KR19980032730A - 에너지 흡수 부재 - Google Patents

Abstract

성능 계수가 매우 증가되고 에너지 흡수가 변형 초기 동안에서조차 높은 에너지 흡수 부재는 성형된 발포체로 캡슐화되고 지지체에 고정된 콤팩트 물질로 이루어진 강화 소자를 포함한다.

본 발명의 부재는 자동차 부문에 사용되거나 재사용 펠릿 시스템으로서 사용된다.

Description

에너지 흡수 부재

본 발명은 하중 방향으로 배향된 강화 소자를 캡슐화하고 있는 폴리올레핀계 성형 발포체로 이루어진 코어를 포함하는 에너지 흡수 부재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

에너지 흡수 부재는 특히 충격으로 인한 운동 에너지의 대부분을 흡수함으로써 탑승자의 안정성을 증가시키기 위해서 자동차 구조물에 사용된다. 공지된 적용으로는 범퍼, 옆문 및 지지 차체(bodywork) 프레임에서의 범퍼를 지지하기 위해 사용되는 충격 흡수재가 있다. 이러한 에너지 흡수 부재는 매우 다양한 재료로 제조될 수 있다.

DE-OS 제43 27 022호에 텍스타일 스페이서 및, 유리 섬유, 카본 섬유 또는 플라스틱으로 이루어진 강화 섬유를 갖는 다층 구조물이 기술되어 있다.

EP-A 제0 097 504호와 EP-A 제0 155 558호에 코어의 에너지 흡수 부품으로서 발포 폴리프로필렌을 사용하는 범퍼 적용이 기술되어 있다.

EP-A 제0 401 838호에 파단성 중공 구 및 성형 발포체로부터 제조된 에너지 흡수 복합 재료가 기술되어 있다.

다른 에너지 흡수 부재는 EP-A 제0 055 364호, DE-OS 제37 23 681호 및 DE-OS 제21 58 086호에 기술되어 있다.

이러한 모든 부재의 공통점은 이들을 간단한 방법으로 제조할 수 없다거나 변형이 발생할 때, 초기에 소량의 에너지만을 흡수한다는 것이다.

에너지 흡수 부재는 성능 계수를 사용하여 특징화 시킬 수 있다. 이는 변위에 대항하는 힘에 대한 그래프에서 이상적인 에너지 흡수재의 직각 곡선하의 전체 면적에 대한 하중 곡선하의 전체 면적의 비율을 제공한다. 부재가 흡수할 수 있는 최대 에너지는, 힘의 증가가 변형없이 특별한 최대 힘까지 가능한 한 수직에 가까운 경우에만 달성될 수 있으며, 최대 변형까지 일정한 에너지 흡수가 지속된다. 이는 직각 응력-압축 곡선, 따라서 이상적인 에너지 흡수재에 상응한다. 폴리올레핀 발포체로 제조된 에너지 흡수 부재는 이상적인 흡수재의 요건에 부합하지 않으며, 폴리프로필렌 발포체(EPP)의 경우에, 준정적(quasi-static) 측정에서 성능 계수가 0.60 내지 0.65의 범위에만 있다.

따라서 본 발명의 목적은 폴리올레핀 발포체를 기본으로 하고 이의 성능 계수가 상당히 증가될 수 있으며 에너지 흡수가 변형초기에서조차 높은 에너지 흡수 부재를 제공하는 것이다.

도 1은 에너지 흡수 부재의 구조물을 나타낸 정육면체 모양의 단면도이고,

도 2는 폴리프로필렌 발포체(EPP) 코어의 변위(displacement)에 대항하는 힘과 EPP를 사용하여 제조된, 2개의 강화 소자면(reinforcing element level)을 갖는 에너지 흡수 소자(도 1에 상응)의 변위에 대항하는 힘을 그래프로 나타낸 하중 곡선이고, 극대점(3' 및 4')은 각각의 강화 소자면의 충전에 기인한다.

