KR102388488B1 - 자동차 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재 및 이를 이용한 자동차 엔진 대쉬 아우터의 제조방법 - Google Patents

자동차 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재 및 이를 이용한 자동차 엔진 대쉬 아우터의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 경량이고, 내열성이 우수한 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재 및 이를 이용하여 자동차 엔진 대쉬 아우터의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재 및 자동차 엔진 대쉬 아우터는 불소수지가 코팅된 PET 부직포층인 제1 차음부직포층/열경화성 수지가 함침된 PET 부직포층인 흡차음 기능층/HDPE와 LLDPE의 혼합수지로 이루어진 차음 필름층/발포코팅된 LM 섬유와 RM 섬유의 부직포층인 제2 차음부직포층이 순차 적층구조로 이루어져 있으며 기존 엔진 대쉬 아우터에 비하여 20%정도로 경량성이 개선되어 자동차 연비 측면에서 상업적으로 매우 유리한 제품이다.

Description

자동차 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재 및 이를 이용한 자동차 엔진 대쉬 아우터의 제조방법{Textile composite material for automobile engine dash outer and manufacturing method of automobile engine dash outer using same}
본 발명은 자동차 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재에 관한 것이며, 구체적으로는 경량이면서 흡차음 복합소재로 이루어진 자동차 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재 및 이를 이용한 자동차 엔진 대쉬 아우터의 제조방법에 관한 것이다.
자동차와 관련된 신기술 분야 중 텔레매틱스 장치나 음성 인식 장치의 발전은 보다 정숙한 자동차 실내 소음 수준을 요구하고 있어 향상된 성능의 흡음 부품 개발이 필요한 상황이며 또한 자동차의 경량화는 고연비를 위한 자동차 업계의 가장 큰 이슈 중 하나이다.
그리고 자동차의 경량화는 자동차에서 소음진동을 발생하는 부품을 향상된 흡음성소재로 개발하려는 연구와 맞물려 기존의 금속, 폼 및 소음흡수용고무(Noise Absorption Rubber, NAR)등으로 사용된 무거운 차음재를 성능 좋은 흡음재용 섬유로 바꾸려는 연구가 주목 받고 있다.
엔진 대쉬 아우터(Engine Dash Outer)는 엔진룸 소음의 흡음 및 차음 역할을 하는 것으로 차체 Dash PNL을 감싸는 내장재이며, 소음흡수용고무(Noise Absorption Rubber, NAR) 소재가 적용되고 있으나, 고중량 및 작업공정에서 냄새가 발생하는 등 공정상의 문제점으로 인하여 타 소재로 대체가 시급한 실정이다
엔진 대쉬 아우터(Engine Dash Outer)용 소재와 관련한 선행기술을 예로들면, 특허문헌1에 면밀도가 상대적으로 낮은 저밀도 흡음재와 상대적으로 높은 고밀도 흡음재가 이중층 이상의 구조로 적층된 자동차용 흡음재에 있어서, 제진성능 및 저주파수 흡차음성능이 요구되는 상대적으로 실내소음 기여도가 큰 일부 영역에만 상기 고밀도 흡음재가 적층되고, 이를 제외한 나머지 부분은 상기 저밀도 흡음재만으로 된 단일층 구조로 이루어지되, 상기 고밀도 흡음재의 적층 면적이 저밀도 흡음재 면적 대비 20 ~ 90%인 것을 특징으로 하는 자동차용 흡음재를 개시하고 있으며, 특허문헌2에 저융점 섬유(LMF)와 고융점 섬유(SF)로 이루어진 겉보기 밀도가 상이한 3층의 흡음재로 구성된 자동차용 흡음재에 있어서, 상기 자동차용 흡음재는 저밀도 흡음재, 상기 저밀도 흡음재의 면적대비 30~100%로 배치된 고밀도 흡음재 및 상기 저밀도 흡음재의 면적대비 10~90%로 배치된 고무 또는 수지재로 이루어진 비통기성층이 포함된 3층구조이며, 상기 저밀도 흡음재의 일면을 소음발생부위에 접하도록 배치하는 것을 특징으로 하는 자동차용 흡음재를 개시하고 있다.
또 특허문헌3에 일관능성 수산기를 포함하는 모노올 0.01 ~3 중량%를 함유하는 폴리에테르 폴리올 100 중량부에 대하여 아민계 촉매 0.5 ~ 2 중량부, 정포제 0.5 ~ 3 중량부 및 발포제 2 ~ 7 중량부를 함유한 레진프리믹스; 및 상기 레진프리믹스와 이소시아네이트의 중량비가 레진프리믹스 : 이소시아네이트 = 1 : 0.75 ~ 1.2 로 포함하고 있는 것을 그 특징으로 하는 자동차 대쉬 판넬용 폴리우레탄 폼 흡음재를 개시하고 있다.
