KR20080029544A - 자동차용 선세이드 및 이의 제조방법 - Google Patents

자동차용 선세이드 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20080029544A
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Abstract

본 발명은 자동차용 선세이드 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양마, 대마, 아마, 황마 및 모시풀로 이루어진 군에서 선택된 천연섬유 30-65 중량%, 폴리프로필렌 30-65 중량% 및 무수말레익 폴리프로필렌 또는 실란에서 선택된 하나 이상의 결합재 0.2-5 중량%를 포함하며, 전자빔으로 표면처리된 한쌍의 판상보드; 상기 한쌍의 판상보드 사이에 삽입된 발포폴리프로필렌 폼; 및 상기 한쌍의 판상보드의 상하에 적층되는 한쌍의 표피재를 포함하는 자동차용 선세이드에 관한 것이다.
선세이드, 천연섬유, 판상보드, 무수말레익 폴리프로필렌, 실란

Description

자동차용 선세이드 및 이의 제조방법{Sunshade for car and preparation method thereof}
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 보드 시편의 SEM 사진이고,
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에서 제조된 시편에 전자빔이 각각 5, 10, 15 및 20 kGy의 선량으로 조사됨으로써 야기되는 시편의 표면형태 변화를 나타낸 SEM 사진이고,
도 3은 본 발명에서 사용한 열류형 열전도도 측정장치의 모식도를 나타낸 것이고,
도 4는 본 발명에서 사용한 열충격 후의 자중에 의한 열변형 측정의 모식도를 나타낸 것이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 자동차용 선세이드의 제조방법을 도시한 공정도이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 자동차용 선세이드의 제조방법을 도시한 공정도이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의해 제조된 자동차용 선세이드와 브라켓의 결합상태를 도시한 분해사시도이고,
도 8은 도 7의 A-A'선 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
1: 선세이드 2, 2a: 판상보드
3: 발포폴리프로필렌 폼 4, 4a: 표피재
5: 브라켓 6: 엣지(edge)부
10, 11: 예열프레스 20, 21: 성형금형
30, 31: 진동접착기
본 발명은 무수말레익 폴리프로필렌 또는 실란에서 선택된 하나 이상의 결합재로 표면처리하여 얻어진 양마, 대마, 아마, 황마 및 모시풀로 이루어진 군에서 선택된 천연섬유 및 폴리프로필렌을 포함하며, 전자빔으로 표면처리된 한쌍의 판상보드를 기재로 사용한 자동차용 선세이드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 선세이드(sun shade)는 자동차의 운전석 및 조수석 전방의 윈드 실드 상부인 루프 패널에 장착되어 운행중 또는 주·정차시 윈드 실드를 통해 차량 실내로 유입되는 태양의 직사광선으로부터 운전자 및 조수석의 탑승자가 전방시야를 확실하게 유지시키기 위한 차양을 말하며, 또한 상기 선세이드는 유료 도로의 통행권 등 끼울 수 있는 홀더가 구비되고, 윈드 실드 및 사이드 윈도우로 유입되는 태양광선을 차단할 수 있도록 이축(二軸)회전하는 것도 있으며, 자동차의 뒷창문에서 태양광선을 막는 브라인드 모양의 것들도 통상 선세이드라고 불리우고 있다.
이러한 종래의 선세이드는 경질의 기재와 연질의 표피재로 구성되며, 그 재질로서 기재는 주로 폴리프로필렌(PP: polypropylene), 폴리에틸렌(PE: polyethylene), 에이비에스(ABS), 우드화이버(wood fiber), 우드스톡(wood stock), 레진펠트(resin felt) 등을 매트(mat) 상태로 하고, 표피재로는 폴리비닐클로라이드(PVC: polyvinylchloride) 필름지, 폴리에틸렌 폼(PE foam) 또는 부직포 등을 상기 매트의 상하로 적층시켜 형성된 구성을 하고 있는바, 두께가 두껍게 형성되는 반면에 강도가 약한 문제점이 있었다.
그리고 선세이드를 자동차에 장착할 경우에 브라켓을 선세이드에 결합 체결하여 고정프레임에 장착하여 사용하게 되는데, 선세이드에 브라켓을 결합하기 위하여 피어싱(piercing) 작업을 통하여 선세이드 및 브라켓에 나사체결 또는 리베팅을 위한 나사공을 형성하여야 하므로 작업공수가 늘어나게 되며, 접착제를 사용하여 선세이드에 브라켓을 체결할 경우에는 접착부자재가 더 필요하므로 제조원가가 상승하게 되는 문제점이 있었다.
