KR20030076797A - 플라스틱 복합 수지 조성물과 이를 이용한 자동차 플로어패널의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라스틱 복합 수지 조성물과 이를 이용한 자동차 플로어 패널의 제조방법에 관한 것으로서, 불포화 폴리에스테르 계열의 수지를 기본수지로 하는 종래 플라스틱 복합 수지 조성물 중에 매트 형태 또는 프리폼 형태의 유리섬유를 보강제로 사용하고, 이러한 수지 조성물의 성형시 RTM(Resin Transfer Molding)공법을 적용함으로써, 플라스틱 복합 수지 조성물의 물성을 개선하여 강성 및 내충격성 등의 내구성을 향상시키면서 제품의 경량화를 도모할 수 있고, 특히 강성이 필요한 부위에 유리섬유 함량을 부분적으로 높일 수 있어 부품의 효율적인 배치가 가능한 한편, 성형온도 및 압력이 낮아 성형성이 우수한 새로운 공법의 적용에 따라 플로어 패널과 같은 대형면적의 패널을 용이하게 제조할 수 있도록 하며, 궁극적으로는 경량화 효과로 원가절감을 도모할 수 있도록 한 플라스틱 복합 수지 조성물과 이를 이용한 자동차 플로어 패널의 제조방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

플라스틱 복합 수지 조성물과 이를 이용한 자동차 플로어 패널의 제조방법{The plastic resin composition for floor panel and process method thereof}

본 발명은 플라스틱 복합 수지 조성물과 이를 이용한 자동차 플로어 패널의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 불포화 폴리에스테르 계열의 수지를 기본 수지로 하고, 여기에 매트 형태 또는 프리폼 형태의 유리섬유 보강제를 함유시킨 플라스틱 복합 수지 조성물을 제공하는 한편, 상기 플라스틱 복합 수지 조성물을 RTM(Resin Transfer Molding)공법에 적용하여 강성 및 내충격성 등의 물성이 우수하고, 특히 강성이 필요한 부위에 유리섬유 함량을 부분적으로 높일 수 있으며, 경량화 효과로 원가절감을 도모할 수 있도록 한 플라스틱 복합 수지 조성물과이를 이용한 자동차 플로어 패널의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 플로어 패널은 센터 플로어 패널, 리어 플로어 패널, 다수의 사이드 멤버 및 크로스 멤버 등 비교적 많은 수의 부품으로 구성되어 있다.

현재 스틸을 이용한 스탬핑 공법으로 제작되고 있는 플로어 패널은 경량화 측면에서 불리하고, 또 외부에 직접 노출되는 관계로 내부식성 확보를 위한 방청 도장처리를 반드시 해야 하는 등의 단점을 보임에 따라 최근에는 부품의 경량화 및 원가절감의 차원에서 플라스틱 복합재료를 이용한 핸드 레이업(Hand Layup)공법 등을 많이 적용하고 있다.

이러한 핸드 레이업 공법으로 제조되는 부품의 경우 원료수지로서 불포화 폴리에스테르 수지가 주로 사용되고, 보강제로는 유리섬유가 일반적으로 사용된다.

여기서, 유리섬유 보강 불포화 폴리에스테르 수지는 가격면에서 유리하지만, 물성의 한계가 존재하기 때문에 박육화에 따른 경량화에 한계가 있다.

이와 같이, 유리섬유 보강 플라스틱 복합재료를 핸드 레이업 공법으로 제조하는 경우 경량화 효과가 미비하고, 또 핸드 레이업 공법은 대부분의 작업공정이 수작업에 의존하는 관계로 사람의 힘으로 수지를 함침시키기 때문에 유리섬유의 부피 함유율을 20% 이상 올리기 어려운 문제가 있다.

위와 같은 이유로 차량용 부품을 위한 보다 경제적이고 경량화된 새로운 플라스틱 복합 수지 조성물의 개발과 이것을 이용하여 부품을 제조하는 새로운 공법의 적용이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 불포화 폴리에스테르 계열의 수지를 기본수지로 하는 종래 플라스틱 복합 수지 조성물 중에 매트 형태 또는 프리폼 형태의 유리섬유를 보강제로 사용하고, 이러한 수지 조성물의 성형시 RTM(Resin Transfer Molding)공법을 적용함으로써, 플라스틱 복합 수지 조성물의 물성을 개선하여 강성 및 내충격성 등의 내구성을 향상시키면서 제품의 경량화를 도모할 수 있고, 특히 강성이 필요한 부위에 유리섬유 함량을 부분적으로 높일 수 있어 부품의 효율적인 배치가 가능한 한편, 성형온도 및 압력이 낮아 성형성이 우수한 새로운 공법의 적용에 따라 플로어 패널과 같은 대형면적의 패널을 용이하게 제조할 수 있도록 하며, 궁극적으로는 경량화 효과로 원가절감을 도모할 수 있도록 한 플라스틱 복합 수지 조성물과 이를 이용한 자동차 플로어 패널의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 플라스틱 복합 수지 조성물을 이용하여 자동차 플로어 패널을 제조하는 공정을 개략적으로 보여주는 블럭도이다.