본 출원의 발명자는 엔진 대쉬 아우터(Engine Dash Outer)용 소재로 사용되고 있는 기존의 NAR(Noise Absorption Ruber) 소재를 복합부직포 소재로 대체하여 내열성 및 경량화를 개선하고, 작업공정을 개선한 엔진 대쉬 아우터(Engine Dash Outer)용 복합부직포 소재를 개발하고 본 발명을 완성하였다.
특허문헌1: 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0706352호 특허문헌2: 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1033395호 특허문헌3: 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1240928호
본 발명에서 해결하려는 과제는 자동차 엔진룸 소음의 흡음 및 차음 역할을 하는 내장재인 엔진 대쉬 아우터(Engine Dash Outer)용 섬유복합소재의 제공에 관한 것이다.
보다 구체적으로는 자동차 엔진 대쉬 아우터(Engine Dash Outer)용 소재로 사용되고 있는 기존의 NAR(Noise Absorption Ruber) 소재를 복합부직포 소재로 대체하여 내열성 및 경량화를 개선하고, 작업공정을 개선한 자동차 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재 및 이를 이용한 엔진 대쉬 아우터의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 과제의 해결수단으로 자동차 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재는 발수코팅된 제1 차음부직포층, 흡차음 기능층, 차음 필름층 및 발포코팅된 제2 차음부직포층이 순차 적층된 복합소재로 이루어진다.
본 발명에 따른 자동차 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재의 일 실시형태는 불소수지가 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 부직포로 이루어진 제1 차음부직포층, 열경화성 수지가 함침된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 부직포로 이루어진 흡차음 기능층, 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 30 ~ 70중량부와 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE) 30 ~ 70중량부의 혼합수지로 이루어진 차음 필름층 및 LM 섬유와 RM 섬유로 조성된 부직포를 발포코팅한 제2 차음부직포층으로 이루어진다
본 발명에 따른 자동차 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재의 제2 차음부직포층(4)은 LM 섬유 40 ~ 60중량부와 RM 섬유40 ~ 60중량부로 조성된 부직포를 발포코팅하여 이루어진다.
상기 본 발명에 따른 자동차 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재의 제조방법은 LM 섬유와 RM 섬유로 조성된 부직포를 발포코팅한 제2차음부직포층에, 고밀도폴리에틸렌(HDPE)과 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE)의 혼합수지를 압출 코팅방식으로 코팅하여 차음 필름층을 적층한 다음, 열경화성 수지가 함침된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 부직포로 이루어진 흡차음 기능층을 적층하고, 이후 불소수지로 코팅된 제1차음부직포층을 적층하는 순으로 제조된다.
본 발명에 따른 또 다른 과제의 해결수단으로 자동차 엔진 대쉬 아우터의 제조방법은 불소수지가 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 부직포로 이루어진 제1 차음부직포층, 열경화성 수지가 함침된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 부직포로 이루어진 흡차음 기능층, 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 30 ~ 70중량부와 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE) 30 ~ 70중량부의 혼합수지로 이루어진 차음 필름층 및 LM 섬유 40 ~ 60중량부와 RM 섬유40 ~ 60중량부로 조성된 부직포를 발포코팅한 제2 차음부직포층이 순차 적층된 섬유복합소재를 냉간압축성형에 의해 제조하는 것으로 이루어진다.
본 발명에 따른 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재는 기존의 NAR(Noise Absorption Ruber) 소재에 비하여 경량성 및 내열성이 우수한 특징이 있다.
또한, 본 발명에 따른 섬유복합소재는 신율이 우수하여 열에 의한 성형성이 좋으며 필름층에 의해 형상 유지성이 우수하여 장기간 사용하여도 형태를 잡아주어 말림현상이 없는 장점이 있다.
도 1은 자동차에서 엔진 대쉬 아우터 및 흠차음을 위해 설치되는 내장재가 설치되는 부위와 엔진 대쉬 아우터의 형상을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 자동차 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재의 구조를 대략적으로 나타낸 도면.
이하에서는 본 발명을 실시하기 위한 구체적 내용과 <실시예> 및 <시험예>에 의해 보다 구체적으로 설명하지만 아래 기재 내용 및 실시예의 기재에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 자동차 본 발명에 따른 자동차 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재의 일 실시 형태는 불소수지가 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 부직포로 이루어진 제1 차음부직포층(1), 열경화성 수지가 함침된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 부직포로 이루어진 흡차음 기능층(2), 고밀도폴리에틸렌(HDPE)과 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE) 혼합수지로 이루어진 차음 필름층(3) 및 LM 섬유와 RM 섬유로 조성된 부직포를 발포코팅한 제2 차음부직포층(4)으로 이루어진다.
