KR20010066095A - 차량용 웨더스트립 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차량용 웨더스트립 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 웨더스트립의 기밀성을 좌우하는 튜브부를 고정 및 지지하는 기능을 하는 트림부 보강재로써 기존의 스틸재 심부를 세미-에보나이트 소재로 대체하는 것으로서, 스틸재 심부 적용시의 여러 문제점, 즉 외관품질, 기밀성, 재활용성 저하, 스틸재 심부의 제거 및 벤딩 공정 등의 공정상의 복잡화의 문제점 등이 본 발명에서 제공하는 세미-에보나이트 심부의 적용으로 상당부분 개선될 수 있도록 한 것이다.
Description
본 발명은 차량용 웨더스트립과 이것을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 특히 종전의 스틸재 심(Shim) 대신에 세미-에보나이트 소재를 사용하여 트림부를 형성하고 튜브부의 구조를 개선하여 우수한 복원력에 따른 기밀성 향상을 도모할 수 있고, 또 종전과 같이 스틸재 심을 분리 및 벤딩하는 부가적인 공정없이 단일 압출되기 때문에 공정상의 단순화를 도모할 수 있도록 한 차량용 웨더스트립 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 여러 성분들이 조립되어 생산되는 제조물의 경우 그 성분들이 접합되는 지점들은 기밀이 유지되어 외부의 여러 요소들의 침투로부터 보호받게 된다.
예를 들면, 자동차의 경우 도어, 드렁크 리드, 후드와 이들이 접합되는 지점의 기밀을 위해 웨더스트립이 적용되고 있고, 특히 누수, 풍절음, 도어 개폐감각 등을 좌우하여 자동차의 승차감 향상에 주요한 부분으로 등장하고 있다.
첨부한 도 1과 도 2에서는 일반적인 차량용 웨더스트립을 보여주고 있다.
웨더스트립은 소프트한 영역과 하드한 영역으로 구성되어 있는데, 소프트한 영역은 기밀성을 좌우하는 부분으로 스폰지 재질 또는 소프트한 용융고무 재질이 튜브의 형태로 적용되며, 하드한 영역은 기밀성을 좌우하는 튜브부(10)를 고정 및 지지하는 기능을 하며 보통 트림부(11)라 칭해진다.
트림부(11)는 2개의 마주보는 레그(Leg)부와 이를 연결하는 베이스부로 구성되어 채널의 형상을 띠고 있으며, 차체에 적용시 삽입력, 탈거력, 취부형태 유지를 위한 보지력 등을 좌우하는 부분이다.
즉, 2개의 마주보는 레그부로부터 핑거형태의 립(Lip)부(12)가 내부쪽으로 돌출된 형상을 갖고 있으며, 차체에 도입될 경우 차체의 플랜지(13)와의 마찰력에 의해 고정된다.
현재 적용중인 웨더스트립의 경우 트림부(11)의 형상을 유지하기 위해 코어부에 스틸재 심부(14)가 적용되고 있다.
그러나, 이 경우 스틸재 심부(14)를 분리 및 벤딩하는 부가적인 공정이 필요하게 되고, 이때 트림부(11)에 발생되는 돌출부는 외관 품질을 저하시키는 주원인이 되고 있다.
또한, 스틸재 심부(14)의 복원력 부족 및 녹 발생으로 기밀성 저하를 초래하며, 재활용시 스틸재 심부(14)를 별도 제거해야 하므로 재활용성 또한 저하된다.
현재 이러한 웨더스트립의 문제점을 해결하기 위해 많은 노력이 진행되고 있으며, 그 진행방향으로는 기존 스틸재질을 TPE(Thermoplastic Elastomer) 및 이에 상응하는 재질로 대체하는 방법과 심부 없이 트림부 전체를 고경도의 고무재질로 대체하는 방법 등으로 나타낼 수 있다.
기 출원된 미국 특허 제4,676,856호의 경우 기존의 트림부에 적용되는 스틸재 심부를 TPE 및 이에 상응하는 재질로 대체한 경우이다.
그러나, 이 경우 형상이 갖고 있는 TPE를 선 제작해야 하며, U-형태의 형상을 도입하기 위해 공정상에 냉각, 예열, 벤딩 등의 별도의 공정을 필요로 하게 되므로 비용상승 및 압출속도의 저하가 초래될 수 있으며, 일반적으로 균일하지 않은 두께 및 형상을 갖고 있는 차체 플랜지부에 적용이 어려워 조립 작업성 및 기밀성의 향상을 기대하기 어렵다.
또한, 기 출원된 미국 특허 제5,686,165호의 경우 스틸재 심부를 열가소성 소재, 즉 튜브부에 적용되는 열경화성 소재와 상용성이 있는 소재로써 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 아세테이트 등을 EPDM 또는 부틸로 개질한 소재로 대체한 웨더스트립의 제조에 대해 기술하였다.
