KR102338005B1 - 자동차용 언더커버의 제조방법 및 그 언더커버 - Google Patents

자동차용 언더커버의 제조방법 및 그 언더커버 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차용 언더커버의 제조방법 및 그 언더커버에 관한 것으로서 보다 상세하게는 작업자의 신체접촉에 의해 피부가 베이는 것이 방지되면서 흡음 및 차음 효과와 과속방지용 턱에 부딪혀 커버가 파손되는 것을 방지하도록 충격흡수가 향상되도록 한 자동차용 언더커버의 제조방법 및 그 언더커버에 관한 것인바, 본 발명은 자동차용 언더커버의 제조방법에 있어서, 우레탄폼의 상부에는 마 단섬유와 PP단섬유로 이루어진 웹이 적층되며 상기 웹의 상부쪽에는 PP필름이 적층되어 상층적층체를 형성시키고 니들펀칭하여 접합시키는 상층제조공정과; 상·하의 PET부직포 사이에 마 단섬유와 PP단섬유 및 탄소섬유로 이루어진 웹이 적층하여 중층적층체를 형성시키고 니들펀칭하여 접합시키는 중층제조공정과; 마 단섬유와 PP단섬유로 이루어진 웹의 하부에 HDPE필름과 PP필름을 적층하여 하층적층체를 형성시키고 니들펀칭하여 접합시키는 하층제조공정과; 상기 상층적층체와 중층적층체 및 하층적층체를 순차적으로 접층하여 니들펀칭으로 결합시킨 후 가열 압착하는 것에 그 특징이 있다.

Description

자동차용 언더커버의 제조방법 및 그 언더커버{Undercover for automobile and Preparing Method thereof}
본 발명은 자동차용 언더커버의 제조방법 및 그 언더커버에 관한 것으로서 보다 상세하게는 작업자의 신체접촉에 의해 피부가 베이는 것을 방지되면서 흡음 및 차음 효과와 과속방지용 턱에 부딪혀 커버가 파손되는 것과 돌이 튀어 휠가드가 파손되는 것을 방지하도록 충격흡수가 향상되도록 한 자동차용 언더커버의 제조방법 및 그 언더커버에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 언더커버는 차량의 하단면에 취부되어 엔진을 비롯한 차량의 하부에 구비한 각종 구성부품을 보호하면서 엔진에서 발생되는 소음의 전파를 방지하고 자동차 주행중 노면에서의 돌멩이, 물, 오염물질 등의 이물질이 차량으로 튀거나 묻는 것을 방지하는 것이다.
이러한 언더커버는 돌멩이와 같은 이물질이 차량으로 자주 튀어 오르기도 하고, 둔덕이나 언덕을 지날 때 언더커버가 취부되는 차량 하단면이 마찰되기 때문에 엔진룸 내의 엔진이나 트랜스미션 등과 같은 파워트레인 부품에 치명적인 손상을 야기시키기 때문에 차량 하단면에 취부되는 언더커버는 높은 강도를 요구하고 있어 폴리프로필렌수지에 유리섬유를 혼합한 열가소성 복합재료가 주로 이용되고 있다.
이러한 열가소성 복합재료는 경량성 및 강성이 우수하여 차량 언더커버, 범퍼, 시트프레임 등과 같은 차량의 구조용 부품에 사용되고 있는데, 이러한 열가소성 복합재료로서 널리 사용되고 있는 예로는, 유리섬유매트 열가소성 복합재(Glass Mat Thermoplastic, 이하 'GMT'라 함), 장섬유 강화 복합재(Long Fiber-Reinforced Thermoplastic, 이하 'LFT'라 함)가 있다. 이러한 GMT에 관한 기술은 스위스의 쿼드란트(Quadrant)나 미국의 아즈델(Azdel)사의 특허에 의해 잘 알려져 있으며, LFT에 관한 기술은 독일의 디펜바하(Dieffenbacher)나 미국의 씨피아이(CPI) 특허에 의해 잘 알려져 있다.