이하, 본 발명에 따른 플라스틱 복합 수지 조성물과 이것을 이용하여 차량용 부품, 예를 들면 플로어 패널을 제조하는 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 불포화 폴리에스테르 계열의 수지를 기본수지로 하고, 여기에 보강제로서 유리섬유가 함유되어 있는 플라스틱 복합 수지 조성물에 있어서, 상기 보강제로는 매트 형태 또는 프리폼 형태 등과 같은 2가지 혼용 형태의 유리섬유가 기본수지 100 중량부에 대해 10∼50 중량부로 함유되어 있는 차량의 플로어 패널용플라스틱 복합 수지 조성물을 그 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 불포화 폴리에스테르 계열의 수지를 기본수지로 하고, 여기에 보강제로서 매트 형태 또는 프리폼 형태 등과 같은 2가지 혼용 형태의 유리섬유가 기본수지 100 중량부에 대해 10∼50 중량부로 함유되어 있는 플라스틱 복합 수지 조성물을 RTM 공법으로 성형하여 제조하는 차량의 플로어 패널용 플라스틱 복합의 제조방법을 포함한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 일반적으로 차량에 적용되는 부품 성형시 유리섬유 적용형태나 적용방식에 제약을 받는 기존의 방법과는 달리 매트 형태, 프리폼 형태 등 다양한 형태의 유리섬유를 사용하여 기존에 사용 중인 플라스틱 복합 수지 조성물보다 강성 등의 물성이 우수한 재료를 개발하여 원재료로 사용할 수 있는 플라스틱 복합 수지 조성물을 제공하고, 이를 성형시 RTM 공법을 적용하여 제품의 경량화는 물론 보강제의 함유율을 효과적으로 높일 수 있는 플라스틱 복합재료의 제조방법을 제공한다.

본 발명에서는 플라스틱 복합재료의 조성에 기본 원료수지로서 불포화 폴리에스테르 계열의 수지를 사용한다.

이러한 본 발명에 따른 불포화 폴리에스테르 수지로는 이소(iso)계, 올소(ortho)계, 테레(tere)계 수지 중에서 선택하여 사용할 수 있다.

특히, 본 발명은 플라스틱 복합 수지 조성물의 경량화 효과 증대 및 가격대비의 물성향상과 유리섬유 부피 함유율 증가를 위하여 보강제로서 매트 형태나 프리폼 형태 등 다양한 형태의 유리섬유를 사용하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기 보강제의 사용함량을 기본수지로 사용하는 불포화 폴리에스테르 계열의 수지 100 중량부에 대하여 10∼50 중량부, 바람직하게는 20∼40 중량부로 사용한다.

이때, 그 사용함량이 10 중량부 미만이면 강성이 부족하여 두께를 증가시켜야 되므로 경량화 효과가 작아지는 문제가 있고, 반면 50 중량부를 초과하여 과량으로 사용하면 원료수지와의 함침성이 나빠져 오히려 성형성이 불량해지고 강도 등의 물성 감소가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.

본 발명에서 보강제로 사용되는 유리섬유의 형태로는 요구되는 물성에 따라 플로어 패널 형상과 동일한 프리폼 형태, 연속상의 매트 형태, 직조 로빙(Woven roving) 형태, 얀(Yarn) 형태 중에서 선택하여 2가지 이상 혼용한 형태로 사용할 수 있다.

여기서, 강성을 보강하는 측면에서는 매트 형태보다는 직조 로빙 형태 또는 얀 형태와 같이 직조된 형태의 섬유가 더 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 프리폼 형태와 매트 형태의 유리섬유를 1:1의 비율로 조합하여 사용할 수 있으며, 이렇게 사용하는 것이 물성의 요구조건에 따라 더욱 다양한 물성의 제품성형을 할 수 있어 최적의 복합재료를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 복합재료의 비중은 수지 및 보강제의 체적분율에 비례한다.

원료수지인 불포화 폴리에스테르 수지의 비중은 1.2이고, 유리섬유의 비중은 2.5이다.

또한, 본 발명에서는 탄산칼슘, 마이카(mica), 활석(talc) 등과 같은 무기충전제를 사용하며, 불포화 폴리에스테르 계열의 수지 100 중량부에 대하여 10∼30 중량부, 바람직하게는 15∼25 중량부로 사용할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기한 보강제가 함유된 플라스틱 복합 수지 조성물의 성형시 RTM 공법을 이용하는 특징이 있다.

