KR20080113403A - 통합 충돌 관리를 갖는 장섬유 열가소성 복합재 머플러 시스템 - Google Patents

통합 충돌 관리를 갖는 장섬유 열가소성 복합재 머플러 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 장섬유 열가소성 재료로 형성된 복합재 머플러 시스템을 제공한다. 장섬유 열가소성 기술에 의하면, 섬유는 더 적은 섬유 로딩에서 구조적 강도를 제공하기에 충분한 길이를 유지할 수 있다. 복합재 머플러 시스템을 형성하기 위한 장섬유 열가소성 재료는 화학적 그리고 열적 저항은 물론 증가된 충격 강도와 내크리프성을 또한 제공한다. 장섬유 열가소성 물질로 성형된 머플러는 종래 단섬유계 몰딩에 비해 향상된 치수 안정성을 제공한다. 하나의 적절한 머플러 구조가 적어도 하나의 장섬유 열가소성 쉘 부분을 포함하는 다부품 머플러 조립체이다. 본 발명에 따르면, 장섬유 열가소성 재료와 몰딩이 단일방향성 또는 직조 인레이 (woven inlay) 의 프리폼의 오버몰딩 (over-molding) 과 조합될 수 있으며, 이는 국부적인 구조적 성능을 제공한다. 그러한 프리폼의 사용은 범퍼 머플러 조합체와 같은 고온 구조적 제품의 제조에서의 사용에 특히 적합하다.
장섬유, 열가소성, 머플러.

Description

통합 충돌 관리를 갖는 장섬유 열가소성 복합재 머플러 시스템{LONG FIBER THERMOPLASTIC COMPOSITE MUFFLER SYSTEM WITH INTEGRATED CRASH MANAGEMENT}
본 발명은 구조적 무결성을 제공하기 위해 장섬유를 포함하는 복합재 머플러 시스템에 관한 것이다. 머플러는 범퍼, 로커 패널, 에어 댐, 스포일러, 사이드보드 및 보디 모듈 (body module) 과 같은 부분을 형성하도록 자동차 내 한정된 공간에 또는 페시아 (facia) 와 조합되어 사용될 수 있는 형상으로 성형될 수 있다.
본 발명은 장섬유 열가소성 재료로 형성된 복합재 머플러 시스템을 제공한다. 장섬유 열가소성 기술에 의하면, 섬유는 더 적은 섬유 로딩에서 구조적 강도를 제공하기에 충분한 길이를 유지할 수 있다. 복합재 머플러 시스템을 형성하기 위한 장섬유 열가소성 재료는 화학적 그리고 열적 저항은 물론 증가된 충격 강도와 내크리프성을 또한 제공한다. 장섬유 열가소성 물질로 성형된 머플러는 종래 단섬유계 몰딩에 비해 향상된 치수 안정성을 제공한다. 하나의 적절한 머플러 구조가 적어도 하나의 장섬유 열가소성 쉘 부분을 포함하는 다부품 머플러 조립체이다. 본 발명에 따르면, 장섬유 열가소성 재료와 몰딩이 단일방향성 또는 직조 인레이 (woven inlay) 의 프리폼의 오버몰딩 (over-molding) 과 조합될 수 있으며, 이는 국부적인 구조적 성능을 제공한다. 그러한 프리폼의 사용은 범퍼 머플러 조합체와 같은 고온 구조적 제품의 제조에서의 사용에 특히 적합하다.
본 발명의 복합재 머플러의 장섬유 열가소성 몰딩은 복잡한 형상 및 조립 단계를 줄인 부분 통합을 허용하고, 포장 공간 감소 및 종래 방법보다 더 양호한 경제성 및 향상된 특성을 제공하면서, 개별 유닛으로서 또는 다른 차량 부품 (범퍼 시스템, 에어 댐, 바퀴집, 로커 패널 등) 에 통합되어서 차량 설계 공간에 어울리도록 성형한다. 충전 시스템 그리고 일체형 공기유동 촉진 구성과 결합된 장섬유 열가소성 물질의 조합은 감소된 표면 온도를 허용하고, 이는 포장 공간의 감소뿐만 아니라 차량에서 일반적인 열 차단 요구를 더 감소시킨다. 저면 보호 기능부 및 부착 구성과 같은 다른 구성이 차체에 통합될 수 있다.