도 1은 일반적인 유리섬유매트 열가소성 복합재(GMT) 시트의 제조공정을 나타낸 개략도로서, 도면에 도시된 바와 같이 복합재 시트(14)는 연속섬유 위에 유리섬유를 뿌린 다음, 니들링을 통해 유리섬유매트(13)로 권취시키는 단계와 압출기(1)에 폴리프로필렌수지(11)와 첨가제(12)를 첨가한 후 이를 압출기(1)에 의해 가열, 압출하되 티다이(2)를 통과시켜 판상의 필름형태로 적층되도록 하는 단계와 2개의 유리섬유매트(13)를 언와이딩(Unwinding)하여 압출기(1)로부터 압출되는 폴리프로필렌수지층(11) 사이에 배치되도록 적층하는 단계와 적층된 소재를 더블벨트프레스기(3)를 사용하여 열과 압력을 가하면서 연속가공하는 단계와 더블벨트프레스 가공된 판상의 소재를 절단기(4)를 사용하여 소정 크기로 절단하는 단계를 거쳐 제조된다. 이렇게 절단된 복합재 시트(14)는 적층기(5)에 적층되며, 이후 오븐(미도시)에서 가열되어 프레스 성형된다.
이러한 GMT는 유리섬유매트와 수지층이 수개의 층으로 적층되어 있으며 부분적으로 단방향 보강이 가능한 특징이 있다. 그러나 GMT는 유동성을 이용한 프레스 성형법을 사용하는 공정의 특성상 유리섬유매트를 직조되지 않은(Non- Woven) 형태로 사용하여야 하는 등 강성향상에 제약이 있다. 경우에 따라서는 GMT의 강성을 향상시키기 위하여 제품성형을 위한 GMT 프레스 가공시 보강용 시트를 GMT에 적층한 후 함께 성형하는 방법을 사용하기도 하나, 이 경우 GMT의 유동성이 저하되고 프레스에 의한 성형이 어려워질 뿐만 아니라 보강재의 적층이 어렵고 박리현상이 발생되는 문제점이 있다.
또한, 보강재와 GMT의 결합력은 온도와 압력에 의해 좌우된다고 볼 수 있는데, 프레스 성형시 보강재를 별도로 투입할 경우 GMT의 온도를 낮추게 되어 박리현상이 발생되며, 보강재와 GMT가 프레스의 압력만으로 결합되므로 그 결합력이 약할 수 밖에 없으며, 강성은 우수하나 외부충격에 쉽게 파손 및 작업자가 자동차의 하부작업도중 신체접촉시 언더커버에 의해 베이는 문제점 등이 있고, 더불어 차음 효과는 있으나 흡음 효과는 크게 떨어지는 문제가 있다.
대한민국 특허공개 제2013-0043271호. 대한민국 특허공개 제2017-0014074호. 대한민국 특허등록 제1756303호.
상기한 종래 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 웹이 다층으로 적층되어 흡음의 효과가 향상되고 또한 충격흡수가 증대되어 외부 충격에도 파손이 쉽게 일어나지 않으며, 성형성이 우수하며 작업자의 신체가 접촉되더라도 베이지 않는 등의 이점이 있는 자동차용 언더커버의 제조방법 및 그 언더커버를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 자동차용 언더커버의 제조방법에 있어서, 우레탄폼의 상부에는 마 단섬유와 PP단섬유로 이루어진 웹이 적층되며 상기 웹의 상부쪽에는 PP필름이 적층되어 상층적층체를 형성시키고 니들펀칭하여 임시 접합시키는 상층제조공정과; 상·하의 PET부직포 사이에 마 단섬유와 PP단섬유 및 탄소섬유로 이루어진 웹이 적층하여 중층적층체를 형성시키고 니들펀칭하여 임시 접합시키는 중층제조공정과; 마 단섬유와 PP단섬유로 이루어진 웹의 하부에 HDPE필름과 PP필름을 적층하여 하층적층체를 형성시키고 니들펀칭하여 임시 접합시키는 하층제조공정과; 상기 상층적층체와 중층적층체 및 하층적층체를 순차적으로 접층하여 니들펀칭으로 결합시킨 후 가열 압착하는 합지공정에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 자동차용 언더커버의 제조방법에 의하여 달성된다.
