KR102003308B1 - 차량용 언더커버 제조장치 및 이를 이용한 차량용 언더커버 제조방법 - Google Patents

차량용 언더커버 제조장치 및 이를 이용한 차량용 언더커버 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 언더커버 제조장치 및 이를 이용한 차량용 언더커버 제조방법에 관한 것으로, 열판 및 상기 열판에 삽입된 다수의 가열봉;으로 구성된 예열장치를 포함하는 차량용 언더커버 제조장치, 및 이를 통해 제조된 우수한 물성을 가지는 차량용 언더커버를 제조하는 방법을 제공하는 것이 특징이다.

Description

차량용 언더커버 제조장치 및 이를 이용한 차량용 언더커버 제조방법{Manufacturing device of undercover for vehicle and manufacturing method of undercover for vehicle using the same}
본 발명은 열판; 및 상기 열판에 삽입된 다수의 가열봉;으로 구성된 예열장치를 포함하는 차량용 언더커버 제조장치, 및 이를 이용한 차량용 언더커버 제조방법에 관한 것이다.
차량용 언더커버는 차체의 하부에 장착한 각종 구성부품을 보호하고, 자동차의 주행시 공기와의 저항을 감소시키며, 노면으로부터의 비산물을 차단시킬 수 있는 차량용 구성품이다. 이러한 언더커버는 엔진룸 내부 부속품의 보호를 위하여 프론트 범퍼 하측 크로스멤버, 플로어부 및 연료탱크하부에 통상 장착하고 있으며, 이를 통해 차량 주행 중 기타 이물질이나 지상의 돌출물로부터 엔진부품 및 새시부품을 보호하는 동시에, 차량 저부의 공기 흐름을 원활하게 한다.
종래 차량용 언더커버는 폴리프로필렌(PP) 섬유를 재료로 하여 카딩 및 니들 펀칭하여 부직포를 제조하고 이를 가공 및 성형하는 방식에 의해 제조되었는데, 예열하는 단계에서 불규칙한 열처리에 의해 부직포를 구성하는 재료 섬유가 불규칙하게 수축되거나 과하게 수축되어 언더커버 제품의 품질을 저하시키는 문제가 있었다. 또한 예열단계에서 열처리하는 오븐의 온도를 부직포에 일정하게 전달하는 것이 어려웠고, 전달되는 열보다 공급되는 열이 훨씬 높았으며, 부직포의 모든 면에 동등하게 열을 가하기 위해 필요 이상의 열처리 시간이 낭비되었기 때문에 경제적으로 손실이 발생되었다.
도 1은 종래의 차량용 언더커버를 제조하는 장치에 대한 것을 개략적으로 나타낸 것이다. 준비된 열가소성 소재의 부직포(a)가 금형장치(c)에서 성형되기 전에 열처리장치인 오븐(b)에서 예열되는 과정이 나타나 있는데, 통상적으로 상기 열처리는 오븐(b) 공간 내에 형성된 고온의 분위기에 의해 진행되게 된다. 때문에 열전달 효율이 안 좋았으며, 원하는 열을 부직포(a)에 짧은시간 내에 전달하는 것이 어려웠다. 또한 구역별로 다른 온도를 주어 안정적으로 열처리를 하는 것이 어려웠고, 각기 다른 소재로 다층으로 형성된 부직포일 경우 차별적인 열처리를 주는 것이 불가능하다.
한국공개특허 10-2017-0076255호는 차량용 언더커버 및 그의 제조방법에 관한 것으로 폴리에스테르 섬유, 에틸렌 섬유, 저융점 섬유, 아라미드 섬유 및 폴리프로필렌 섬유 등 다층으로 구성된 언더커버를 개시하고 있으나, 250℃의 오븐 분위기에서 열처리되는 구성만 개시하고 있을 뿐이다.
결과적으로 상기와 같은 문제로 인해 최종 성형물인 언더커버의 표면상태가 불규칙하거나, 인장강도, 굴곡강도 및 굴곡탄성율 등에 있어서 고객사의 요구치를 만족시키기 어려웠다.
한국공개특허 10-2017-0076255호
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 구체적인 목적은 아래와 같다.
본 발명의 목적은 고객의 요구에 맞게 다양한 소재들로 구성된 언더커버를 안정적이고 높은 물성치를 갖도록 제조하는 방법을 제공하는 것에 있다. 또한 상기와 같이 품질이 향상된 언더커버를 안정적으로 제공할 수 있는 언더커버 제조장치를 제공할 목적을 가지고 있다.
본 발명에 따르면, 공급부 및 예열부를 포함하고, 상기 공급부는 준비된 시트층을 상기 예열부로 이송시키는 이송장치; 를 포함하고, 상기 예열부는 상기 공급부로부터 전달받은 시트층을 열처리하는 예열장치; 를 포함하고, 예열부의 상기 예열장치는 공급되는 시트층의 표면을 직접 가열하는 열판; 및 상기 열판으로 열을 전달하는 열원인 가열봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 언더커버 제조장치를 제공할 수 있다.