놀랍게도 이러한 목적은 폴리올레핀 발포체로 캡슐화시킨 하중 방향으로 배향된, 콤팩트 물질로 이루어진 강화 소자를 포함하는 에너지 흡수 부재에 의해 달성될 수 있으며, 강화 소자를 지지체에 부착시키고 전체 설비를 금형에 도입하여 성형된 발포체로 포움-백킹(foam-backing)시켜 제조한다.

EP-A 제0 254 530호에는 콤팩트 물질로 된 강화재가 삽입된 함몰부(depression)를 포함하는 자동차 범퍼용 재료가 기재되어 있다. 함몰부의 깊이는 바람직하게는 코어 재료 두께의 15 내지 95%이다. 그러나 코어 또는 강화재가 손상되는 것을 막기 위해서 강화재를 매우 조심스럽게 발포체 코어에 밀어넣어야 한다. 이러한 이유로, 강화재는 실제로 요구되는 것보다 더 단단하게 제조되어야 하며, 이는 전체 중량을 불필요하게 증가시킨다. 또한, 강화재가 코어의 전체 두께에 미치지 않으면, 변형 개시 동안 에너지 흡수가 충분히 높지 않게 된다.

본 발명에서 콤팩트 물질은 적절한 강도를 갖는 임의의 플라스틱일 수 있고, 예를 들어, 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀류, 나일론-6, 나일론-6,6, 나일론-6,12 및 나일론-12와 같은 폴리아미드류, 폴리부틸렌 테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르류(또한 폴리카보네이트와의 블렌드로서), 액정 방향족 코폴리에스테르류, 폴리스티렌, 폴리페닐렌 옥사이드 및 PVC이다. 더 큰 강도를 달성하기 위해서 콤팩트 물질은 충전제 및/또는 섬유를 함유할 수도 있다. 재활용의 견지에서 폴리프로필렌이 바람직하다.

발포체를 사용한 소자의 캡슐화는 원칙적으로 선행 기술을 따른다. 본 발명의 경우에, 성형 발포체가 이러한 목적으로 사용된다. 폴리올레핀계 성형 발포체의 제조는 예를 들어, EP-A 제0 053 333호와 EP-A 제0 095 109호에 공지되어 있다. 본 발명의 목적을 위하여, 예를 들어, 고밀도, 중밀도 또는 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 단독중합체, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체, 폴리프로필렌과 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체와의 블렌드, 바람직하게는 에틸렌-프로필렌-부텐-(1)테르중합체 또는 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체의 블렌드와 같은 폴리프로필렌 등의 공지된 어떠한 폴리올레핀 발포체를 사용하여도 된다.

1 내지 15중량%의 에틸렌과 1 내지 10중량%의 부텐-1을 갖는 에틸렌-프로필렌-부텐-(1) 랜덤 삼원공중합체 또는 1 내지 15중량%, 특히 2 내지 5중량%의 에텐을 갖는 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체가 바람직하다.

15 내지 170g/l, 특히 25 내지 100g/l의 밀도를 갖는 성형품을 제공하는, 12 내지 80g/l의 부피 밀도를 갖는 성형성 발포체가 바람직하다.

예로서 범퍼 또는 옆문의 경우, 하중을 적용시키면, 에너지가 범퍼 쉘 또는 옆문 패널의 전체 면적을 통해 부재에 전달된다. 도입된 에너지는 강화 소자(3)에 의해 먼저 흡수되는데 이의 크기 및 휘어짐(buckle)에 따라 2 내지 20% 압축된다. 강화 소자의 휘어짐은 발포체 캡슐화에 의해 보다 어렵게된다. 에너지의 일부분이 압축 방향에 대해 직각 방향에서 균일한 방식으로 폴리올레핀 발포체에 의해 흡수된다. 약 20% 이상의 변형에서 폴리올레핀 발포체가 흡수 에너지를 인계받는다.

경우에 따라, 첫 번째 강화 소자면의 휘어짐 이후, 동일한 양상으로 작용하는 강화 소자(4)를 제공할 수 있다.