한편, 양마, 아마, 대마, 황마 등의 천연 마를 강화재로 이용하여 개발된 천연섬유(natural fiber)가 배합된 고분자 복합재료는 경량성, 열적안정성 등 여러 가지 장점을 가지고 있어서 자동차 내장부품을 비롯한 여러 내장재에 널리 쓰이는 우수한 소재이지만 기계적 성질과 열적 특성에 관한 데이터가 별로 확보되어 있지 못하고 국내에서는 체계적인 연구가 수행된 예가 별로 없기 때문에 고온 성형 후에 발생하는 장·단기적 변형을 줄이거나 예측하기가 어려운 상태에 있다.
천연섬유와 고분자인 폴리프로필렌(polypropylene)은 각각 친수성과 소수성을 가지므로 이들이 약 200℃의 고온에서 성형된 후 복합재료로 구성될 때 결합력(adhesive)이 상대적으로 다른 복합재료에 비해서 약해서 인장강도가 40 kgf/cm 이하이다.
고온에서 성형된 천연섬유 및 고분자 복합재는 많은 곳이 완전 접착되지 않은 상태로 남아 있게 되는데, 이는 천연섬유 표면은 친수성이지만 고분자 표면은 일반적으로 소수성을 띠므로 야기되는 문제이다. 이를 해결하고 보다 향상된 역학적 특성을 가진 복합재를 얻으려면 천연섬유를 화학적으로 적절히 처리해서 소수성을 갖게 해 주어야 한다.
천연섬유와 수지와의 접착을 증가시켜 우수한 강도를 갖는 복합재를 얻기 위해서는 적절한 결합재(coupling agent)를 사용하는 것이 매우 중요하다. 따라서 여러 연구기관에서 결합재를 소량 첨가하여 우수한 강도와 열적 특성을 갖는 제품을 만들기 위한 시도를 하였으며 인장강도를 약 80 kgf/cm 정도로 향상시켰으나 근본적인 해결책은 되지 못하였다.
그리고, 혹한 또는 혹서 등과 같은 열악한 환경에서 천연섬유/고분자 복합소재가 사용될 경우 에너지 절약 등과 관련한 단열성을 확보하기 위해서는 열전도도, 열확산도, 비열 등의 열물성 데이터의 확보가 필요하다.
또한, 향후 대부분의 제조업에 사용되는 소재들이 친환경적인 소재로 전환될 가능성이 매우 높으며 이 경우 인체에 무해하고 또 회수 및 재활용이 가능하여 환 경오염을 최소화할 수 있는 천연섬유가 함유된 기능성 소재들의 연구개발이 필수적이다.
본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 천연섬유 및 폴리프로필렌을 무수말레익 폴리프로필렌 또는 실란에서 선택된 하나 이상의 결합재로 표면처리하고, 전자빔 처리하여 얻어진 판상보드를 자동차용 선세이드의 제작에 사용하게 되었다.
이에, 본 발명의 목적은 표면 외관이 좋으면서도 인장강도, 내열충격강도 등의 기계적 강도와 열전도도 등의 열물성이 현저히 향상되고, 또한 브라켓과의 결합시 진동접착기를 사용하여 마찰열에 의해 브라켓이 녹으면서 접착되므로 접착부자재가 불필요하며, 추가공정이 필요치 않아 원가를 절감할 수 있고, 제품 표면을 미려하게 성형할 수 있는 자동차용 선세이드 및 이의 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 양마, 대마, 아마, 황마 및 모시풀로 이루어진 군에서 선택된 천연섬유 30-65 중량%, 폴리프로필렌 30-65 중량% 및 무수말레익 폴리프로필렌 또는 실란에서 선택된 하나 이상의 결합재 0.2-5 중량%를 포함하며, 전자빔으로 표면처리된 한쌍의 판상보드; 상기 한쌍의 판상보드 사이에 삽입된 발포폴리프로필렌 폼; 및 상기 한쌍의 판상보드의 상하에 적층되는 한쌍의 표피재를 포함하는 자동차용 선세이드를 제공한다.
상기 판상보드는 20 내지 150 kgf/cm의 인장강도 및 1 내지 16 mm의 내열충격변형을 나타낸다.
상기 판상보드에 사용되는 천연섬유는 내장 기재의 강도, 강성, 내충격성을 담당하게 되며 강도와 내구성이 우수하며 생산량도 풍부한 천연섬유를 선택하여 사용한다. 또, 폴리프로필렌은 기재 성형시 용융되어 천연섬유들을 결속하는 결합재의 역할과 내장 기재의 성형성을 부여하는 역할을 한다.