공급부의 상기 이송장치는 롤러, 컨베이어벨트, 지그, 로봇 암 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
공급부의 상기 이송장치를 통해 단일 시트층 또는 복수의 적층된 시트층을 공급할 수 있다.
예열장치의 상기 열판은 시트층의 상부 표면을 가열하는 상부 열판, 시트층의 하부 표면을 가열하는 하부 열판 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 예열장치는 하나 이상의 가열봉을 포함하고, 상기 가열봉은 상기 열판을 삽입 또는 관통하는 형상으로 형성되고, 상기 가열봉은 상기 열판의 면 중 상기 시트층을 마주보는 면을 제외한 모든 면 중 어느 하나 이상의 면에 삽입 또는 관통될 수 있다.
상기 열판의 면 중 어느 한 면에 형성된 상기 가열봉은 이송되는 시트층의 길이방향, 폭방향 및 이들 방향의 조합으로부터 선택된 어느 하나 이상의 방향을 따라 일정간격 이격되어 형성될 수 있다.
상기 하나 이상의 가열봉의 온도는 각 가열봉 단위당 독립적으로 조절할 수 있다.
예열장치의 상기 열판에 포함된 가열봉의 온도는 100 내지 300℃일 수 있다.
예열장치의 상기 열판의 온도는 80 내지 260℃일 수 있다.
본 발명에 따르면, 시트층의 소재가될 섬유를 준비하는 준비단계; 시트층을 형성하는 시트층 제조단계; 상기 형성된 시트층을 이송장치를 통해 공급하는 시트층 공급단계; 및 상기 공급된 시트층에 열처리를 가하는 예열단계; 를 포함하고, 상기 예열단계에서 열처리는 하나 이상의 가열봉을 포함하는 열판에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 차량용 언더커버 제조방법을 제공할 수 있다.
준비단계에서 상기 시트층의 소재로 사용될 섬유는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate) 섬유, 저융점(Low melt) 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate) 섬유, 폴리프로필렌(Polypropylene) 섬유, 폴리아미드(Polyamide) 섬유, 아라미드(Aramid) 섬유, 아크릴섬유, 탄소섬유, 금속섬유, 유리섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.
시트층 공급단계에서 단일 시트층 또는 복수의 적층된 시트층을 이송장치를 통해 공급할 수 있다.
예열단계에서 열처리된 시트층의 상부 표면, 하부 표면 또는 양 표면에 추가의 시트층을 적층할 수 있다.
예열단계에서 상기 하나 이상의 가열봉은 독립적으로 온도를 조절하여 열판으로 열을 전달하고, 상기 열판은 시트층의 길이방향(MD) 또는 폭방향(TD)을 따라 구획별로 온도를 다르게 조절하여 열처리를 수행할 수 있고, 상기 가열봉의 온도는 100 내지 300℃이고, 상기 열판의 온도는 80 내지 260℃일 수 있다.
상기 열판은 상하로 높이 조절이 가능하고, 상기 열판이 상기 시트층과 접하거나 또는 상기 시트층으로부터 일정거리 이격되어 열처리를 수행할 수 있다.
상기 열판이 상기 시트층으로부터 일정거리 이격되어 열처리를 수행할 때의 이격거리는 10 내지 100㎜일 수 있다.
예열단계에서 상기 열처리 시간은 5초 내지 90초 일 수 있다.
본 발명에 따르면 다양한 기능성 소재들이 적용된 단일층 또는 다층으로 구성된 언더커버를 제공할 수 있다. 또한 각 소재에 최적화되어 열처리를 가해줄 수 있는 예열장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면 성형 시 탄화가 발생되는 문제 및 후변형되는 문제를 개선할 수 있다.
본 발명에 따르면 언더커버의 인장강도, 굴곡강도 및 굴곡탄성율 등을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면 생산속도를 향상시켜 생산성을 높일 수 있다.
본 발명에 따르면 온도편차를 개선하고 열효율을 향상시켜 경제성을 높일 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 종래의 언더커버 제조장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 언더커버 제조장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 예열장치의 개략적인 구성을 나타낸 것이다.
도 4은 시트층의 구역별로 독립적으로 열처리를 수행하는 열판 및 가열봉을 포함하는 본 발명의 예열장치의 일 실시예를 나타낸 것이다.
도 5는 상부열판 및 하부열판에 형성된 가열봉의 형상을 나타낸 것이다.
도 6는 본 발명의 예열장치를 구성하는 열판에 관한 것으로, 열판에 삽입되어 있는 가열봉의 형상을 구분하여 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 차량용 언더커버를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 차량용 언더커버를 구성하는 시트층의 구성을 나타낸 것이다.
도 9은 본 발명의 예열장치를 통해 다층으로 구성된 시트층에 열처리를 수행하는 일 실시예를 나타낸 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.
차량용 언더커버 제조장치
도 2에는 본 발명의 차량용 언더커버 제조장치에 대한 것이 나타나 있다. 이를 참고하여 본 발명의 언더커버 제조장치 구성을 설명하겠다.