강화 소자는 변형 방향에 평행하게 배열된다(5). 한편, 측면에서 발생하는 힘을 흡수하게 하기 위해서 강화 소자를 부분적으로 또는 전체적으로 변형 방향에 대해 각으로 배열할 수 있다. 첫 번째 강화 소자면(3)의 강화 소자의 길이는 압축 방향의 부재 두께에 상응한다.

강화 소자는 모양과 두께가 매우 다양할 수 있다(두꺼운 막대기, 얇은관, 박막층, 십자형, Y, X, T, L U 또는 Z 프로파일 등). 취급하기 용이하게 하기 위해서 강화 소자를 지지체[예를 들어, 구멍(2)을 갖는 지지체 필름(1)]에 고정시키거나 지지체 그리드 또는 외부 쉘에 고정시킨다. 이러한 부품은 바람직하게는 사출성형에 의해 제조된다. 전체 설비를 금형에 놓고 공지된 방법으로 성형 발포체로 포움-백킹시킨다. 단위 표면 당 강화 소자의 적합한 두께, 모양, 갯수 및 길이를 사용하여 변위에 대항하는 힘에 대한 그래프의 형태를 0.8 내지 0.95의 성능 계수가 달성될 수 있도록 개선할 수 있다.

상기한 예와 비교하기 위해, 세번째 강화 소자면을 압축 방향으로 부재 길이의 약 70%로 도입하면 약 30% 변형에서 추가로 에너지 흡수 극대점을 형성하게 되고, 추가로 시스템의 성능 계수가 향상된다.

변위에 대항하는 힘의 특징적인 그래프를 기록하기 위한 측정치는 DIN 53 421에 따라 측정한다. 이에 있어서, 강화 소자를 갖고 가장자리 길이가 50mm인 시험 검체를 2개의 평평한 평판 사이에서 60% 변형될 때까지 5mm/min의 일정한 속도로 압축시킨다.

본 발명의 신규한 에너지 흡수 부재는 자동차 부문에서 예를 들어, 범퍼로서, 예를 들면 문 부분의 측면 충격 보호기로서 또는 예를 들어, 충격 흡수재로서 사용할 수 있다. 추가로 다중 적층되는 재사용 수송 펠릿 시스템에 사용할 수 있다. 강화 소자면의 도입으로 정상 하중(steady loading)을 위한 단위 표면적 당 높은 정하중(static load capacity)을 제공함으로써 이러한 조건하에서 펠릿이 압축되지 않는다. 강화 소자의 휘어짐에 의한 상기한 바와 같은 에너지 흡수는 낙하의 경우에만 생긴다.

본 발명은 성능 계수가 상당히 증가될 수 있으며 에너지 흡수가 변형초기에서 조차 높은 폴리올레핀계 발포체를 기본으로 하는 에너지 흡수 부재를 제공한다.

Claims (8)

1. 강화 소자를 지지체에 부착시키고 전체 설비를 금형에 도입하여 성형 발포체로 포움-백킹(foam backing)시킴을 포함하여, 폴리올레핀 발포체로 캡슐화시킨 하중 방향으로 배향된 콤팩트 물질로 이루어진 강화 소자를 포함하는 에너지 흡수 부재를 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 지지체가 구멍을 갖는 지지체 필름, 지지체 그리드 또는 외부 쉘로 이루어지는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 강화 소자로 구성되는 하나 이상의 면(level)이 지지체에 고정되는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 따라 제조된 에너지 흡수 부재.
5. 제4항에 있어서, 준정적(guasi-static) 측정에서의 성능 계수가 0.65 내지 0.95인 에너지 흡수 부재.
6. 제4항에 있어서, 준정적 측정에서의 성능 계수가 0.8 내지 0.95인 에너지 흡수 부재.
7. 제4항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 따르는 에너지 흡수 부재를 범퍼로서, 측면 충격 보호재로서 또는 충격 흡수재로서 사용하는 방법.
8. 제4항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 따르는 에너지 흡수 부재를 재사용 펠릿 시스템으로서 사용하는 방법.