따라서, 천연섬유의 함량비율이 높으면 강도와 강성이 높아지게 되지만 성형성이 부족한 문제가 야기될 수 있고, 반면 폴리프로필렌의 함량비율이 높으면 강성 저하의 문제가 야기될 수 있다. 또한, 결합재의 함량비율이 높으면 폴리프로필렌과 천연섬유의 혼합에 문제가 야기될 수 있고 결합재의 함량비율이 낮으면 충분한 강성을 내지 못하는 문제가 야기될 수 있다.
또한, 상기 전자빔은 5 내지 20 kGy의 선량 및 0.1 내지 1 MeV의 에너지를 지니는 것이 바람직하며, 전자빔의 선량 및 에너지가 상기 범위를 벗어나면 천연섬유가 산화되는 문제가 야기될 수 있다.
또한, 본 발명은 양마, 대마, 아마, 황마 및 모시풀로 이루어진 군에서 선택된 천연섬유, 폴리프로필렌 및 무수말레익 폴리프로필렌 또는 실란에서 선택된 하나 이상의 결합재를 포함하며, 전자빔으로 표면처리되는 한쌍의 판상보드(2, 2a)의 제조단계; 하부 예열프레스(11) 위에 상기 제조된 한쌍의 보드(2, 2a)를 삽입하고, 상부 예열프레스(10)를 30-100톤의 압력으로 압착하여 1-2분간 예열하는 압착예열 단계; 상기 예열된 일측의 보드(2) 상층에 발포폴리프로필렌 폼(3)을 삽입한 후 성형금형(20, 21)으로 이송하여 한쌍의 보드(2, 2a)의 사이에 발포폴리프로필렌 폼이 위치하며, 상기 한쌍의 보드(2, 2a)의 상하로는 한쌍의 표피재(4, 4a)를 적층하는 이송적층단계; 및 상기 성형금형(20, 21)으로 이송하여 적층된 적층소재의 온도가 25-35℃로 될 때까지 상부성형금형(20)을 1-3kg/㎠의 압력으로 압착하여 1-2분간 성형하는 압착성형단계를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는 자동차용 선세이드 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 의한 자동차용 선세이드 제조방법을 도 5 내지 도 8을 참고하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 자동차용 선세이드의 제조방법을 도시한 공정도이다.
상기 판상보드(2, 2a)의 제조단계는 폴리프로필렌에 무수말레익 폴리프로필렌을 혼합하여 사출하는 단계; 상기 얻어진 사출물에 양마, 대마, 아마, 황마 및 모시풀로 이루어진 군에서 선택된 천연섬유를 혼합하는 단계; 상기 얻어진 혼합섬유에 실란 화합물을 가하여 함침시키고 건조하는 단계; 상기 건조된 혼합섬유를 가압 성형하여 보드를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 보드에 전자빔을 조사하는 단계로 이루어진다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 판상보드(2, 2a)는 70-90 mm의 길이로 절단하여 준비된 폴리프로필렌 100 중량%에 대하여 무수말레익 폴리프로필렌 0.1-5 중량%를 혼합하여 사출하는 단계; 상기 얻어진 사출물 35 내지 65 중량%에 양마, 대마, 아마, 황마 및 모시풀로 이루어진 군에서 선택된 천연섬유 35 내지 65 중량%를 혼합하는 단계; 상기 얻어진 혼합섬유 100 중량%에 대하여 실란 화합물 0.2-3 중량%를 가하여 함침시키고 건조하는 단계; 상기 건조된 혼합섬유를 가압 성형하여 보드를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 보드에 전자빔을 조사하는 단계를 거쳐 제조된다.
상기 천연섬유는 강도와 내구성이 우수하며 생산량도 풍부한 천연섬유를 선택하여 사용하며, 상기 폴리프로필렌 섬유는 기재 성형시 용융되어 천연섬유들을 결속하는 결합재의 역할과 내장 기재의 성형성을 부여하는 역할을 한다.
따라서, 천연섬유는 내장 기재의 강도와 강성, 내충격성을 담당하는데 천연섬유의 혼합비율이 높으면 강도와 강성이 높아지게 되지만 성형성이 부족하게 된다.
상기 판상보드의 제조에서 무수말레익 폴리프로필렌의 함량이 상기 범위를 벗어나면 폴리프로필렌과 천연섬유의 혼합에 문제가 야기될 수 있고, 상기 사출공정은 생산업체에 원재료를 공급하여 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려진 방법으로 수행된다.
또한, 상기 천연섬유의 혼합공정은 니들펀칭(needle punching)으로 수행된다.