장섬유 열가소성 물질계 제품은 입력물로서 장섬유 열가소성 펠릿을 사용하는 주입 성형 및 압축 성형과 같이 여러 성형 기술의 사용이 허용된다. 펠릿의 직접 합성 (direct compounding), 또는 불규칙 섬유 또는 직조 섬유와 하이브리드의 시트를 이용하는 예비합성된 시트의 압축 성형을 이용하는 것도 또한 가능하다. 섬유는 일반적으로 유리계이지만, 대안적으로 탄소, 미네랄, 네추럴 (natural), 강, 구리, 다른 금속 또는 아라미드와 같은 합성 섬유일 수 있다.
장섬유 열가소성 재료를 사용하면, 복잡한 구성 세부를 제조할 수 있고, 여러 머플러 쉘 연결 방법을 사용할 수 있다. 장섬유 열가소성 재료의 설계는 자동화 조립의 효율과 능력을 더 높일 수 있는 부품의 더미 조립 (stacked assembling) 에 특히 적합하다.
본 발명의 제 1 태양에 따르면, 머플러 조립체는 범퍼, 로커 패널, 에어 댐 또는 사이드보드와 같은 자동차 부품의 일부로서 제공된다. 장섬유 열가소성 복합재 재료로 형성된 외부 쉘을 갖는 머플러는 부품의 일부를 형성하거나 그 부품의 외부 페시아에 적합하도록 형성될 수 있다. 즉, 머플러는 커플링되는 부품과는 별개 부재일 수 있고 또는 그 부품의 일체형 부분으로 형성될 수 있다. 천공 파이프는 파이프로부터 작은 금속 부분을 완전히 제거함으로써 형성된 개구를 포함할 수 있다. 대안적으로는, 천공 파이프는 루버 파이프 (louvered pipe) 를 포함할 수 있고, 파이프의 작은 구획을 자른 후 바깥쪽으로 굽힘으로써 개구가 형성될 수 있다. 간략화를 위해 도면에는 파이프를 통한 직선형 유동을 나타내었지만, 파이프는 머플러 조립체 내에 s자 곡선 또는 다른 복잡한 곡선을 형성하도록 굽은 구획을 포함할 수 있다.
머플러는 배기 가스를 수용하기 위해 천공 파이프를 포함하고, 천공 파이프와 외부 쉘 사이에서 외부 쉘에 제공된 섬유질 재료를 포함한다. 섬유질 재료는 제 1 및 제 2 쉘 부분에 각각 수용되는 다중 재료 프리폼으로 형성될 수 있다. 대안적으로는, 섬유질 재료는 외부 쉘의 내부 공동 내에 제공된 루스 (loose) 또는 백드 '텍스쳐' (bagged 'texturized') 울 유형의 제품을 포함할 수 있다. 또한, 섬유질 재료가 천공 파이프를 둘러싸거나 외부 쉘의 내부 공동을 충전하는 매트 제품을 포함하는 것을 상정할 수 있다. 또한, 이러한 충전 기술의 조합을 사용하는 것을 상정할 수 있다. 예컨대, 1차 절연체는 매트와 파이프 사이에 설치된 '텍스쳐' 울의 폼 (form) 또는 프리폼이지만, 2차 열 및 공기 절연 구획으로서 작용하도록 매트 제품이 쉘 내에 설치될 수 있다.
머플러 조립체는 머플러 외부 쉘과 배기 파이프 사이에 위치되는 열 차폐물을 더 포함할 수 있다. 외부 쉘 내에 천공 파이프의 일부를 유지하기 위한 적어도 하나의 부싱을 또한 포함할 수 있다. 부싱은 파이프의 온도를 낮추기 위한 히트 싱크, 엔진으로부터 머플러 쉘에 전달되는 물리적 응력을 감소시키기 위한 진동 흡수기, 또는 자동차 충돌 관리 시스템의 일부로서 작용하는 구조적 강화물로서 작용하는 것을 포함하여 여러 임무를 행할 수 있다. 머플러는 일반적으로 전방, 후방, 상측 및 하측 표면을 갖는 메인 보디이다. 메인 보디의 일부는 자동차의 페시아 또는 미적 표면은 물론 머플러의 외부 쉘의 적어도 일부를 규정할 수 있다.
본 발명의 이해를 돕기 위해 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부도면은 본 발명의 실시형태를 나타내며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 열가소성 머플러의 분해 사시도이다.