본 발명에 따른 차량용 언더커버 제조장치는 공급부(S1), 예열부(S2) 및 성형부(S3)를 포함하고, 상기 공급부(S1)는 준비된 시트층(10)을 상기 예열부(S2)로 이송시키는 이송장치(도면 생략); 를 포함하고, 상기 예열부(S2)는 상기 공급부(S1)로부터 전달받은 시트층(10)을 열처리하는 예열장치(20); 를 포함하고, 예열부(S2)의 상기 예열장치(20)는 공급되는 시트층(10)의 표면을 직접 가열하는 열판(22); 및 상기 열판으로 열을 전달하는 열원인 가열봉(21)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
공급부(S1)
공급부(S1)는 이송장치(도면 생략)를 통해 하나 이상의 시트층(10)을 공급하는 구역이다. 상기 이송장치는 롤러, 컨베이어벨트, 지그, 로봇 암 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 수단을 포함할 수 있다.
공급부(S1)에서 공급되는 시트층(10)은 단일 시트층일 수 있으며, 또는 복수의 적층된 시트층일 수 있다. 이는 최종 완성품인 언더커버의 용도 및 제조 목적에 선택할 수 있다.
상기 공급부(S1)는 공급된 시트층의 두께를 조절하거나 시트층의 표면을 정리할 필요가 있을 시트층을 압축하는 한 쌍의 가압롤러(도면 생략)를 더 포함할 수 있다.. 상기 가압롤러는 공급부(S1)와 예열부(S2) 사이에 구비되어 상하로 수직 이동하여 그 사이를 통과하는 시트층의 두께를 조절하게 된다. 이때 상기 한 쌍의 가압롤러는 필요에 따라 온도를 조절할 수 있다.
예열부(S2)
예열부(S2)는 시트층을 성형부(S3)에서 금형장치(30)로 성형하기 전에 상기 시트층을 예열장치(20)의 열판(22)으로 열처리하는 단계이다. 구체적으로 상기 열판(22)은 열원인 가열봉(21)으로부터 열을 전달받아서 일정 온도범위로 유지하며 공급부(S1)로부터 전달받은 시트층(10)의 상부 표면을 직접 가열하게 된다.
도 3에는 본 발명의 예열장치(20)에 대한 구성을 구분하여 나타내고 있다. 도 3(A)의 경우, 이송장치를 통해 전달받은 시트층(10)을 하부틀(23)에 안착시키고 시트층(10)의 상부 표면에 위치한 열판(22)을 통해 열처리를 수행하게 된다. 도 3(B)의 경우, 이송장치를 통해 전달받은 시트층(10)을 지그(도면 생략) 등의 고정수단을 통해 고정시키고 시트층(10)의 상부 표면에 위치한 열판(상부 열판)(22)과 시트층(10)의 하부 표면에 위치한 열판(하부 열판)(24)을 통해 열처리를 수행하게 된다. 이때 상기 하부 열판(24)은 상기 상부 열판(22)처럼 가열봉(21)을 포함하고 있는 것이 특징이다.
본 발명의 가열봉(21)은 외부로부터 공급된 전기에너지를 열에너지로 전환하여 상기 열판(22, 24)으로 직접 열을 전달하는 역할을 한다.
상기 가열봉(21)은 하나 이상이 상기 열판(22, 24)에 포함될 수 있으며, 이때 각각의 가열봉(21)들은 독립적으로 열판에 형성되어 각기 다른 온도의 열을 열판(22, 24)으로 전달하는 것이 가능하다. 상기 가열봉(21)으로부터 열을 전달 받은 상기 상부 열판(22) 또는 상기 하부 열판(24)은 그 사이를 통과하여 이송되는 시트층을 구획별로 열처리하는 것이 특징이다.
도 4에는 예열부(S2)의 열판(22)을 시트층(10)이 통과하며 열처리되는 과정을 나타낸 것이다. 도 5의 열판(22)에는 가열봉(21)이 열판(22)에 각각 3행 3열로, 각 열판마다 9개의 가열봉(21)이 삽입되어 있는 형태를 예로 들었다.
도 4(A)의 경우 9개의 가열봉(21)중 제1행에 속하는 3개의 가열봉(21)이 시트층(10)의 제1구역(A1)을 열처리하고, 제2행에 속하는 3개의 가열봉(21)이 시트층(10)의 제2구역(A2)을 열처리하고, 제3행에 속하는 3개의 가열봉(21)이 시트층(10)의 제3구역(A3)을 열처리하게 된다. 즉, 이송되는 시트층(10)의 폭방향(Transverse Direction, CD방향)을 따라 상이한 온도로 열처리를 하는 것이 가능하다.
도 4(B)의 경우 9개의 가열봉(21)중 제1열에 속하는 3개의 가열봉(21)이 시트층(10)의 제1구역(A1)을 열처리하고, 제2열에 속하는 3개의 가열봉(21)이 시트층(10)의 제2구역(A2)을 열처리하고, 제3열에 속하는 3개의 가열봉(21)이 시트층(10)의 제3구역(A3)을 열처리하게 된다. 즉, 이송되는 시트층(10)의 길이방향(Machine Direction, MD방향)을 따라 상이한 온도로 열처리를 하는 것이 가능하다.