또한, 상기 실란 화합물의 바람직한 예로는 비닐트리클로로실란, 비닐트리스(β-메톡시-에톡시)실란, 비닐트리에톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메 톡시실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-메틸캅토프로필트리메톡시실란 및 γ-클로로프로필트리메톡시실란으로 구성된 군에서 선택될 수 있고, 실란 화합물을 이용하여 6-9시간 동안 푹 잠긴 상태에서 천연섬유를 함침시키고, 수분함량이 15% 이하가 되도록 건조한다.
이때, 실란 화합물의 함량이 상기 범위를 벗어나면 폴리프로필렌과 천연섬유의 혼합에 문제가 야기되거나 충분한 강성을 내지 못할 수 있다.
또한, 상기 가압 성형공정은 180-220의 온도에서 1-2분간 가열압착하며, 상기 전자빔 조사공정은 5 내지 20 kGy의 선량 및 0.1 내지 1 MeV의 에너지를 지닌 전자빔을 조사하는 것이 바람직하며, 전자빔의 선량 및 에너지가 상기 범위를 벗어나면 천연섬유가 산화되는 문제가 야기될 수 있다.
그리고 상기 발포폴리프로필렌(EPP) 폼(3)을 제조하기 위해서는 EPP를 열매개체인 포화증기를 이용하여 충분히 연화시켜서 EPP를 팽창시켜 비드(bead)화 하고, EPP를 발포하여 일정시간 동안 숙성 건조시킨 후 발포립을 판모양, 블록모양 또는 통모양의 제품을 얻을 수 있는 금형에 채우고 스팀을 가하여 발포립 내의 발포제 및 공기의 팽창에 의한 발포립의 팽창에 의해 발포립 입자들끼리 융착시켜 금형에서 분리하여도 금형의 모양을 유지토록 성형하고, 상기와 같이 성형된 EPP 폼은 띠톱, 칼 또는 전열선을 이용하여 판상의 보드 또는 시트 상태로 재단함으로써 EPP 폼(3)을 형성한다.
상기와 같은 발포입자의 숙성은 발포 직후에 입자 내의 발포제가 외부로 방출되어 내부가 감압 상태가 되었을 때 대기중의 공기가 발포입자 내부로 침투되어 점차 대기압과 같은 상태로 되도록 숙성시킨다. 이렇게 발포입자 내부의 압력이 증가하는 이유는 공기가 발포립 내부로 침투하는 속도가 발포제 및 수분의 유출보다 빠르기 때문이다.
따라서 충분히 숙성시키지 않고 성형할 경우 내부압이 감압 상태이기 때문에 외부압을 견디지 못하고 수축되어 외력을 제거해도 원상으로 복원되지 않는다. 결과적으로 발포입자의 숙성은 발포제 내의 잔존 발포제를 일정 기간동안 휘발시켜 줄이기 위한 것이다.
이하, 상기와 같이 제조된 판상보드(2, 2a) 및 EPP 폼(3)을 이용하여 자동차용 선세이드를 제조하기 위한 본 발명에 따른 제조방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저 상기 제조된 한쌍의 판상보드(2, 2a)를 하부 예열프레스(11)에 삽입하고, 상부 예열프레스(10)를 30-100톤의 압력으로 압착하여 1-2분간 예열하는 압착예열단계를 수행한다.
이때 상기 예열프레스(10, 11)는 190-210℃의 온도를 유지하고 있고, 가압예열하기 전의 판상보드(2, 2a)의 두께는 10-20 mm를 유지하고 있으며 가압 예열과정을 거친 후에는 2 mm로 압착된 유연성의 판재로 변형되는데, 이러한 이유는 판상보드(2, 2a)의 PP 섬유가 열가소성 물질로서 예열프레스(10, 11)에서 열을 전달받아 쉽게 변형이 가능하게 되기 때문이다.
그리고 압착예열단계에서 압착예열되는 판상보드(2, 2a)는 150×200cm의 판상으로서 가압력이 전체면적에 대하여 30-100톤이므로 단위면적당 받는 힘은 1-3kg/㎠이 되는데, 이는 후술할 압착성형단계에서의 설계기준을 단위면적당 받는 압력을 2kg/㎠으로 기준하여 설계한 것에서 비롯된 것으로서, 단위면적당 2kg/㎠의 압력으로 설계할 경우 전체면적에 대하여는 60톤의 압력이 필요하게 되므로 여유범위를 두어 30-100ton의 압력으로 압착한다.