도 1a 는 도 1 의 선 A-A 를 따라 자른 본 발명에 따른 머플러의 부분 단면도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 열가소성 머플러의 분해 사시도이다.
도 2a 는 도 2 의 선 A-A 를 따라 자른 단면도이다.
도 2b 는 도 2 의 머플러의 반대측의 세부 사시도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 열가소성 머플러의 분해 사시도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 머플러 및 일체로 형성된 충격 부재의 단면도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 머플러 쉘의 사시도로서, 선택적인 절연 블랭킷을 보여준다.
도 6 은 상용 트럭의 사시도로서, 본 발명에 따른 선택적인 수평방향 및 수직방향 머플러 조립체를 보여준다.
도 7 은 본 발명에 따른 머플러를 제조하는데 유용한, 직접 합성 장섬유 열가소성 압출기의 설계도이다.
본 발명에 따른 장섬유 열가소성 복합재 머플러 (100) 가 도 1 에 도시되어 있는데, 제 1 외부 쉘 (112A) 및 제 2 외부 쉘 (112B), 다공성 파이프 (114) 및 내연 기관으로부터 오리피스 (120) 를 통해 챔버 (110) 내로 그리고 대기로 배기가스의 유체 소통을 위한 입구 부싱 (116) 과 출구 부싱 (118) 을 포함한다.
도 1 에 나타낸 것처럼, 제 1 외부 쉘 (112A) 및 제 2 외부 쉘 (112B) 은 차체 아래의 공간에 끼워 맞춰지는 형상을 가질 수 있다. 머플러 (100) 의 챔버 내에 배플 (122) 이 포함될 수 있다. 배플은 쉘의 내부를 불연속 구역으로 분리하여 머플러의 음향 성능을 향상시키고, 선택적으로는 배플 (122) 에 의해 형성된 불연속 공간들을 유체 소통이 가능하도록 천공되어 있을 수 있다. 챔버는 다공성 파이프 (114) 와 머플러 챔버 (110) 의 내부 표면 사이에서 섬유질 흡수재 (도시 안 됨) 로 충전될 수 있다. 그러한 흡수성 소음기는 흡음재 (sound absorbing material) 의 흡음 특성에 의해 음향 에너지를 효과적으로 감소시킨다. 도 1a 에 나타낸 것처럼, 부싱 (116) 은 금속 폴리머 계면에서 적절한 정도로 온도를 낮추기 위해 히트 싱크로서 작용하는 사인 곡선형 또는 다른 형태로 증가하는 표면적을 포함하도록 성형될 수 있다. 쉘 (112A, 112B) 은 부싱 (116) 의 외부 에지 (126) 를 수용하기 위해 플랜지 (124A) 를 포함한다. 에지 (126) 와 플랜지 (124A) 사이의 커플링은 시일 (128), 바람직하게는 Viton (미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 뒤퐁사로부터 구입가능함) 과 같은 가요성 고온 시일 또는 실리콘계 밀봉제로 형성된 시일을 포함할 수 있다. 시일 (128) 은 플랜지 (124A) 에서 부싱 (116) 의 온도를 더 감소시키고, 공차 보정을 제공하며, 상이한 열팽창 계수를 보상한다. 시일 (128) 은 부싱 (116) 에 단일 링으로서 위치되거나 또는 머플러 쉘 내에 성형될 수 있다. 직사각형 플랜지 (124A) 를 나타내었지만, 계면은 밀봉 및 위치결정을 제공하는 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다. 부싱 계면 형상은 일반적으로 배기 파이프에 수직한 원형 형상이지만, 다른 형상 또는 위치를 가질 수도 있다.