특히, 한 압출 라인에서 공압출 함으로써 공정의 단순화가 가능하나, 형상이 없는 고경도의 TPE가 적용되므로 코너부에서의 기밀성이 문제가 될 수 있으며, TPE 자체의 재료비 뿐만 아니라 TPE 전용 압출설비 및 형상 포밍 등의 공정이 부가적으로 필요하므로 비용상승이 초래되며, 여러 공정 등이 필요됨으로써 압출속도 또한 문제가 될 수 있다.
또한, 기 출원된 미국 특허 제5,423,147호에서는 핫 메탈 폼재를 트림부 내부에 적용하여 심부 뿐만 아니라 립부가 없는 웨더스트립을 제공하고 있으며, 이에 따라 공정이 단순화되고 트림부에 저경도의 재질이 적용되어 유연성이 뛰어난 웨더스트립을 제조할 수 있으며, 코너부 적용에 우수한 기밀성을 나타낼 수 있다.
그러나, 핫 메탈 폼재의 재료비 뿐만 아니라 압출상에서 불활성 기체를 사용하여 발포를 해야하는 난점이 있으며, 장기적으로 보지력의 저하를 초해할 수 있다.
또한, 기 출원된 미국 특허 제5,626,383호에서는 보강용 심부없이 트림부 전체를 고경도의 고무 또는 서모 플라스틱 소재로 대체한 개발안을 제시하였다.
이 경우 트림부는 0∼30°의 각도로 내부쪽으로 수렴(收斂)하는 형상을 갖고 있으며, 쇼어 경도 70∼90°경도의 고무(EPDM, SBR, NBR) 또는 서모 플라스틱 소재가 적용되며, 삽입력을 원활히 하기 위해 쇼어 경도 30∼40°의 저경도의 고무를 립부의 팁에 적용하였다.
특히, 이 개발안은 코너부의 기밀성 향상 뿐만 아니라 공정상의 단순화 및 재료비 절감의 효과가 기대되나, 고경도의 재질을 압출할 수 있는 별도의 압출기 및 압출공정상에 트림부 형상을 도입하는 부가적 장비가 필요시되며, 압출속도, 즉 시간당 생산량 또한 문제가 되고 있다.
또한, 트림부에 고경도의 재질이 도입되기 때문에 웨더스트립의 유연성 및 감촉이 떨어지는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 웨더스트립의 기밀성을 좌우하는 튜브부를 고정 및 지지하는 기능을 하는 트림부 보강재로써 기존의 스틸재 심부를 세미-에보나이트 소재로 대체하는 것으로서, 스틸재 심부 적용시의 여러 문제점, 즉 외관품질, 기밀성, 재활용성 저하, 스틸재 심부의 제거 및 벤딩 공정 등의 공정상의 복잡화의 문제점 등이 본 발명에서 제공하는 세미-에보나이트 심부의 적용으로 상당부분 개선될 수 있도록 하는데 그 안출의 목적이 있다.
도 1은 일반적인 차량용 웨더스트립를 보여주는 사시도
도 2는 도 1의 단면도
도 3은 본 발명에 따른 차량용 웨더스트립을 보여주는 단면도
도 4는 본 발명에 따른 차량용 웨더스트립의 제조공정을 보여주는 개략도
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 튜브부 11 : 트림부
12 : 립부 13 : 플랜지
14 : 심부 15 : 밴트 홀
20 : 트림부 소재 투입부 21 : 튜브부 소재 투입부
22 : 심부 소재 투입부 23 : 압출기
24 : UHF 장치 25 : HAV 장치
26 : 냉각조 27 : 절단기
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 기밀 유지용 튜브부(10)와, 튜브부(10) 지지용 트림부(11)와, 트림부(11) 보강용 심부(14)를 포함하는 차량용 웨더스트립에 있어서, 상기 튜브부(10)에는 일정간격으로 다수의 밴트 홀(15)을 형성하여 에어 출입에 따라 압축 또는 팽창이 가능하게 하고, 상기 심부(14)는 1∼2㎜ 두께의 세미-에보나이트 소재로 성형되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 심부(14)의 소재로 사용되는 세미-에보나이트는 쇼어(Shore) 경도 70~90°의 고무(예를 들면, EPDM, NBR, SBR) 100 중량부에 대하여 카본블랙(FEF) 20~50 중량부, 카본블랙(SRF) 10~30 중량부, 나프탈렌계 오일 5~20 중량부, 탄산칼슘(CaCO3) 20~40 중량부, 산화아연(ZnO) 1~10 중량부, 스테아린산 0.1~5 중량부, 분산촉진제(예를 들면, DEG, PEG) 5~20 중량부, 가속제(예를 들면, CBS, MBTS, TMTD) 0.1~5 중량부, 그리고 황 2~10 중량부가 포함되는 것을 특징으로 한다.