또한, 예열프레스의 온도가 165℃ 이하가 되면 압착성형단계에서 성형이 제대로 이루어지 않으며, 166-190℃의 범위에서는 천연섬유의 보풀냄새가 나게 되고, 245℃ 이상이 되면 PP와 천연섬유의 물성의 변화를 유발하여 목적하는 제품을 성형할 수 없으며, 200-244℃의 범위에서는 천연섬유가 심하게 타서 탄내가 나므로 좋은 품질의 제품을 얻기 위하여는 190-210℃의 온도범위에서 압착예열하는 것이 바람직하다.
그 다음 상기 압착예열단계를 거쳐 예열된 일측의 판상보드(2) 상층에 쿠션재로 EPP 폼(3)을 삽입한 후 성형금형(20, 21)으로 이송하여 판상보드(2, 2a)의 사이에 EPP 폼(3)이 위치하고, 판상보드(2, 2a)의 상하로는 표피재(4, 4a)가 위치하도록 적층하는 이송적층단계를 수행하며, 상기 표피재(4, 4a)로는 연질 폴리비닐클로라이드(PVC) 또는 열가소성 올레핀계 엘라스토머(TPO) 쉬트나 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르 직물 또는 부직포를 사용한다.
상기 이송적층단계에서 상기 판상보드(2, 2a)는 유연성의 판재로 존재하여 변형이 일어날 수 있으므로 이송과정에 주의를 요하게 되며, 따라서 판상보드(2, 2a)가 지나친 유연성을 갖지 않도록 상기 압착예열단계에서는 예열프레스(10, 11)의 온도가 190-210℃를 유지하도록 한다.
그리고 상기 이송적층단계를 거쳐 성형금형(20, 21)으로 이송하여 적층된 적층소재의 온도가 25-35℃로 될 때까지 상부성형금형(20)을 1-3kg/㎠의 압력으로 압착하여 1-2분간 성형하는 압착성형단계를 거쳐 자동차용 선세이드의 제조가 완료된다.
상기 압착성형단계에 사용되는 상,하부 성형금형(20, 21)에는 냉각수 파이프(20b, 21b)가 다수 내설되어 있어 냉각수가 순환되는데, 이때 열가소성 물질인 판상보드(2, 2a)는 압착예열단계를 거쳐 용융되었다가 성형금형(20, 21) 내로 순환되는 냉각수에 의해 냉각되면서 경화되므로, 각각의 판상보드(2, 2a) 상하측으로 상기 EPP 폼(3) 및 표피재(4, 4a)가 맞대어 접촉된 상태에서 판상보드(2, 2a)에 함유된 PP섬유가 경화됨에 따라 EPP 폼(3) 및 표피재(4, 4a)가 상기 판상보드(2, 2a)와 일체로 접착된다.
또한, 상기 압착성형단계를 거치는 과정에서 상,하부 성형금형(20, 21)의 내부에 존재하는 공기는 상,하부 성형금형(20, 21)에 각각 형성되어 있는 공기배출노즐(20a, 21a)을 통하여 성형금형(20, 21)의 외부로 자동 배출됨으로써, 공기에 의한 제품 표면의 결함이 발생되는 것을 방지하면서 기재의 온도가 25-35℃로 될 때까지 1-2분간 지속적으로 압착할 수 있게 되는 것이다.
또한, 상부 성형금형(20)은 도 5의 (다) 및 (라)에 각각 도시되어 있는 바와 같이 하부 성형금형(21)과 접촉되는 일측면이 날카롭게 형성되어 있기 때문에, 성 형금형(20, 21)의 내부로 삽입된 재료의 여분을 말끔하게 잘라낼 수 있게 됨으로써, 상기 압착성형단계에서 중간부에 쿠션재로 EPP 폼(3)이 위치하고, 상기 EPP 폼(3)의 상하로 한쌍의 판상보드(2, 2a)가 적층되며, 상기 판상보드(2, 2a)의 상하로 한쌍의 표피재(4, 4a)가 적층되어 5층 구조로 이루어진 선세이드(1)의 양측 끝단을 엣지부(6)로 봉인 처리가 가능하게 된다.