본 발명의 가열봉(21) 온도는 100~300℃ 이다. 상기 가열봉을 통해 열을 전달받은 열판(22, 24)의 온도는 80 내지 260℃이다. 바람직하게 150 내지 230℃이다. 이때 상기 열판(22, 24)의 온도가 80℃ 미만이면 시트층(10)의 열처리가 제대로 이루어지지 않게되어 성형성이 떨어지게되고, 260℃ 초과하면 시트층(10)의 표면에 탄화가 일어나고 표면의 질이 떨어지게되는 문제가 발생한다.
본 발명의 열판(22, 24)의 소재는 탄소 함량이 0.10% 내지 0.60%인 탄소강을 사용할 수 있다. 바람직하게 탄소 함량이 0.30% 내지 0.55%인 탄소강을 사용할 수 있다. 또한 상기 가열봉(21)의 소재는 주철 또는 스테인리스강이다. 바람직하게 회주철 또는 오스테나이트계 스테인리스강이다. 더욱 바람직하게 회주철을 사용한다. 하지만 상기 열판(22, 24) 및 상기 가열봉(21)은 상기의 종류로 한정되는 것은 아니며, 시트층으로 원활히 열을 전달할 수 있으면서 적당한 강도 및 경제성을 가진다면 얼마든지 대체할 수 있다.
도 5에는 본 발명의 열판(22) 및 가열봉(21)의 형상이 나타나있다.
도 5(A)의 경우 열판(22)의 내부로 가열봉(21)이 삽입되는 형태가 나타나 있다. 이때 상기 가열봉(21)의 부분 중 상기 열판(22) 내부로 삽입된 부분(21')에 의해 열이 전달된다.
도 5(B)의 경우 열판(22)의 내부로 가열봉(21)이 관통되는 형태가 나타나 있다. 이때 상기 가열봉(21)의 부분 중 상기 열판(22) 내부로 관통된 부분(21')에 의해 열이 전달된다.
상기 가열봉(21)은 상기 열판(22)의 면 중 시트층을 마주보는 면(상부 열판의 하측부분 및 하부 열판의 상측부분)을 제외한 모든 면 중 어느 하나 이상의 면에 삽입 또는 관통되는 형상으로 형성되는 것이 특징이다.
도 6에는 본 발명의 열판(22, 24)에 다양한 방식으로 삽입 및 관통되어 있는 가열봉(21)의 형상이 나타나 있다.
도 6(a)는 가열봉(21)이 상부 열판(22)의 상부면에 수직방향으로 삽입되어 있다.
도 6(b)는 가열봉(21)이 상부 열판(22)의 상부면에 수직방향으로 하나 이상이 삽입되어 있고, 이들 하나 이상의 가열봉(21)은 시트층(10)의 이송방향인 MD방향을 따라 일정 간격 이격되어 형성되어 있다.
도 6(c)는 가열봉(21)이 상부 열판(22)의 측면에 시트층(10) 이송방향과 평행한 방향으로 관통되어 형성되어 있다.
도 6(d)는 다수의 가열봉(21)이 상부 열판(22)의 측면에 시트층(10) 이송방향과 평행한 방향으로 일정 간격 이격되어 관통되어 형성되어 있다.
도 6(e)는 다수의 가열봉(21)이 상부 열판(22)의 측면에 시트층(10) 이송방향과 수직한 방향으로 일정 간격 이격되어 관통되어 형성되어 있다.
도 6(f)는 다수의 가열봉(21)이 상부 열판(22)의 상부면에 수직방향으로 하나 이상이 일정 간격 이격되어 삽입되어 있고, 하부 열판(24)의 측면에 시트층(10) 이송방향과 평행한 방향으로 일정 간격 이격되어 관통되어 형성되어 있다.
도 6(g)는 다수의 가열봉(21)이 상부 열판(22)의 상부면에 수직방향으로 하나 이상이 삽입되어 있고, 이들 하나 이상의 가열봉(21)은 시트층(10)의 이송방향과 수직인 CD방향을 따라 일정 간격 이격되어 형성되어 있다.
도 6(h)는 다수의 가열봉(21)이 상부 열판(22)의 상부면에 수직방향으로 하나 이상이 삽입되어 있고, 이들 하나 이상의 가열봉(21)은 3행 3열 형식으로 일정 간격 이격되어 형성되어 있다.
상기 도 6에 나타나 있는 열판(22, 24) 및 가열봉(21)의 형상으로 본 발명의 구성이 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 본 발명의 특징을 벗어나지 않는 범위안에서 상기 가열봉(21)의 개수와 위치를 변경할 수 있다.
본 발명의 상부 열판(22)은 상하로 자유롭게 높이를 조절하는 것이 특징이다. 상기 상부 열판(22)의 높이를 조절하여 이송되는 시트층(10)과의 거리를 조절할 수 있다.