도 1 에 나타낸 것처럼, 제 1 쉘 (112A) 은 바람직하게는 머플러 (100) 의 입구 단부에 플랜지 (124A) 를 그리고 머플러 (100) 의 출구 단부에 제 2 플랜지 (도시 안 됨) 를 포함한다. 제 2 쉘 (114B) 은 바람직하게는 머플러 (100) 의 입구 단부에 플랜지 (124B) 를 그리고 머플러의 출구 단부에 제 2 플랜지 (130) 를 포함한다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 배플 (122) 의 외부 에지를 수용하기 위해 제 1 쉘 (112A) 은 성형된 플랜지 (132A) 를 포함할 수 있고 제 2 쉘 (112B) 은 성형된 플랜지 (132B) 를 포함할 수 있다. 성형된 플랜지 (132A, 132B) 는 시일 (128) 과 유사한 시일 (도시 안 됨) 을 포함할 수 있다. 머플러 (100) 는 부싱 (116) 을 향해 공기 유동을 증가시키기 위해 머플러 (100) 의 전연에 공기 안내부 (136) 포함할 수 있다. 상류 부싱 (116) 이 엔진에 더 가까우므로 부싱 (118) 보다 더 높은 온도에서 작동하기 때문에, 증가된 공기 유동 및 냉각이 상류 부싱 (116) 에서 유리하다. 부싱 (116) 에서의 온도를 낮추기 위해 머플러 (100) 외부에서 배기 파이프 (114) 에 히트 싱크 (117) 가 선택적으로 부가될 수 있다.
본 발명에 따르면, 머플러 (100) 는 다공성 파이프 (114) 및 배플 (122) 을 포함하도록 조립된다. 쉘 (112A, 112B) 은 에지 (134A, 134B) 가 접촉하도록 서로 합쳐진다. 그리고 나서, 에지 (134A, 134B) 는 열 융착, 초음파 용접, 레이저 용접 및 접착제와 같은 다양한 방법에 의해 결합되거나 또는 스냅 핏 (snap fit) 기구 또는 다수의 후크에 의해 물리적으로 연결될 수 있다.
조립된 머플러 (100) 는 본 기술분야의 당업자에게 공지된 많은 방법에 의해 섬유질 열적 및 음향적 절연체 (도시 안 됨) 로 충전된 공동 (110) 을 가질 수 있다. 예컨대, 직접 충전 방법의 경우, 복수의 필라멘트가 외부 쉘 (112A, 112B) 에서 루스울 (loose wool) 유형의 제품을 형성하도록 가압 공기에 의해 분리되거나 또는 텍스쳐화된다 (미국특허 제 5,976,453 호 및 제 4,569,471 호 참조). 머플러 (100) 는 절연체를 수용하기 위한 포트 (142) 및 그 포트 (142) 를 밀봉하기 위한 캡 (142) 을 포함할 수 있다. 캡 (142) 은 화학적 융착, 용접 또는 물리적 부착과 같은 임의의 적절한 방법에 의해 포트에 고정될 수 있다. 절연체를 설치하기 위한 다른 적절한 방법은 조립 동안 공동 (110) 내에 위치된 예비성형 섬유질 절연체 인서트를 포함하는 것이다. 그러한 프리폼을 형성하기 위한 방법 및 장치가 미국특허 제 5,766,541 호 및 제 5,976,453 호에 개시되어 있다.
적절한 흡수성 소음기로는 섬유질 유리 인서트가 있다. 스트랜드는 A 유리, 표준 E 유리, S 유리, T 유리, ECR 유리, ADVANTEX
Figure 112008070646601-PCT00001
(칼슘-알루미늄-실리케이트 유리), ZENTRONTM 유리와 같이 열적 열화에 대해 비교적 높은 저항을 갖는 유리섬유 또는 머플러 고유의 열적 그리고 물리적 응력을 견디기에 적절한 강도와 열적 특성을 갖는 임의의 다른 충전제 조성물인 것이 바람직하다. 섬유질 재료는 제 1 및 제 2 쉘 부분에 각각 수용되는 제 1 및 제 2 섬유질 재료 프리폼을 포함할 수 있다. 다른 방법으로는, 섬유질 재료는 외부 쉘의 내부 공동 내에 제공된 루스 또는 백드 플러프업 (bagged fluffed-up) 울 유형의 제품을 포함할 수 있다. 또한, 섬유질 재료가 천공 파이프를 둘러싸거나 외부 쉘의 내부 공동을 충전하는 매트 제품을 포함하는 것을 상정할 수 있다.