여기서, FEF는 Fast Extruding Furnace이고, SRF는 Semi Reinforcing Furnace이고, DEG는 Diethylene Glycol이고, PEG는 Polyethylene Glycol이고, CBS는 N-cyclohexyl-2-benzothiazly sulfenamide이고, MBTS는 Dibenzothiazyl disulfide이고, TMTD는 Tetra methylthiuram disulfide이다.
또한, 상기 세미-에보나이트 소재로는 쇼어 경도 70∼90°의 SBR, NBR, EPDM등이 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 트림부(11)의 외피는 쇼어 경도 30∼40°의 SBR, NBR, EPDM 및 TPE 등이 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 트림부(11)의 안쪽에 있는 립부(12)의 팁은 쇼어 경도 30∼40°의 저경도 솔리드 고무 또는 스폰지가 사용되는 것을 특징으로 한다.
한편, 위와 같은 본 발명의 웨더스트립은 다음과 같은 여러 단계의 공정을 거쳐 제조된다.
즉, 트림부의 외피가 되는 저경도의 고무, 튜브부의 고무, 심부의 세미-에보나이트 소재를 각각의 경로를 통해 동시에 투입하는 단계와, 이렇게 투입된 각각의 소재를 한곳의 압출수단을 이용하여 70∼80℃의 온도에서 웨더스트립의 기본 형태로 포밍 성형하는 단계와, 이렇게 성형된 트림부를 200∼250℃의 온도에서 3중 압출 UHF(Ultra High Frequency) 수단을 통해 부분 가류시키는 동시에 계속해서 200∼260℃의 온도에서 HAV(Hot Air Vulcanization) 수단을 통해 롤에 의해 부분 가류된 트림부를 채널의 형태로 도입시키고 완전 가류시키는 단계와, 냉각 후 웨더스트립의 형태를 띠는 제품을 절단처리하는 단계의 공정을 거쳐 제조된다.
이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 3은 본 발명에 따른 웨더스트립의 단면구조를 보여주고 있으며, 차체 플랜지(13)상에 취부된 형상을 나타낸다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 웨더스트립은 튜브부(10)와 이를 고정 및 지지하는 트림부(11)로 구성되어 있다.
상기 튜브부(10)는 중공형의 고탄성 재질의 튜브형태로 이루어져 있으며, 웨더스트립의 튜브부(10)가 압축 또는 팽창됨에 따라 에어가 출입될 수 있도록 약 8∼10㎝ 정도의 간격으로 밴트 홀(15)이 갖추어져 있다.
튜브부(10)의 바깥 표면은 튜브부(10)의 탄성력, 마모성, 외관품질 향상을 위해 우레탄 또는 실리콘 코팅재로 처리되어 있다.
트림부(11)는 튜브부(10)를 고정 및 지지하는 역할을 하며, 채널의 형상으로 2∼3㎜의 두께로 구성되어 있다.
트림부(11)의 형상을 유지하기 위해 적용되는 코어부, 즉 심부(14)에는 세미-에보나이트 소재가 1∼2㎜의 두께로 적용되고, 이에 적용되는 세미-에보나이트 소재로는 쇼어 경도 70∼90°의 SBR, NBR, EPDM 등이 아래 표 1과 같이 적용되고, 외피부는 저경도, 즉 쇼어 경도 30∼40°의 SBR, NBR, EPDM, TPE가 적용되어 웨더스트립의 유연성 및 감촉이 향상되며, 이부분에 바디 색상에 부합되는 색상을 도입할 수 있어 외관품질성 또한 향상된다.
특히, 코어부와 외피부의 가류시간 및 스코치시간(Scorch time)의 일치로 단일 압출이 가능해져 공정의 단순화가 가능하게 된다.
또한, 세미-에보나이트 소재의 우수한 복원력으로 인한 기밀성 향상 및 재활용시 심부 제거의 부가적 공정이 제외시 되므로 재활용성 또한 향상되게 된다.
립부(12)는 트림부(11)의 내부에서 두께 1∼1.5㎜의 핑거의 형태로 도출되어 있으며, 팁부는 웨더스트립의 삽입력을 향상시키기 위해 쇼어 경도 30∼40°의 저경도 솔리드 고무 또는 스폰지로 구성되어 있고, 차체에 도입시 차체의 플랜지(13)와의 마찰력에 의해 고정된다.
첨부한 도 4는 본 발명에 따른 웨더스트립 제조방법의 압출 공정도를 보여주고 있다.
본 발명의 웨더스트립 제조공정은 3중 압출 UHF(Ultra High Frequency) 및 HAV(Hot Air Vulcanization) 공정으로서, 트림부 소재 투입부(20)에서 트림부(11)의 외피에 해당하는 저경도의 고무가 투입되는 부분이고, 튜브부 소재 투입부(21)에서는 튜브부(10), 즉 스폰지 고무가 투입되며, 심부 소재 투입부(22)는 심부(14), 즉 코어 부재의 세미-에보나이트가 투입되는 장치이다.