전술한 바와 같이 제조된 자동차용 선세이드(1)를 자동차에 실제로 설치하고자 할 경우에는 차체의 고정프레임에 선세이드(1)를 결합하여 사용하게 되며, 선세이드(1)의 움직임을 원활하게 하기 위하여 선세이드(1)에 브라켓(5)을 고정시킨 상태에서 고정프레임에 결합하게 되는데, 이후에는 본 발명에 의한 다른 실시예로서 선세이드(1)와 브라켓(5)이 일체로 결합되어 이루어진 자동차용 선세이드의 제조방법에 대하여 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명하고자 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 자동차용 선세이드의 제조방법을 도시한 공정도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 제조방법에서 자동차용 선세이드와 브라켓의 결합상태를 도시한 분해사시도이고, 도 8은 도 7의 A-A'선 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 자동차용 선세이드의 제조방법은, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 압착성형단계를 거쳐 제조된 선세이드(1)는 하부 진동접착기(31)로 이송하여 장착시키고, 브라켓(5)은 상부 진동접착기(30)로 이송하여 장착시킨 상태에서, 상부 진동접착기(30)를 60-80kg/㎠의 압력으로 압착하면서 4초간 좌우로 진동시키는 진동접착단계를 추가로 거치는 것에 의하여, 브라켓(5)이 접착 된 상태의 선세이드(1)를 제조할 수 있게 된다.
상기와 같은 진동접착단계에서는 하부 진동접착기(31)를 고정시킨 상태에서 상부 진동접착기(30)만이 좌우로 움직이도록 하여 브라켓(5)의 움직임을 유발하며, 이때 브라켓(5)과 선세이드(1)의 마찰에 의해 발생하는 마찰열로 인하여 선세이드(1)와의 접촉면에서 브라켓(5)이 녹으면서 선세이드(1)와 접착되므로 상부 진동접착기(30)의 진동력을 그대로 받을 수 있도록 60-80kg/㎠ 압력으로 4초간 압착하게 된다.
그리고 상부 진동접착기(30)의 진동폭이 좁으면 충분한 마찰열을 발생시키기 어렵고, 또 너무 넓어지게 되면 표피재(4)의 표면이 손상되어 선세이드(1) 표면의 미려함이 저하될 수 있으므로 진동폭은 0.8mm를 유지하여야 하고, 진동수는 초당 100-500회 정도로 실행할 수 있으며, 바람직하게는 초당 250회를 유지하는 것이 효 과적이다.
이와 같이 제조된 자동차용 선세이드는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 선세이드(1)의 옆면에 브라켓(5)이 접착되어 형성되며, 첨부도면에서는 설명의 편의상 일측면 만을 도시하여 나타내었으나 도면에 도시된 반대측 면에도 브라켓(5)이 동일한 형상으로 접착되고, 또한 엣지부(6) 역시 압착성형단계를 통하여 도면에 도시된 반대측 면에도 동일한 형상으로 형성된다.
이하, 하기 실시예에 의해 본 발명의 자동차용 선세이드에 적용되는 판상보드를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>
본 발명의 판상보드의 내열충격강도, 인장강도 및 열물성을 비교평가하기 위하여, 하기 세 종류의 보드 시편을 제작하였다.
먼저, 폴리프로필렌(polypropylene; PP) 100 중량%에 대하여 무수말레익 폴리프로필렌(maleated polypropylene; MAPP)을 3 중량%로 혼합하여 사출한 후, 사출물 50 중량%에 황마 50 중량%를 혼합하였다.
그 후, 상기 혼합섬유로 제조된 펠트(felt)를 N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란(N-(β-aminoethyl)-γ-amino propyltrimethoxy silane; AEAPTMS)이 0.3 중량%가 되도록 제조된 AEAPTMS 수용액에 푹 잠기게 8시간 동안 함침시킨 후, 수분 함량이 15%가 되도록 건조하고, 200℃에서 2분간 압착하여 가압 성형하고 재단하여 가로 10cm X 세로 10cm X 두께 1cm인 시편을 제조하였다. 제조된 시편의 SEM 사진은 도 1a과 같다.
< 비교예 1>
폴리프로필렌 50 중량% 및 황마 50 중량%를 섞은 후, 200℃에서 2분간 압착하여 가압 성형하고 재단하여 가로 10cm X 세로 10cm X 두께 1cm인 시편을 제조하였다. 제조된 시편의 SEM 사진은 도 1b와 같다.
< 비교예 2>
결합재로 AEMPTMS를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시편을 제조하였다. 제조된 시편의 SEM 사진은 도 1c와 같다.
< 비교예 3>
0.3 중량%의 AEMPTMS 수용액 대신 1.0 중량%의 AEMPTMS 수용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시편을 제조하였다.
< 비교예 4>
0.3 중량%의 AEMPTMS 수용액 대신 3.0 중량%의 셀룰로오스 수용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시편을 제조하였다.
< 실험예 1> 단기내열성 측정
실시예 및 비교예에서 제조된 시편에 대하여, [(110℃ X 5 hr → RT X 5 hr) X 2 cycles]와 같은 열 사이클을 적용하여 단기내열성을 검토하였다.