또한, 외부 쉘 (112A, 112B) 을 충전하는데 유리섬유 재료 대신 세라믹 섬유 재료가 사용될 수 있음을 상정할 수 있다. 세라믹 섬유는, 연속적인 경우, 쉘 내에 직접 충전되거나 또는 이후에 쉘 (112A, 112B) 에 위치되는 프리폼을 형성하는데 사용될 수 있다. 또한, 프리폼은 주거용 그리고 상업용의 단열재로서 사용되는 유리섬유를 제조하기 위해 사용되는 암면 과정 또는 스피너 과정을 통해 제조되는 불연속 유리섬유 제품으로 이루어질 수 있음을 상정할 수 있다. 또한, 스테인리스강이 천공 파이프 (114) 를 둘러싸거나, 또는 원통형 프리폼으로 제조된 후 파이프 (114) 가 외부 쉘에 삽입되기 전에 파이프 (114) 위로 미끄러질 수 있음을 상정할 수 있다. 그리고, 원통형 프리폼으로 제조된 후 천공 파이프 (114) 위로 미끄러진 E 유리 니들 펠트 매트를 상정할 수 있다. 니들 펠트 매트와 천공 파이프 (114) 사이에 스테인리스강의 층이 제공될 수 있다.
도 2 에 나타낸 것처럼, 본 발명에 따르면 머플러-버퍼 조립체 (200) 는 적어도 장섬유 열가소성 재료 또는 시트 몰딩 화합물 또는 벌크 몰딩 화합물과 같은 표준 자동차 페시아 재료로 형성된 범퍼 페시아 (202) 를 포함할 수 있다. 페시아 (202) 는 배기 파이프 (204) 와 부싱 (210A, 210B) 을 둘러싸는 공동을 제공한다. 입구 부싱 (210A) 및 출구 부싱 (210B) 은 히트 싱크로서 작용하는 표면적을 증가시키기 위해 사인 곡선형 또는 다른 형태를 포함하도록 성형될 수 있다. 위에서 검토한 것처럼, 페시아는 부싱 (210) 을 수용하기 위해 플랜지 (도시 안 됨) 를 포함할 수 있다. 페시아 (202) 와 부싱 (210) 사이의 커플링은 바람직하게는 플랜지 (도시 안 됨) 및 가요성 고온 시일 (도시 안 됨) 을 포함한다. 배기 파이프 (206) 는 엔진과 배기가스를 대기로 내보내기 위한 배기관 (212) 으로부터 진동과 소음을 고립시키기 위해 가요성 커플러 (208) 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 부싱 (210A, 210B) 과 내부 머플러 배플 (216) 은 범퍼 충돌 조건을 충족시키기 위해 에너지 흡수 주름 부재로서 작용하도록 주름잡힐 수 있다. 머플러 조립체는 공기 안내부 (214) 를 또한 포함할 수 있다. 공기 안내부 (214) 는 머플러 조립체 (200) 를 지나는 공기 유동을 증가시켜 조 립체의 온도를 낮춘다.
도 2a 는 선 A-A 를 따라 자른 범퍼 머플러 조립체 (200) 의 조립 단면도를 보여주는데, 배기 파이프 (204) 와 내부 배플 (216) 은 범퍼 머플러 조립체 (200) 에 구조적 무결성을 제공한다. 조립체는 자동차용 페시아로서 작용하는 제 1 쉘 (202) 및 제 2 쉘 (214) 을 포함한다. 조립체 (200) 는 제 1 섬유질 프리폼 (215B) 및 제 2 섬유질 프리폼 (215B) 을 또한 포함한다. 또한, 파이프 (204) 와 제 1 쉘 (202) 사이에 부가적인 단열을 제공하기 위해 섬유질 매트 (217) 가 포함되며, 개별 적재물, 즉 트렁크의 다리부와 접촉하는 곳에서, 페시아에서의 블리스터링을 억제하거나 또는 범퍼 (200) 에서의 열점을 제한하는데 매트 (217) 가 유리할 수 있다. 또한, 외부 리빙 패턴 (external ribbing pattern, 205) 에 있는 영역을 강화하기 위해 인레이 (207) 가 도시되어 있다. 인레이 (207) 는 쉘 (202) 을 형성하기 위해 사용되는 몰드 내에 위치될 수 있다. 인레이 (207) 는 적어도 쉘의 일부에 부가적인 강도를 제공한다. 인레이 (207) 는 직조 또는 부직조 (non-woven) 섬유질 강화물의 형태일 수 있다.
도 2b 는 쉘 및 머플러 조립체의 구조적 무결성 및 충격강도를 증가시키기 위해 외부 리빙 패턴 (205) 을 포함하는 제 1 쉘 (202) 의 사시도를 보여준다.