도면부호 23은 압출기에 해당되는 부분으로서 웨더스트립의 기본 형상을 포밍하는 역할을 하며, 70∼80℃의 온도로 유지되어 스코치가 일어나지 않도록 한다.
UHF 장치(24)는 200∼250℃의 온도로 유지되며 이곳에서 부분 가류가 일어나도록 한다.
HAV 장치(25)는 200∼260℃의 온도가 유지되며 이곳에서 롤에 의해 부분 가류된 웨더스트립의 트림부가 채널의 형태로 도입되고 완전 가류가 발생된다.
도면부호 26은 냉각조에 해당되며 이곳을 통과하면서 웨더스트립이 냉각되고, 계속해서 절단기(27)에서 알맞은 크기로 절단된다.
따라서, 이 경우 스틸재 심부를 제거 및 벤딩하는 부가적인 공정이 필요없이 단일 압출되기 때문에 공정상 단순화가 가능하며, 기존의 압출설비를 그대로 적용가능하여 설비투자 비용을 낮출 수 있고, 압출속도 또한 10m/min로 유지할 수 있어 기존 설비 수준으로 시간당 생산량을 나타낼 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명은 웨더스트립의 심(Shim)을 세미-에보나이트 소재로 대체하면서 그 전반적인 구조를 개선하고, 또 3중 압출 UHF 및 HAV 공정을 이용한 단일 압출공법으로 웨더스트립을 제조함으로써, 우수한 복원력에 따른 기밀성향상을 도모할 수 있고 공정상의 단순화를 도모할 수 있으며 자원의 재활용성을 높일 수 있는 장점이 있는 것이다.
Claims (6)
- 기밀 유지용 튜브부(10)와, 튜브부(10) 지지용 트림부(11)와, 트림부(11) 보강용 심부(14)를 포함하는 차량용 웨더스트립에 있어서,상기 튜브부(10)에는 일정간격으로 다수의 밴트 홀(15)을 형성하여 에어 출입에 따라 압축 또는 팽창이 가능하게 하고, 상기 심부(14)는 1∼2㎜ 두께의 세미-에보나이트 소재로 성형되는 것을 특징으로 하는 차량용 웨더스트립.
- 제 1 항에 있어서, 상기 심부(14)의 소재로 사용되는 세미-에보나이트는 쇼어(Shore) 경도 70~90°의 고무(예를 들면, EPDM, NBR, SBR) 100 중량부에 대하여 카본블랙(FEF) 20~50 중량부, 카본블랙(SRF) 10~30 중량부, 나프탈렌계 오일 5~20 중량부, 탄산칼슘(CaCO3) 20~40 중량부, 산화아연(ZnO) 1~10 중량부, 스테아린산 0.1~5 중량부, 분산촉진제(예를 들면, PEG, DEG) 5~20 중량부, 가속제(예를 들면, CBS, MBTS, TMTD) 0.1~5 중량부, 그리고 황 2~10 중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 차량용 웨더스트립.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 세미-에보나이트 소재로는 쇼어 경도70∼90°의 SBR, NBR, EPDM 등이 사용되는 것을 특징으로 하는 차량용 웨더스트립.
- 제 1 항에 있어서, 상기 트림부(11)의 외피는 쇼어 경도 30∼40°의 SBR, NBR, EPDM 및 TPE 등이 사용되는 것을 특징으로 하는 차량용 웨더스트립.
- 제 1 항에 있어서, 상기 트림부(11)의 안쪽에 있는 립부(12)의 팁은 쇼어 경도 30∼40°의 저경도 솔리드 고무 또는 스폰지가 사용되는 것을 특징으로 하는 차량용 웨더스트립.
- 트림부의 외피가 되는 저경도의 고무, 튜브부의 고무, 심부의 세미-에보나이트 소재를 각각의 경로를 통해 동시에 투입하는 단계와,이렇게 투입된 각각의 소재를 한곳의 압출수단을 이용하여 70∼80℃의 온도에서 웨더스트립의 기본 형태로 포밍 성형하는 단계와,이렇게 성형된 트림부를 200∼250℃의 온도에서 3중 압출 UHF(Ultra High Frequency) 수단을 통해 부분 가류시키는 동시에 계속해서 200∼260℃의 온도에서 HAV(Hot Air Vulcanization) 수단을 통해 롤에 의해 부분 가류된 트림부를 채널의 형태로 도입시키고 완전 가류시키는 단계와,냉각 후 웨더스트립의 형태를 띠는 제품을 절단처리하는 단계의 공정으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 차량용 웨더스트립 제조방법.
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