본 발명에 따른 상기 제1 차음부직포층(1)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 부직포로 이루어지며, 제1 차음부직포층(1)의 단위무게는 100g/㎡인 것이 바람직하다. 상기 제1 차음부직포층(1)은 엔진측에 위치하는 것으로 엔진측에서 유입되는 물을 차단하기 위하여 노출되는 표면을 불소수지를 코팅시켜 발수층을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1차음부직포층(1)의 표면은 불소수지를 Floating Knife 코팅 방식을 이용하여 코팅하여 발수코팅층을 형성하는 것으로 이루어지며, 발수코팅층의 형성으로 빌수기능과 함께 섬유복합소재의 내구성을 향상시킨다.
본 발명에 따른 상기 흡차음 기능층(2)은 열경화성 수지가 함침된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유로 이루어진 부직포로 이루어지며, 500 ~ 1500g/㎡ 단위무게의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 부직포를 1 ~ 5 m/min 속도로 진행시키면서 부직포 양 면에 열경화성 에폭시수지를 함침시키는 것으로 이루어진다.
본 발명에 따른 상기 차음 필름층(3)은 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 30 ~ 70중량와 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE) 30 ~ 70중량로 조성된 혼합수지로 이루어진 필름층이며, 혼합수지를 압출코팅 방식에 의해 필름층이 형성되도록 코팅하며, 차음 필름층(3)의 단위무게는 200 ~ 500g/㎡가 바람직하다.
본 발명에 따른 섬유복합소재는 상기 차음 필름층(3)으로 저밀도폴리에틸렌(LLDPE)이 조성되어 신율이 우수하여 열에 의한 성형성이 수수하며 또한 섬유복합소재에 형성된 상기 필름층 의해 형상 유지성이 우수하여 장기간 사용하여도 형태를 잡아주어 말림현상이 없다.
본 발명에 따른 상기 제2 차음부직포층(4)는 LM 섬유와 RM 섬유로 조성된 부직포에 발포코팅을 형성하는 것으로 이루어지며, 200 ~ 400g/㎡의 제2차음부직포층(4)에 50 ~ 100g/㎡로 발포코팅하는 것으로 이루어진다.
상기 제2차음부직포층(4)의 발포코팅층은 MMA latex 바인더에 발포제와 카본블랙 안료를 배합한 바인더수지액을 제2 차음부직포층에 코팅하는 것으로 이루어지며 발포코팅층의 형성으로 복합부직포의 강도 및 탄성력, 발포층으로 이하여 단열효과를 갖어 차내 운전자 등에게 엔진으로부터의 열을 차단하는 효과가 있다.
그리고 본 발명에 따른 자동차 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재의 제조방법은 LM 섬유와 RM 섬유로 조성된 부직포를 발포코팅한 제2차음부직포층(4)을 제조한 후, 고밀도폴리에틸렌(HDPE)과 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE)의 혼합수지를 압출 코팅방식으로 코팅하여 차음 필름층(3)을 적층한 다음, 열경화성 수지가 함침된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 부직포로 이루어진 흡차음 기능층(2)을 적층하고, 이후 불소수지로 코팅된 제1차음부직포층(1)을 적층하는 순으로 제조된다.
또 본 발명에 따른 자동차 엔진 대쉬 아우터의 제조방법은 ⅰ) 상기에서 제조한 본 발명에 따른 섬유복합소재를 금형 삽입 전에 100 ∼ 250℃에서 30초∼5분 동안 가열한 제1단계공정과, ⅱ) 상기 예열 처리한 복합소재를 상온에서 50 ∼ 200 kg/㎠의 압력으로 냉간 압축성형하는 제2단계공정 및 ⅲ) 상,하 금형을 제거하지 않고 30초 ∼ 10분 동안 냉간 압축 성형을 유지하는 제3단계공정을 포함하는 성형공정으로 이루어진다.
아래에서는 <실시예> 및 <시험예>를 통하여 본 발명에 따른 자동차 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재에 관하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
<실시예 1> 섬유복합소재 제조
LM 섬유와 RM 섬유로 조성된 부직포를 발포코팅한 제2차음부직포층(4)을 제조한 후, 고밀도폴리에틸렌(HDPE)과 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE)의 혼합수지를 압출 코팅방식으로 코팅하여 차음 필름층(3)을 적층한 다음, 열경화성 수지가 함침된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 부직포로 이루어진 흡차음 기능층(2)을 적층하고, 이후 불소수지로 코팅된 제1차음부직포층(1)을 적층하는 순으로 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재를 제조하였으며, 섬유복합소재의 각 층에 따른 조성 및 비율을 아래 [표 1]에 나타내었다.