본 발명의 열판(22, 24)은 이송되는 시트층(10)에 접촉하여 열처리를 할 수 있고, 또는 이송되는 시트층(10)으로부터 일정 간격 떨어져서 열처리를 수행할 수 있다.
상기 열판(22, 24)과 시트층(10)이 접촉될 때는 상부 열판(22) 또는 하부 열판(24)이 시트층(10)의 상부 및 하부에서 압력을 가하여 시트층(10)을 누르는 불연속 열처리 공정이 수행될 수 있고, 상부 열판(22) 또는 하부 열판(24)이 이송되는 시트층(10)의 상부 표면 또는 하부 표면에 접촉된 상태로 정지하여 열처리를 하는 연속 열처리 공정이 수행될 수 있다. 이때 상기 열판(22, 24) 중 하부 열판(24)은 하부틀(23)로 대체할 수 있다.
상기 열판(22, 24)과 시트층(10)이 일정 간격 떨어져서 열처리를 수행할 때의 시트층(10)으로부터 이격거리는 10 내지 100㎜일 수 있다. 이때 열원인 가열봉(21)이 상부 열판(22)에만 형성되어 있을 경우, 시트층(10)은 하부틀(23) 상에 안착되어 있는 형상이며, 상부 열판(22)은 시트층(10)으로부터 10 내지 100㎜의 이격거리를 갖게된다.
상기의 불연속 열처리 공정 및 연속 열처리 공정은 이송되는 시트층의 종류 및 제조하는 성형물의 제조 목적에 따라 변경될 수 있다.
성형부(S3)
성형부(S3)는 예열부(S2)로부터 전달받은 시트층(10)을 금형장치(30)를 통해 시트층(10)의 상부 및 하부에서 가압하여 성형물을 제조하게 된다. 이때 금형장치는 최종 성형물의 모양을 본떠 만든 성형틀을 포함하게 된다. 또한 상기 성형부(S3)에서는 피어싱, 노칭, 절곡 또는 절단 작업 등이 수행될 수 있다.
상기 금형장치(30)의 온도는 25℃ 이하로 유지되며, 바람직하게 18℃ 이하이다.
차량용 언더커버의 제조방법
본 발명에 따른 차량용 언더커버의 제조방법은 시트층의 소재가될 섬유를 준비하는 준비단계; 시트층을 형성하는 시트층 제조단계; 상기 형성된 시트층을 이송장치를 통해 공급하는 시트층 공급단계; 및 상기 공급된 시트층에 열처리를 가하는 예열단계; 를 포함하고, 상기 예열단계에서 열처리는 하나 이상의 가열봉을 포함하는 열판에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
도 7에는 본 발명의 차량용 언더커버의 제조 과정에 대한 것이 개략적으로 나타나 있다. 이를 참조 하여 본 발명의 차량용 언더커버의 제조방법을 설명겠다.
준비단계
시트층의 소재로 사용될 섬유를 준비하는 단계이다. 상기 섬유는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate) 섬유, 저융점(Low melt) 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate) 섬유, 폴리프로필렌(Polypropylene) 섬유, 폴리아미드(Polyamide) 섬유, 폴리이미드(Polyimid) 섬유, 아크릴섬유, 탄소섬유, 금속섬유, 유리섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이다. 바람직하게 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유, 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이다.
상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유는 6데니아 내지 20데니아인 것이 바람직하며, 인장강도는 4.5g/d 이상인 것이 바람직하다.
상기 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유는 4데니아 내지 6데니아인 것이 바람직하며, 인장강도는 3.5g/d 이상인 것이 바람직하다.
상기 섬도 및 인장강도의 조건을 만족하지 못할 경우 최종 제조품인 언더커버가 원하는 인장강도, 굴곡강도 및 굴곡탄성율을 갖지 못하게 된다.
상기 섬유는 단섬유, 장섬유, 필라멘트사 또는 이들의 혼합물 형태일 수 있다.
상기 시트층의 소재로 사용될 섬유는 단섬 또는 혼섬의 형태이다. 이때 상기 혼섬은 에어블로잉(Air-Blowing) 공법으로 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
제조단계
준비된 섬유를 카딩하고 니들펀칭하여 시트층을 형성하는 단계이다. 이 단계에서 섬유를 카딩하여 일정한 형태를 부여하여 섬유의 방향이 일정한 얇은 막 형태의 섬유웹을 제조하게 되고, 상기 얇은 막 형태의 섬유웹을 대차왕복운동으로 적층한 후 적층된 섬유웹들을 니들펀칭 공정으로 결합시키는 공정이 수행되게 된다. 이러한 니들펀칭 공정은 섬유간의 결속력 및 적층된 섬유웹들의 결속력을 증가시켜 본 발명의 차량용 언더커버의 기계적 물성을 향상시키게 된다. 상기 카딩 및 니들펀칭은 2회 이상 반복 수행될 수 있다.
