우레탄 발포재를 분쇄하여 얻은 폴리우레탄(PU) 칩, PET 펠트 분쇄물, 섬유 분쇄물, 폴리우레탄 단섬유, 스티로폼 알갱이, 폐섬유, 및 폐스폰지 중 하나를 사용하거나 선택된 둘 이상의 재료들을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 밀도 조절이 가능한 성형물의 제조 방법.
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
상기 접착용 바인더로는 폴리프로필렌글리콜(PPG), 톨루엔디이소시아네이트(TDI), PP 파우더, 또는 세라믹 파우더가 액체에 혼합된 액상의 점착물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 밀도 조절이 가능한 성형물의 제조 방법.
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