상기 제조방법에 의하여 구현되는 본 발명의 언더커버는 자동차용 언더커버에 있어서, 우레탄폼의 상부에는 마 단섬유와 PP단섬유로 이루어진 웹이 적층되며 상기 웹의 상부쪽에는 PP필름이 적층되어 니들펀칭된 상층적층체와 상·하의 PET부직포 사이에 마 단섬유와 PP단섬유 및 탄소섬유로 이루어진 웹이 적층하고 니들펀칭하여 임시 접합시키는 중층적층체와 마 단섬유와 PP단섬유로 이루어진 웹의 하부에 HDPE필름과 PP필름을 적층하고 니들펀칭하여 임시 접합시킨 하층적층체와 상기 상층적층체와 중층적층체 및 하층적층체를 순차적으로 접층하여 니들펀칭으로 결합시킨 후 가열 압착하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 언더커버에 의하여 달성된다.
상기 중층적층체를 형성시키기 위한 PET부직포는 다수의 통공이 형성된 타공부직포인 것을 특징으로 하는 자동차용 언더커버에 의하여 달성된다.
상기 상층적층체는 우레탄폼은 50g, 웹은 마 단섬유 325g와 PP단섬유 325g로 이루어지고, PP필름은 100g인 것을 특징으로 하는 자동차용 언더커버에 의하여 달성된다.
상기 중층적층체는 상·하의 100g PET부직포 사이에 마 단섬유 300g, PP단섬유 300g, 탄소섬유 200g으로 이루어진 웹인 것을 특징으로 하는 자동차용 언더커버에 의하여 달성된다.
상기 하층적층체는 마 단섬유 325g, PP단섬유 325g으로 이루어진 웹의 하부에 50g HDPE필름과 100g의 PP필름을 적층하여 이루어진 웹인 것을 특징으로 하는 자동차용 언더커버에 의하여 달성된다.
이와 같은 본 발명은 웹이 다층으로 적층되어 흡음의 효과가 향상되고 또한 충격흡수가 증대되어 상기 웹들을 니들펀칭하여 강도를 향상시켜 외부 충격에도 파손이 쉽게 일어나지 않으며, 성형성이 우수하며 작업자의 신체가 접촉되더라도 베이지 않는 등의 이점이 있다.
도 1은 일반적인 유리섬유매트 열가소성 복합재(GMT) 시트의 제조공정을 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 자동차용 언더커버의 제조공정을 보여주는 개략도.
도 3은 본 발명의 기술이 적용된 자동차용 언더커버의 구조를 보여주는 단면도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부도면 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 자동차용 언더커버의 제조공정을 보여주는 개략도이고 도 3은 본 발명의 기술이 적용된 자동차용 언더커버의 구조를 보여주는 단면도로써 상기한 언더커버는 크게 3부분으로 나눌 수 있으며, 엔진룸 하부의 엔진언더커버, 트렁크측 언더커버 및 엔진언더커버와 트렁크측 언더커버 사이에 위치하는 중간부를 양분하는 언더플로어 커버가 있으며, 이에 따르면 본 발명인 자동차용 언더커버(1)는 상층제조공정(S100), 중층제조공정(S200), 하층제조공정(S300), 합지공정(S400)에 의해 제조한다.
상기 상층제조공정(S100)은 우레탄폼(100-1)의 상부에는 마 단섬유와 PP단섬유로 이루어진 웹(100-2)을 적층하며, 이때 상기 웹(100-2)은 니들 펀칭되어 있는 상태이며, 상기 니들 펀칭은 기본적으로 적층된 섬유층의 표면 또는 이면에서 여러 종류의 니들을 사용하여 반복적으로 상하운동에 의해 펀칭함으로써 기계적으로 서로 엉켜 일정한 두께와 섬유 밀도를 갖는 섬유층이 형성되게 하는 제조법이다.