상기 RTM 공법은 제품의 외부형상과 내부형상을 갖는 한쌍의 몰드(Female mold/Male mold) 사이의 소정형상의 공간에 유리섬유로된 제품형상의 예비성형체를 위치시킨 후, 상하 몰드를 닫고 그 내부에 형성된 소정형상의 공간에 일정한 압력(예를 들면, 3∼6bar)으로 수지를 주입하여 유리섬유 예비성형체에 액체 수지를 주입한 다음 경화시킴으로써 원하는 형상의 유리섬유 강화 플라스틱 제품을 제조하는 방법이다.

본 발명에서 적용하고 있는 RTM 공법은 매트 형태, 직조 로빙 형태 등 다향한 형태의 유리섬유를 보강제로 사용할 수 있으므로 핸드 레이업 공법, SMC(Sheet Molding Compound)공법, 우레탄 RIM(Reaction Injection Molding)공법 등과 같은 공법으로 제조한 복합재료에 비하여 강성 및 내충격성이 우수하다는 장점이 있다.

특히, 강성이 필요한 부위에 유리섬유 함량을 부분적으로 높일 수 있어 유리하며, 아울러 성형온도 및 압력이 낮아 성형성이 우수하므로 플로어 패널과 같은 대형면적의 패널 제조에 유리하다.

본 발명에서는 기재(Matrix) 원료수지로서 불포화 폴리에스테르 수지를 사용하고 유리섬유를 보강제로 사용함과 동시에 단품 강성을 증가시키며 표면평활도를 증가시기 위해 무기충전제를 첨가하여 플로어 패널을 제조하는 방법을 제공한다.

이와 같은 본 발명에서 적용하는 RTM 공법으로 플라스틱 복합 수지 조성물을 이용한 자동차 플로어 패널의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시한 바와 같이, 플로어 패널 설계 데이터로부터 마스터 모델을 먼저 제작한 후, 성형을 위한 상하 금형을 제작한다.

이와는 별도로 플로어 패널 형상과 동일한 프리폼 형태의 유리섬유를 보강하기 위하여 프리폼 스크린형을 별도로 만들어 프리폼을 성형한다.

제품의 성형은 유리섬유가 외관상 드러나지 않도록 하면서 표면 품질향상을 위하여 하부 금형에 겔 코팅을 먼저하고, 프리폼과 또 다른 형태의 유리섬유를 배열한 후, 상부 금형을 닫고 주입구를 통하여 원료 수지를 금형의 내부에 완전히 충진시킨다.

상온에서 일정시간 동안 유리섬유를 함침시킨 수지를 경화시킨 다음, 탈형 후, 트리밍(Trimming) 처리를 거쳐 성형품을 얻는다.

이때, 평활성 향상을 위한 겔 코팅의 두께는 30∼500㎛, 바람직하게는 70∼150㎛가 좋고, 경화시간은 보통 10∼60분 정도가 바람직하다.

상기 복합재료에 사용되는 수지 조성물 중 기본수지로 사용되는 불포화 폴리에스테르 수지는 위에서 상술한 바와 같이 이소(iso)계, 올소(ortho)계, 테레(tere)계 수지 중에서 선택된 것을 사용한다.

또한, 보강제는 프리폼 형태, 매트 형태, 직조 로빙 형태, 얀 형태 중에서 선택된 것을 사용한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 다양한 형태의 유리섬유 보강제를 함유한 플라스틱 복합재료는 보강제로서 정해진 한가지 형태를 사용하는 것이 아니라, 여러 다향한 형태의 것을 사용하므로 두께 감소에 의한 경량화 효과 및 내구성 향상은 물론 유리섬유 함유율을 전체적으로 또는 부분적으로 높일 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의거하여 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

비교예 1

평판 형태의 시편 금형을 제작한 후, 아래와 같은 원재료를 사용하여 겔 코팅을 한 다음, 불포화 폴리에스테르 수지 및 유리섬유를 사용하여 일정 두께로 성형하였다.

먼저, 유리섬유를 금형 크기에 맞게 제단하여 하부 금형 위에 넣고, 상부 금형을 닫아 체결한 후, 수지를 주입하여 성형하였으며, 최종 성형물의 두께는 3.0mm 이었다.

구체적으로는 겔 코팅용 수지로서 불포화 폴리에스테르 수지 GC 230(애경산업), 기재 수지로서 불포화 폴리에스테르 수지 R459(이소계, 세원화성), 프리폼 형태의 유리섬유 보강제로서 한국 오웬스 코닝의 RS240을 사용하였다.

성형품에서 채취한 시험편의 조성 및 물성은 표 1과 표 2에 나타내었다.