상기 섬유웹을 제조하는 방법은 이에 한정되는 것은 아니며, 에어레이트, 습식법, 스펀본드(멜트블로운, 플래시 방사) 등의 방법을 통해 제조할 수 있다.
상기 섬유는 단섬 또는 혼섬의 형태로 카딩될 수 있다. 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유와 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유를 카딩하고 니들펀칭하여 시트층을 형성할 수 있다. 이때 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유와 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유를 원료단계에서 카딩시에 혼섬하여도 좋고, 카딩후 각각의 웹을 서로 적층하여 혼섬하여도 좋다.
상기 니들펀칭은 RPM 500~1200RPM이며, 500RPM 미만에서는 각 펠트층간의 박리문제가 발생하며, 1200RPM을 초과하는 경우에는 니들의 손상에 의한 작업성 저하의 문제점이 발생하므로 상기와 같은 RPM조건에서 니들펀칭하여 구성섬유를 결속시켜 시트층을 형성한다.
본 발명의 시트층은 섬유웹이 적층되어 형성된 부직포 형상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 격자식의 수지함침 그리드층 형상을 포함할 수 있다. 이는 나일론 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유의 에어텍스쳐사를 원사로 하여 레노 조직으로 경위사 밀도 4T~30T로 그리드를 제직한 후, 상기 그리드에 아크릴, PVA 중 어느 하나의 수지를 함침하고 건조시켜 제조할 수 있다.
본 발명의 시트층은 발수코팅액에 의해 함침하여 발수 특징을 가질 수 있다.
공급단계(P1)
공급단계(P1)에서는 준비된 시트층을 이송장치를 통해 공급하게 된다. 상기 시트층은 하나의 단층을 형성할 수 있고, 또는 하나 이상의 시트층이 다층을 형성할 수 있다. 이때 상기 하나 이상의 시트층은 적층되는 형상으로 다층의 시트층을 형성하게 된다.
도 8는 단층 또는 다층으로 형성된 시트층의 일실시예를 나타낸 것이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 공급단계(P1)에서 공급되는 시트층은 제1 시트층(10)이 단층으로 구성될 수 있고, 제1 시트층(10) 및 제2 시트층(11)이 적층되어 형성된 다층 구성일 수 있고, 제1 시트층(10), 제2 시트층(11) 및 제3 시트층(13)이 적층되어 형성된 다층 구성이 있을 수 있다. 또한 상기 3개의 층으로 구성된 다층의 시트층의 상부 및 하부면에 추가의 시트층(13)이 적층되어 5개의 층을 형성할 수 있다.
상기 다층으로 형성된 시트층은 필요에 따라 한 쌍의 가압롤러에 의해 압착될 수 있다.
압착단계
압착단계에서는 공급단계(P1)에서 공급된 시트층을 시트층의 상측 및 하측에 각각 구비된 한 쌍의 가압롤러에 의해 압력을 받아 압착되게 된다. 이때 상기 압착에 의해 시트층의 두께를 조절함과 동시에 표면을 정리할 수 있다.
상기 압착단계 이후에 압착된 시트층의 상단, 하단 또는 양단에 추가의 시트층을 공급하여 적층할 수 있다.
본 발명에 있어서 압착단계는 필요에 의해 배제될 수 있다.
예열단계(P2)
예열단계(P2)는 상기 공급단계(P1) 또는 압착단계에서 전달받은 시트층에 열처리를 가하는 단계로 상기 열처리는 하나 이상의 가열봉을 포함하는 열판에 의해 수행되는 것이 특징이다.
상기 열판은 시트층의 상부에 구비된 상부열판; 및 시트층의 하부에 구비된 하부열판; 을 포함하고, 상기 하나 이상의 가열봉은 독립적으로 온도를 조절하여 열판으로 열을 전달 할 수 있다. 상기 열판은 시트층의 길이방향(MD) 또는 폭방향(TD)을 따라 구획별로 온도를 다르게 조절하여 열처리를 수행할 수 있다. 이때 상기 가열봉의 온도는 100 내지 300℃이고, 상기 열원인 가열봉으로부터 열을 전달받은 부위의 열판의 온도는 80 내지 260℃이다. 바람직하게 상기 열판의 온도는 150℃ 내지 230℃이다.
본 발명은 상기 시트층의 구획중 열처리되는 온도를 차등 적용하여 효율적으로 열처리를 할 수 있는 것이 특징이다. 또한 예열단계(P2) 후 성형단계(P3)에서 성형틀에 의해 변형이 크게 되는 시트층의 부분을 변형이 작게 되는 부분과 다른 열처리 온도를 적용하여 성형물의 품질을 향상시킬 수 있다.