구분 조성 및 비율(중량부) 단위중량(g/㎡)
제1차음부직포층 PET 부직포(100) 100
흡차음기능층 PET 부직포(100) 650
차음필름층 HDPE 70중량부, LLDPE 30중량부 250
제2차음부직포층 LM 섬유 50중량부, RM 섬유 50중량부 300
<실시예 2> 엔진 대쉬 아우터 제조
상기 <실시예 1>에서 제조한 섬유복합소재(원단)을 성형기에 투입하기 전에 170℃의 온도조건으로 3분 동안 가열한 다음, 전륜용 성형기를 이용하여 상온에서 150kg/㎠의 압력으로 냉간 압축성형한 후, 상하 금형을 제거하지 않고 3분 동안 냉간 압축 성형을 유지한 다음 탈형하여 엔진 대쉬 아우터 제조하였다.
<시험예>
상기 <실시예 1>에서 제조한 섬유복합소재 및 <실시예 2>에서 제조한 엔진 대쉬 아우터로부터오 시편을 제작한 다음 시편에 대하여 물리적 특성를 시험하고 그 결과아래 [표 2]에 나타내었다.
구분 단위 <시험값> 세계최고수준
(보유기업/보유국) 		가중치(%)
복합
부직포 		1. 인장강도 Kgf/50mm 41 30
(아우디/독일)		 5
2. 신율 % 가로 35
세로 43		 30/40
(아우디/독일)		 5
3. 인열강도 kgf 7 5
(아우디/독일)		 5
앤진
대쉬
아우터 		4. 내열성
(인장강도)		 kg/cm2 49 40이상
(아우디/독일)		 10
5. 내열성
(수축율)		 % 9.2 15%이하
(아우디/독일)		 10
6. 내후성
(인장강도)		 kg/cm2 47 40이상
(아우디/독일)		 10
7. 내약품성
(인장강도)		 kg/cm2 48 40이상
(아우디/독일)		 10
8. 내수성
(인장강도)		 kg/cm2 47 40이상
(아우디/독일)		 10
9. 연소성
(난연)		 mm/min 58 50~80
(아우디/독일)		 5
초 47 60↓
(아우디/독일)
10. 흡음율
(두께 20mm 기준)		 1khz 0.33 0.20
(아우디/독일)		 10
2khz 0.68 0.35
(아우디/독일)
11. TVOCs
(유해물질)		 ppm 없음 1ppm↓
(아우디/독일)		 5
12. 무게g/m2
(경량화율)		 g 1,300 1,637
(렉스턴/한국)		 15
상기 [표 2]에나타낸 비와 같이 본 발명에 따른 섬유복합소재 및 엔진 대쉬 아우터의 물리적 특성이 세계최고수준과 대등하거나 보다 우수한 것을 알 수 있으며 특히, 본 발명에 따른 엔진 대쉬 아우터의 단위중량이 1300g/m2인 점은 세계최고 수준(1,637g/m2)에 비해여 20% 정도로 경량화되었으며, 이러한 물리적 특성은 자동차의 경우 차체무게가 1% 감소하면 0.7%의 연비 향상효과를 개선할 수 있으므로 자동차 연비 측면에서 본 발명에 따른 엔진 대쉬 아우터가 상업적으로 유리한 것을 알 수 있다.
본 발명의 구현예들에 대해 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 불소수지가 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 부직포로 이루어진 단위무게가 100g/㎡인 제1 차음부직포층(1),
    500 ~ 1500g/㎡의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 부직포를 1 ~ 5m/min 속도로 진행시키면서 열경화성 에폭시수지를 함침시킨 흡차음 기능층(2),
    고밀도폴리에틸렌(HDPE)와 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE)가 중량비로 1 : 1로 조성된 혼합수지로 이루어진 단위무게가 200 ~ 500g/㎡인 차음 필름층(3) 및
    200 ~ 400g/㎡의 LM 섬유와 RM 섬유로 조성된 부직포에 MMA latex 바인더와 발포제로 조성된 바인더수지를 50 ~ 100g/㎡로 발포 코팅한 제2 차음부직포층(4)이 순차 적층된 것을 특징으로 하는 자동차 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 기재된 자동차 엔진 대쉬 아우터용 섬유복합소재 이용하여 자동차 엔진 대쉬 아우터를 제조하는 방법에 있어서,
    ⅰ) 상기 섬유복합소재를 금형 삽입 전에 100∼250℃에서 30초∼5분 동안 가열한 제1단계공정과,
    ⅱ) 상기 섬유복합소재를 상온에서 50∼200 kg/㎠의 압력으로 냉간 압축성형하는 제2단계공정 및
    ⅲ) 상하 금형을 제거하지 않고 30초∼10분 동안 냉간 압축 성형을 유지하는 제3단계공정을 수행하는 것을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 엔진 대쉬 아우터의 제조방법.
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