마 단섬유와 PP단섬유 각각 카딩(Carding)하여 혼방한 후 적층 형성된 상기 웹(100-2)의 상부쪽에는 PP필름(100-3)이 적층된 적층물을 니들펀칭하여 접합시켜 상층적층체(100-4)를 형성시킨다. 상기 상층적층체(100-4)를 형성시 니들펀칭을 하는 이유는 웹(100-2)의 조직을 조밀하게 형성시킴과 단섬유로 이루어진 웹(100-2)의 결합력을 증대시키기 위함이며, 또한 상층적층체를 형성시 우레탄폼과 PP필름의 유동을 방지하기 위함이다.
상기 표면부에 부착되는 PP필름(100-3)은 빗물을 차단하는 발수기능을 구현하며, 상기 우레탄폼(100-1)은 노면주행시 모래, 자갈 등으로부터 발생되는 소음을 흡음하는 흡음성을 구현하며, 웹(100-2)과 우레탄폼(100-1)은 자갈 등 작은 물체가 부딪히는 충돌로부터 차량 하부를 보호하는 내충격성을 향상시키며, 상기 마섬유는 성형시 형상을 유지할 수 있는 형태안정성을 향상시킨다.
한편 상기 상층적층체(100-4)는 우레탄폼(100-1)은 50g, 웹(100-2)은 마 단섬유 325g와 PP단섬유 325g로 이루어지고, PP필름(100-3)은 100g으로 제조한다. 상기에서와 같이 상층적층체(100-4)를 제조하는 것은 충격 흡수 및 인장력을 향상시키기 위함이다.
본 발명에서는 웹(100-2)을 우레탄폼(100-1)의 상부에 적층하는 것으로 설명하고 있으나 PP필름(100-3)의 일면에 마 단섬유와 PP단섬유로 이루어진 웹(100-2)을 적층하고 상기 적층된 웹(100-2)에 오픈셀 구조의 우레탄폼(100-1)을 적층하고 니들 펀칭할 수도 있다.
상기 중층제조공정(S200)은 상·하의 PET부직포(200-1)(200-3) 사이에 마 단섬유와 PP단섬유 및 탄소섬유로 이루어진 웹(200-2)이 적층하여 중층적층체(200-4)를 형성시키고 니들 펀칭하여 접합시킨다.
이때 사용되는 웹(200-2)도 니들 펀칭되어 밀도가 조밀하게 조절된 것을 사용하며, 상기 중층적층체(200-4)를 형성시키기 위한 PET부직포(200-1)(200-3)는 물티슈와 같은 일반 부직포를 사용할 수 있으나 다수의 통공이 형성된 타공부직포를 사용하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 타공부직포를 사용하는 이유는 차량 내부의 엔진소음과 외부의 차량소음을 타공부직포의 방음벽 같은 소리굴절과 굴곡에 흡음하고자 함이다.
한편 상기 중층적층체(200-4)는 상·하의 100g PET부직포(200-1)(200-3) 사이에 마 단섬유 300g, PP단섬유 300g, 탄소섬유 200g으로 이루어진 웹(200-2)이 설치되며 상기 적층된 적층물을 니들펀칭하여 부착한 구조이며, 한편 탄소섬유를 기존 천연섬유에 복합사용하여 충격강도를 높여 언더카바의 파손방지를 하고자 함이다.
상기 하층제조공정(S300)은 마 단섬유와 PP단섬유로 이루어진 웹(300-3)의 하부에 HDPE필름(300-2)과 PP필름(300-1)을 적층하여 하층적층체(300-4)를 형성시키고 니들펀칭하여 접합시킨 구조이며, 상기 하층적층체(300-4)는 마 단섬유 325g, PP단섬유 325g으로 이루어진 웹(300-3)의 하부에 50g HDPE필름(300-2)과 100g의 PP필름(300-1)을 적층하여 이루어진 구조이다.
한편 상기 하층적층체(300-4)에 사용되는 웹(300-3) 또한 니들 펀칭되어 밀도가 조밀하게 조절된 것을 사용한다.