예열단계(P2)에서 상기 상부열판 및 하부열판의 높이를 조절하는 것이 가능한데, 상기 상부열판 및 하부열판이 시트층에 접촉하여 열처리를 수행할 수 있고 또는 상기 상부열판 및 하부열판이 이송되는 시트층으로부터 일정거리 이격되어 열처리를 수행할 수 있다. 이때 시트층에 접촉하여 열처를 수행할 경우, 상부열판 및 하부열판이 시트층의 상부 및 하부에서 압력을 가하여 누르는 불연속 열처리 공정이 수행될 수 있고, 상부열판 또는 하부열판이 시트층의 상부 표면 또는 하부 표면에 접촉된 상태로 정지하여 열처리를 하는 연속 열처리 공정이 수행될 수 있다. 이때 상기 하부열판은 가열봉을 포함하지 않고 시트층을 지지할 목적으로 사용되는 하부틀로 대체될 수 있다.
상기 상부열판 및 하부열판이 시트층으로부터 일정거리 이격되어 열처리를 수행할 때의 이격거리는 10 내지 100㎜이다. 이때 열원인 가열봉이 상부 열판에만 형성되어 있을 경우, 시트층은 하부틀 상에 접촉되어 지지되어 있고, 상부 열판은 시트층으로부터 10 내지 100㎜의 이격거리를 유지하여 열처리가 수행될 수 있다.
본 발명의 예열장치를 통해 시트층을 열처리하는 시간은 5초 내지 90초이다. 이때 5초 미만의 시간으로 열처리를 할 경우, 시트층의 성형성이 떨어질 수 있으며, 90초 초과할 경우 시트층의 표면이 탄화되거나, 품질이 저하될 수 있다. 하지만 상기의 열처리시간은 열처리되는 시트층의 소재 및 열처리온도에 따라 조절할 수 있다.
성형단계(P3)
성형단계(P3)는 예열단계(P2)에서 열처리된 시트층을 금형장치를 통해 가압하여 성형물을 제조하는 단계이다. 이때 압력은 1bar 내지 110bar, 금형장치의 온도는 25℃ 이하이다. 바람직하게 압력은 50bar 내지 100bar이고, 온도는 18℃ 이하이다. 성형단계(P3)에서 제조된 성형물은 차량용 언더커버이며, 이는 차량의 엔진 하단부, 플로어 하단부 및 스페어 타이어 하단부 등에 장착될 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
7데니아 및 인장강도 4.5g/d의 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유와 5데니아 및 인장강도 3.5g/d의 저융점 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 혼섬 후, 카딩하고 680RPM으로 니들펀칭하여 시트층을 제조하였다. 상기 준비된 시트층을 하부틀에 안착시키고 온도 200℃의 상부열판으로 압착하여 60초 동안 열처리를 하였다. 그 후 온도 18℃의 금형장치를 이용하여 차량용 언더커버를 완성하였다. (가열봉의 소재는 SUS304으로 하고 열판의 소재는 S45C를 적용하였다.)
비교예 1
상기 실시예 1에서 열처리는 약 200℃의 오븐에서 수행된 것을 제외하고 모든 조건을 동일하게 하여 차량용 언더커버를 완성하였다.
상기 실시예1 및 비교예1 에서 제조된 언더커버의 특성을 하기의 표 1와 같이 정리하였다.
구분 비교예1 실시예1
제품중량(g) 1,200 1,200
인장강도(MPa) MD방향: 1343/ TD방향: 1656 MD방향: 1867/ TD방향: 2115
굴곡강도(N) MD방향: 12/ TD방향: 14 MD방향: 22/ TD방향: 23
굴곡탄성율(MPa) MD방향: 464/ TD방향: 570 MD방향: 1186/ TD방향: 1206
원단수축율(%) 18 3
표면상태 표면거침(엠보 현상) 표면상태 양호
전력사용량(kw/hr) 242 75
*ASTM D638 규격에 따른 인장시험, 굴곡 탄성율 시험, 굴곡강도시험을 실시하였다.
상기 표 1의 결과를 보면 본 발명의 언더커버가 비교예 1의 언더커버 보다 인장강도, 굴곡강도 및 굴곡탄성율이 상승했음을 알 수 있다. 또한, MD방향 및 TD방향에 따른 각 물성의 차이에 있어서 본 발명의 경우 비교예1 보다 적음을 알 수 있는데, 이로써 본 발명의 공정을 통해 제조된 언더커버는 모든 부위 및 방향성에서 균일한 물성을 갖게됨을 확인할 수 있다. 비교예 1의 경우 오븐을 통해 충분한 열처리가 수행되지 않아 실시예 1의 언더커버보다 전체적으로 저하된 물성을 나타내고 있음을 알 수 있다.