비교예 2,3

비교예 1과 동일한 방법으로 제작하는데, 보강제로서 프리폼 형태의 유리섬유 대신에 매트 형태의 유리섬유를 사용하였고, 일본 아사히 그라스의 M300을 사용하였다.

여기서, 유리섬유 함량은 각각 20 중량부 및 30 중량부가 되도록 조절하였다.

실시예 1∼5

비교예 1과 동일한 금형에서 동일한 방법으로 제작하는데, 보강제로서 프리폼 형태와 매트 형태의 유리섬유가 1:1의 비율이 되도록 조합하여 30 중량부 사용하였으며, 무기충전제로서 한국 오미야의 탄산칼슘(OMYACARB 5)을 각각 5, 10, 15, 20, 25 중량부 혼합하여 성형하였다.

최종 성형물의 두께는 마찬가지로 3.0mm 이었다.

성형품에서 채취한 시험편을 사용하여 측정한 기계적 물성은 표 2에 나타내었다.

실시예 6

실시예 1과 동일한 금형에서 동일한 방법으로 제작하는데, 보강제에 유리섬유 함량이 40 중량부가 되도록 하고, 무기충전제가 10 중량부가 되도록 하였다.

위의 표 2에서 보면, 본 발명에 따른 플라스틱 복합 수지 조성물은 인장특성 및 굴곡특성의 경우 프리폼 형태의 유리섬유 보강제와 매트 형태의 유리섬유 보강제를 각각 20 중량부 씩 사용한 실시예 6의 경우가 가장 우수하였다.

그리고, 한가지 형태의 유리섬유 보강제를 단독으로 사용한 재료(비교예)의 물성보다 프리폼 형태 및 매트 형태의 유리섬유 보강제를 혼용하여 사용한 재료(실시예)의 물성이 전반적으로 우수하였다.

한편, 위의 실시예 4의 재료를 사용하여 플로어 패널 금형을 제작한 후, 제품 중량을 측정한 결과, 센터 플로어 패널 및 리어 플로어 패널의 중량은 각각 9.5kg과 9.4kg으로 스틸 대비 11%의 경량화가 가능하였다.

스틸 제품의 경우 두께가 0.8mm로 중량은 각각 10.7kg과 10.6kg이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 플라스틱 복합 수지 조성물은 여러 다양한 형태의 유리섬유 보강제를 사용하고, 이러한 유리섬유 보강 플라스틱 복합재료를 RTM 공법을 적용하여 플로어 패널을 제작하는 방법을 제공함으로써, 물성이 우수하여 두께 감소에 의한 경량화 효과를 기대할 수 있으며 기존의 스틸 제품을 제조하는 공법보다 원가절감의 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.

Claims (8)

1. 불포화 폴리에스테르 계열의 수지를 기본수지로 하고, 여기에 보강제로서 유리섬유가 함유되어 있는 플라스틱 복합 수지 조성물에 있어서,

   상기 보강제로 프리폼 형태, 매트 형태, 직조 로빙 형태 및 얀 형태 중에서 선택된 2가지 이상의 혼용 형태의 유리섬유가 기본수지 100 중량부에 대해 10∼50 중량부로 함유되어 있는 것임을 특징으로 하는 플라스틱 복합 수지 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기본수지로 사용되는 불포화 폴리에스테르 수지가 이소계, 올소계, 테레계 수지 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합 수지 조성물.
3. 불포화 폴리에스테르 계열의 수지를 기본수지로 하고, 여기에 보강제로 프리폼 형태, 매트 형태, 직조 로빙 형태 및 얀 형태 중에서 선택된 2가지 이상의 혼용 형태의 유리섬유가 기본수지 100 중량부에 대해 10∼50 중량부로 함유되어 있는 플라스틱 복합 수지 조성물을 RTM 공법으로 성형하여 제조하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합 수지 조성물을 이용한 자동차 플로어 패널의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 기본수지로 사용되는 불포화 폴리에스테르 수지가 이소계, 올소계, 테레계 수지 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합 수지 조성물을 이용한 자동차 플로어 패널의 제조방법.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 RTM 공법에 사용되는 상하 금형 중 하부 금형에는 제품의 표면 평활도를 위해 겔 코팅 처리를 하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합 수지 조성물을 이용한 자동차 플로어 패널의 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 겔 코팅 처리는 30∼500㎛의 두께로 하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합 수지 조성물을 이용한 자동차 플로어 패널의 제조방법.
7. 제 3 항에 있어서, 상기 플라스틱 복합 수지 조성물을 RTM 공법으로 성형시 무기충전제로 탄산칼슘, 마이카, 활석 중에서 선택된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합 수지 조성물을 이용한 자동차 플로어 패널의 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 무기충전제는 기본수지 100 중량부에 대해 10∼30 중량부가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합 수지 조성물을 이용한 자동차 플로어 패널의 제조방법.