실시예 1 및 비교예 2에서 제조한 각 시편의 단기내열성 결과는 표 1 및 표 2와 같고, 이러한 결과는 시험전후 캠브의 처진 거리(mm)로 나타내었다. 이러한 결과로부터 실시예 1에서 제조된 시편의 캠브 처짐이 비교예에 비해 월등히 개선된 것을 알 수 있고, 따라서 MAPP와 실란이 서로 가교역할을 해서 폴리프로필렌과 황마를 잘 결합하여 준다는 것을 확인할 수 있다.
시편 (실시예1) 시험전 시험후 결과
Front Rear Front Rear Front Rear
1 27 31 26 30.5 -1 -0.5
2 23.5 28.5 21.5 26.5 -2 -2
3 25 31 23 29.5 -2 -1.5
시편 (비교예2) 시험전 시험후 결과
Front Rear Front Rear Front Rear
1 30 35 14 20 -16 -15
2 28 33 15 20 -13 -13
3 31 35 15 20 -16 -15
4 28 33 13 20 -15 -13
또, 0.3 중량%의 실란 수용액 대신 1.0 중량%의 실란 수용액과 3.0 중량%의 셀룰로오스 수용액을 각각 사용한 비교예 3 및 비교예 4의 단기내열성 결과는 표 3과 같고, 실시예 1보다 캠브의 변형이 훨씬 심한 것으로 확인되었다.
시편 시험전 시험후 결과
Front Rear Front Rear Front Rear
비교예3 1 26 32 15 20 -11 -12
2 24 29.5 16.5 23 -7.5 -6.5
비교예4 3 24 30.5 15.5 21 -8.5 -9.5
4 26.5 32 15 21.5 -11.5 -10.5
< 실험예 2> 열물성 측정
실시예 및 비교예에서 제조된 시편에 전자빔 0, 5, 10, 15, 20 kGy으로 선량을 차등화하여 에너지가 0.5 MeV인 전자빔을 조사하였다.
도 2a 내지 도 2d는 전자빔의 선량이 증가함에 따라 실시예 1의 시편 표면의 형태가 변화하는 것을 SEM 사진으로 확인한 것이다.
상기 전자빔을 조사한 시편들의 열전도도를 측정하기 위하여, 평판법(guarded hot plate) 측정장치를 사용하였다. 상기 장치는 도 3에 나타난 바와 같이, 시편들을 열판과 냉판 사이에 장착시키고 열류를 흘려서 시편의 온도 변화를 시간에 따라 측정하여 열전도도로 환산하였다(A: 열판, B: 시편, C: 열흐름 미터, D: 냉판).
측정된 각 시편들의 열전도도(단위: 10-2 W/mK)는 표 4에 나타난 바와 같이, 4.6 내지 5.5 X 10-2 W/mK 사이에 분포하며, 선량이 10 kGy일 때 최소값을 보이며 선량이 증가할수록 약간 증가하다가 20 kGy 이상이 되면 어느 정도 포화됨을 확인하였다.
조사량(kGy) 0 5 10 15 20
실시예1 5.09 5.37 4.92 5.03 5.26
비교예1 5.03 5.26 4.67 5.10 5.10
비교예2 5.13 5.26 4.75 5.30 5.46
< 실험예 3> 내열충격강도 측정
실시예 및 비교예에서 제조된 시편에 전자빔 0, 5, 10, 15, 20 kGy으로 선량을 차등화하여 에너지가 0.5 MeV인 전자빔을 조사하여 준비된 시편에 [(-30℃ X 2 hr → RT X 0.5 hr → 90 X 2 hr → RT X 0.5 hr → 50, 95% humidity X 15 hr → RT X 0.5 hr) X 3 cycles]와 같은 열 사이클을 적용한 후, 도 4와 같은 구조로 자중에 의한 변형정도를 측정하였다.
측정된 각 시편들의 열충격 후의 변형(단위: mm)은 표 5에 나타난 바와 같이, 선량이 10 kGy일 때 가장 변형이 크지만 비교예 1의 10 kGy를 제외하고는 변형이 2.65 mm 이내에 존재하는 것을 확인하였다.
조사량(kGy) 0 5 10 15 20
실시예1 +1.05 +1.75 -1.50 -0.5 +2.60
비교예1 +2.45 +1.70 +2.65 +1.75 +2.45
비교예2 -0.25 +1.65 +1.95 +1.50 -0.55
< 실험예 4> 인장강도 측정
실시예 및 비교예에서 제조된 시편에 전자빔 0, 5, 10, 15, 20 kGy으로 선량을 차등화하여 에너지가 0.5 MeV인 전자빔을 조사하여 준비된 시편의 인장강도를 측정하기 위하여, 울산대학 공동기기센터에서 보유중인 인장강도 측정기(제품명: 3365, 제조사: INSTRON)를 사용하였다.