상기 합지공정(S400)은 상기 상층적층체(100-4)와 중층적층체(200-4) 및 하층적층체(300-4)를 순차적으로 접층하여 니들 펀칭으로 결합시킨 후 가열 압착한다. 상기 가열압착의 효과는 열매체유열로울러를 이용하여 상하방향에서 열과 압력을 가하여 표면의 매끄러움과 두께 조절을 실시하고 열성형전 1차 간접압착으로 성형을 용이하게 하기 위함에 그 목적이 있다.
상기 HDPE필름(300-2)은 차음 역할의 효과가 있으며 제품의 연성을 증대시키는 효과가 있으며, 상기 표면층에 설치된 pp필름(100-3)(300-1)은 발수기능을 보유하며 상기 타공부직포는 가열압착시 결합력을 증대시키는 효과가 있다.
이하 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
상층적층체(100-4)는 우레탄폼은 50g, 웹은 마 단섬유 325g와 PP단섬유 325g으로 이루어지고, PP필름은 100g을 적층 후 니들 펀칭하여 제조하고, 중층적층체(200-4)는 상·하의 100g PET부직포 사이에 마 단섬유 300g, PP단섬유 300g, 탄소섬유 200g으로 이루어진 웹 적층 후 니들 펀칭하여 제조하며, 하층적층체(300-4)는 마 단섬유 325g, PP단섬유 325g으로 이루어진 웹의 하부에 50g HDPE필름과 100g의 PP필름을 적층 후 니들펀칭하여 제조하여 상기 상층적층체(100-4)와 중층적층체(200-4) 및 하층적층체(300-4)를 순차적으로 접층하여 니들 펀칭으로 결합시킨 후 가열 압착 후 후 소정의 크기로 절단하여 흡음성능과 물성(인장강도 최대하중)을 측정하였다.
[비교예 1]
폴리에스테르 섬유 50 중량부, 수용성 아크릴 수지 50 중량부를 각각 카딩, 혼방, 적층, 니들 펀칭(4회)한 후, 발수코팅액에 의해 함침한 다음 150℃에서 열카렌더하여 두께 0.08mm의 발수부직포층을 제조하였으며, 저융점 섬유로 50 중량부, 에틸렌 섬유 25 중량부, 아라미드 섬유 25 중량부, 폴리프로필렌 섬유 30 중량부를 각각 카딩, 혼방, 적층, 니들 펀칭한 후 150℃에서 열카렌더하여 두께 4mm의 차음층을 제조하고 후 소정의 크기로 절단하여 흡음성능과 물성(인장강도 최대하중, 굴곡)을 측정하였다.
<흡음성능실험>
차량용 언더커버의 흡습성을 분석하기 위해 가로 100mm×세로 100mm×두께 2mm의 시료 5개를 준비하여 물에 1시간 침적한 다음, 실온에서 24시간 건조한 후, 흡수 전/후 중량 변화를 관찰하였다.
500 630 800 1k 1.25k 1.6k 2k 2.5k 4k 5k 6k
실시예 0.10 0.13 0.18 0.28 0.40 0.52 0.62 0.73 0.88 0.97 1.13
비교예 0.08 0.11 0.15 0.22 0.35 0.45 0.60 0.68 0.79 0.94 1.09
<물성 실험>
차량용 언더커버의 기계적 강도를 측정하기 위해 가로 150mm×세로 50mm의 시료 5개를 준비하여 온도 23±2℃, 습도 50±5%의 조건에서 3일간 방치한 후, ASTM D638 규격에 따른 인장시험, 굴곡 탄성율 시험, 최대하중 테스트를 실시하였다.