또한 본 발명의 열처리 공정을 거친 언더커버의 원단수축율이 비교예1과 비교하여 월등히 향상되었음을 확인할 수 있고, 표면에 엠보 현상이 거의 발견되지 않아 고품질의 언더커버를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
또한 비교예1의 경우 전력사용량이 실시예1과 비교하여 상대적으로 높게 나왔음을 알 수 있고, 이것으로 기존의 오븐을 통해 열처리 공정을 수행하는 것 보다 본 발명의 열처리 공정이 경제성면에서 우수함을 확인할 수 있다.
a: 부직포(시트층) S1: 공급부
b: 오븐 S2: 예열부
c: 금형장치 S3: 성형부
10: 시트층(제1 시트층) P1: 시트층이르 공급하는 공급단계
11: 시트층(제2 시트층) P2: 예열장치로 시트층을 열처리하는 예열단계
12: 시트층(제3 시트층) P3: 열처리된 시트층을 성형하는 성형단계
13: 시트층(제4 시트층)
20: 예열장치
21: 가열봉
21': 열판 내부에 삽입된 가열봉 부분
22: 열판(상부 열판)
23: 하부틀
24: 열판(하부 열판)
30: 금형장치

Claims (17)

  1. 공급부 및 예열부를 포함하고,
    상기 공급부는 준비된 시트층을 상기 예열부로 이송시키는 이송장치; 를 포함하고,
    상기 예열부는 상기 공급부로부터 전달받은 시트층을 열처리하는 예열장치; 를 포함하고,
    예열부의 상기 예열장치는 공급되는 시트층의 표면을 직접 가열하는 열판; 및
    상기 열판으로 열을 전달하는 열원인 하나 이상의 가열봉을 포함하고,
    상기 하나 이상의 가열봉은 독립적으로 온도를 조절하여 열판으로 열을 전달하고,
    상기 열판은 시트층의 길이방향(MD) 또는 폭방향(TD)을 따라 구획별로 온도를 다르게 조절하여 열처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 언더커버 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    공급부의 상기 이송장치는 롤러, 컨베이어벨트, 지그, 로봇 암 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 언더커버 제조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    공급부의 상기 이송장치를 통해 단일 시트층 또는 복수의 적층된 시트층을 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 언더커버 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    예열장치의 상기 열판은 시트층의 상부 표면을 가열하는 상부 열판, 시트층의 하부 표면을 가열하는 하부 열판 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 언더커버 제조장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가열봉은 상기 열판을 삽입 또는 관통하는 형상으로 형성되고,
    상기 가열봉은 상기 열판의 면 중 상기 시트층을 마주보는 면을 제외한 모든 면 중 어느 하나 이상의 면에 삽입 또는 관통되는 것을 특징으로 하는 차량용 언더커버 제조장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열판의 면 중 어느 한 면에 형성된 상기 가열봉은 이송되는 시트층의 길이방향, 폭방향 및 이들 방향의 조합으로부터 선택된 어느 하나 이상의 방향을 따라 일정간격 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 언더커버 제조장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    예열장치의 상기 열판에 포함된 가열봉의 온도는 100 내지 300℃ 인 것을 특징으로 하는 차량용 언더커버 제조장치.
  9. 제1항에 있어서,
    예열장치의 상기 열판의 온도는 80 내지 260℃ 인 것을 특징으로 하는 차량용 언더커버 제조장치.
  10. 시트층의 소재가될 섬유를 준비하는 준비단계;
    시트층을 형성하는 시트층 제조단계;
    상기 형성된 시트층을 이송장치를 통해 공급하는 시트층 공급단계; 및
    상기 공급된 시트층에 열처리를 가하는 예열단계; 를 포함하고,
    상기 예열단계에서 열처리는 하나 이상의 가열봉을 포함하는 열판에 의해 수행되고,
    상기 하나 이상의 가열봉은 독립적으로 온도를 조절하여 열판으로 열을 전달하고,
    상기 열판은 시트층의 길이방향(MD) 또는 폭방향(TD)을 따라 구획별로 온도를 다르게 조절하여 열처리를 수행할 수 있고,
    상기 가열봉의 온도는 100 내지 300℃ 이고,
    상기 열판의 온도는 80 내지 260℃ 인 것을 특징으로 하는 차량용 언더커버 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    준비단계에서 상기 시트층의 소재로 사용될 섬유는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate) 섬유, 저융점(Low melt) 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate) 섬유, 폴리프로필렌(Polypropylene) 섬유, 폴리아미드(Polyamide) 섬유, 아라미드(Aramid) 섬유, 아크릴섬유, 탄소섬유, 금속섬유, 유리섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 차량용 언더커버 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    시트층 공급단계에서 단일 시트층 또는 복수의 적층된 시트층을 이송장치를 통해 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 언더커버 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    예열단계에서 열처리된 시트층의 상부 표면, 하부 표면 또는 양 표면에 추가의 시트층을 적층하는 것을 특징으로 하는 차량용 언더커버 제조방법.
  14. 삭제
  15. 제10항에 있어서,
    상기 열판은 상하로 높이 조절이 가능하고,
    상기 열판이 상기 시트층과 접하거나 또는 상기 시트층으로부터 일정거리 이격되어 열처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 언더커버 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 열판이 상기 시트층으로부터 일정거리 이격되어 열처리를 수행할 때의 이격거리는 10 내지 100㎜인 것을 특징으로 하는 차량용 언더커버 제조방법.
  17. 제10항에 있어서,
    예열단계에서 상기 열처리 시간은 5 내지 90초인 것을 특징으로 하는 차량용 언더커버 제조방법.
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