측정된 각 시편들의 인장강도(단위: N/cm2)는 표 6에 나타난 바와 같이, 선량이 10 kGy일 때 인장강도가 가장 낮았고, 15 kGy일 때 인장강도가 가장 크게 나타났다.
조사량(kGy) 0 5 10 15 20
실시예1 82.01 56.77 50.37 88.69 54.76
비교예1 83.49 58.47 48.35 60.65 54.73
비교예2 81.43 79.54 69.19 97.78 87.06
앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 선세이드는 표면 외관이 좋으면서도 인장강도, 내열충격강도 등의 기계적 강도와 열전도도 등의 열물성이 현저히 향상되고, 또한 브라켓과의 결합시 진동접착기를 사용하여 마찰열에 의해 브라켓이 녹으면서 접착되므로 접착부자재가 불필요하며, 추가공정이 필요치 않아 원가를 절감할 수 있고, 제품 표면을 미려하게 성형할 수 있다.

Claims (7)

  1. 양마, 대마, 아마, 황마 및 모시풀로 이루어진 군에서 선택된 천연섬유 30-65 중량%, 폴리프로필렌 30-65 중량% 및 무수말레익 폴리프로필렌 또는 실란에서 선택된 하나 이상의 결합재 0.2-5 중량%를 포함하며, 전자빔으로 표면처리된 한쌍의 판상보드; 상기 한쌍의 판상보드 사이에 삽입된 발포폴리프로필렌 폼; 및 상기 한쌍의 판상보드의 상하에 적층되는 한쌍의 표피재를 포함하는 자동차용 선세이드.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전자빔은 5 내지 20 kGy의 선량 및 0.1 내지 1 MeV의 에너지를 지닌 것을 특징으로 하는 자동차용 선세이드.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 판상보드는 20 내지 150 kgf/cm의 인장강도 및 1 내지 16 mm의 내열충격변형을 나타내는 것을 특징으로 하는 자동차용 선세이드.
  4. 양마, 대마, 아마, 황마 및 모시풀로 이루어진 군에서 선택된 천연섬유, 폴리프로필렌 및 무수말레익 폴리프로필렌 또는 실란에서 선택된 하나 이상의 결합재를 포함하며, 전자빔으로 표면처리되는 한쌍의 판상보드의 제조단계;
    하부 예열프레스 위에 상기 제조된 한쌍의 보드를 삽입하고, 상부 예열프레스를 30-100톤의 압력으로 압착하여 1-2분간 예열하는 압착예열단계;
    상기 예열된 일측의 보드 상층에 발포폴리프로필렌 폼을 삽입한 후 성형금형으로 이송하여 한쌍의 보드의 사이에는 발포폴리프로필렌 폼이 위치하며, 상기 한쌍의 보드의 상하로는 한쌍의 표피재를 적층하는 이송적층단계; 및
    상기 성형금형으로 이송하여 적층된 적층소재의 온도가 25-35℃로 될 때까지 상부성형금형을 1-3kg/㎠의 압력으로 압착하여 1-2분간 성형하는 압착성형단계
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 선세이드 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 판상보드의 제조단계는
    폴리프로필렌에 무수말레익 폴리프로필렌을 혼합하여 사출하는 단계;
    상기 얻어진 사출물에 양마, 대마, 아마, 황마 및 모시풀로 이루어진 군에서 선택된 천연섬유를 혼합하는 단계;
    상기 얻어진 혼합섬유에 실란 화합물을 가하여 함침시키고 건조하는 단계;
    상기 건조된 혼합섬유를 가압 성형하여 보드를 제조하는 단계; 및
    상기 제조된 보드에 전자빔을 조사하는 단계
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 선세이드 제조방법.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 전자빔은 5 내지 20 kGy의 선량 및 0.1 내지 1 MeV의 에너지를 지닌 것을 특징으로 하는 자동차용 선세이드 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 압착성형단계를 거쳐 제조된 선세이드는 하부 진동접착기로 이송하여 장착하고, 브라켓은 상부 진동접착기로 이송하여 장착하고, 상부 진동접착기를 60-80kg/㎠의 압력으로 압착하면서 4초간 좌우로 진동시키는 진동접착단계를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는 자동차용 선세이드 제조방법.
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