시험항목 단위 구분 시험결과
n1 n2 n3 n4 n5 평균
인장강도 MPa 비교예 MD 15.4 15.9 15.3 14.9 14.6 15.2
CD 18.4 18.2 21.1 18.8 18.1 19.0
실시예 MD 51.3 49.5 40.2 50.9 48.7 50.1
CD 43.2 41.5 42.7 42.3 43.5 42.6
최대하중 50mm/N 비교예 MD 18.0 17.1 17.2 17.1 17.0 17.3
CD 21.5 21.2 21.0 21.1 21.7 21.1
실시예 MD 54.6 51.7 43.5 54.4 51.9 51.2
CD 45.5 44.9 46.1 46.3 47.2 46.0
굴 곡
탄성율		 MPa 비교예 MD 325 289 303 315 323 311
CD 398 388 408 384 391 394
실시예 MD 56.0 53.4 55.2 54.4 55.8 55.1
CD 39.4 38.7 39.1 38.2 39.8 39.0
* MD: 기계생산방향(Machine Direction), CD: 기계생산방향과 직각인 원단폭방향(Cross Direction)
상기 표 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 언더커버의 경우, 기계생산방향과 원단폭 방향간의 편차가 적음을 알 수 있다. 이는 원단생산 후 성형공정에서의 방향성을 갖지 않아도 되고, 차량 바닥면으로부터의 충격에 의한 하중의 방향에도 덜 영향을 받을 수 있음을 의미하므로, 비교예에 비하여 우수한 기계적 성능을 갖는 것이다.
1 : 자동차용 언더커버 S100 : 상층제조공정
S200 : 중층제조공정 S300 : 하층제조공정
S400 : 합지공정 100-1 : 우레탄폼
100-2 : 웹 100-3 : PP필름
100-4 : 상층적층체 200-1, 200-3 : PET부직포
200-2 : 웹 200-4 : 중층적층체
300-1 : PP필름 300-2 : HDPE필름
300-3 : 웹 300-4 : 하층적층체

Claims (7)

  1. 자동차용 언더커버의 제조방법에 있어서,
    우레탄폼의 상부에는 마 단섬유와 PP단섬유로 이루어진 웹이 적층되며 상기 웹의 상부쪽에는 PP필름이 적층되어 상층적층체를 형성시키고 니들펀칭하여 접합시키는 상층제조공정과;
    상·하의 PET부직포 사이에 마 단섬유와 PP단섬유 및 탄소섬유로 이루어진 웹이 적층하여 중층적층체를 형성시키고 니들펀칭하여 접합시키는 중층제조공정과;
    마 단섬유와 PP단섬유로 이루어진 웹의 하부에 HDPE필름과 PP필름을 적층하여 하층적층체를 형성시키고 니들펀칭하여 접합시키는 하층제조공정과;
    상기 상층적층체와 중층적층체 및 하층적층체를 순차적으로 접층하여 니들펀칭으로 결합시킨 후 가열 압착하는 합지공정에 의하여 제조하는 것을 특징으로 하는 자동차용 언더커버의 제조방법.
  2. 자동차용 언더커버에 있어서,
    우레탄폼의 상부에는 마 단섬유와 PP단섬유로 이루어진 웹이 적층되며 상기 웹의 상부쪽에는 PP필름이 적층되어 니들펀칭된 상층적층체와 상·하의 PET부직포 사이에 마 단섬유와 PP단섬유 및 탄소섬유로 이루어진 웹이 적층하고 니들펀칭하여 임시 접합시키는 중층적층체와 마 단섬유와 PP단섬유로 이루어진 웹의 하부에 HDPE필름과 PP필름을 적층하고 니들펀칭하여 임시 접합시킨 하층적층체와 상기 상층적층체와 중층적층체 및 하층적층체를 순차적으로 접층하여 니들펀칭으로 결합시킨 후 가열 압착하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 언더커버.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중층적층체를 형성시키기 위한 PET부직포는 다수의 통공이 형성된 타공부직포인 것을 특징으로 하는 자동차용 언더커버.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 상층적층체는 우레탄폼은 50g, 웹은 마 단섬유 325g와 PP단섬유 325g로 이루어지고, PP필름은 100g인 것을 특징으로 하는 자동차용 언더커버.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 중층적층체는 상·하의 100g PET부직포 사이에 마 단섬유 300g, PP단섬유 300g, 탄소섬유 200g으로 이루어진 웹인 것을 특징으로 하는 자동차용 언더커버.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 하층적층체는 마 단섬유 325g, PP단섬유 325g으로 이루어진 웹의 하부에 50g HDPE필름과 100g의 PP필름을 적층하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 언더커버.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 각각의 웹은 니들펀칭되어 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 언더커버.
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