도 3 에 나타낸 것처럼, 본 발명에 따르면 머플러-버퍼 조립체 (230) 는 적어도 장섬유 열가소성 재료 또는 시트 몰딩 화합물 또는 벌크 몰딩 화합물과 같은 표준 자동차 페시아 재료로 형성된 범퍼 페시아 (240) 를 포함할 수 있다. 페시아 (240) 는 일반적으로 비구조적이면서 미적으로 매력적인 표면을 제공한다. 머플러 (232) 는 배기 파이프 (234) 에 의해 공급되고, 배기관 (236) 에 의해 대기로 배기 가스를 내보낸다. 구조는 위에서 개시된 구조와 유사할 수 있고, 또는 머플러 조립체 (232) 는 구조적 범퍼 부재 (238) 에 매달릴 수 있다. 도 3a 는 범퍼 머플러 조립체 (230) 의 단면을 보여주는데, 배기 파이프 (234) 와 머플러 (232) 는 구조적 충격 부재 (234) 에 매달려 있다. 선택적으로 머플러 조립체 (230) 는 머플러 (232) 와 함께 일체로 성형되거나 또는 개별적으로 형성된 부품일 수 있는 공기 안내부 (도시 안 됨) 를 갖도록 형성될 수 있다.
도 4 는 본 발명에 따른 머플러 조립체 (250) 를 보여주는데, 구조적 충격 부재 (252) 와 머플러 (256) 가 성형되고 이후에 배기 파이프 (254) 가 설치된다. 강도가 거의 요구되지 않으므로, 페시아 (258) 는 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있다. 머플러 조립체 (250) 는 선택적으로는 일체로 성형되는 공기 안내부 (260) 를 갖도록 형성될 수 있다. 도 4 에서 단일 몰딩으로서 충격 부재 (252) 를 갖는 머플러 (256) 를 나타내었지만, 충격 부재 (252) 와의 후속 연결을 위한 개별 유닛으로서 머플러 조립체 (256) 를 형성하는 것도 동일하게 가능하다. 도 2a 및 도 2b 에 나타낸 것처럼, 배기 파이프 (204) 가 충격 부재를 형성하도록 머플러 조립체 (200) 를 형성하는 것도 또한 가능하다.
도 5 에 나타낸 것처럼, 유리섬유 또는 다른 적절한 고온 음향 및 열 절연재로 형성된 매트 (150) 가 쉘 (112B) (및 반대편 쉘 (112A) (도시 안 됨)) 의 내부 표면에 위치될 수 있다. 매트 (150) 는 열점을 예방하기 위해 그리고 고른 온도 부하 분포를 제공하기 위해 공기유동 디퓨저 역할을 한다. 매트는 얇은 금 속 반사성 또는 다른 열 보호성 필름을 포함할 수 있다. 매트 (150) 는 쉘에 성형되는 구성에 의해, 접착제에 의해, 또는 (도 5b 에서 볼 수 있는 것처럼) 섬유질 절연체 (152) 의 삽입에 의해 쉘 (112B) 에 고정될 수 있다.
도 6 에 나타낸 것처럼, 상용 트럭은 사이드보드나 로커 패널 조립체 (282) 또는 에어 댐 또는 스포일러 (284) 의 형태를 지닌 본 발명의 머플러를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 장섬유 열가소성 재료라는 용어는 4.5 ㎜ 보다 긴 초기 유리섬유 입력물을 포함하는 재료이다. 장섬유 열가소성 물질의 형성 방법은 다양하며, 가장 일반적인 두 방법은 펠릿팅 (pelleting) 과 직접 합성이다. 직접 합성의 경우, 입력물로서 로빙 (roving) 이 이용되고, 초기 유리 입력물은 섬유와 폴리머 용융물과의 혼합 동안 길이로 절단된다. 바람직하게는, 장섬유 열가소성 재료는 성형된 제품에서 35 보다 큰 평균 길이/직경 비 (L/D) 를 갖는 유리섬유 부분을 재료 중 적어도 5 중량% 로 갖는다.
장섬유 열가소성 재료를 준비하기 위한 적절한 방법 중 하나는 미국특허 제 5,972,503 호 (발명의 명칭 "섬유강화 열가소성 복합재 제품의 성형을 위한 섬유 및 와이어 코팅된 복합재 스트랜드의 화학적 처리") 에 개시된 이른바 와이어 코팅법이다. 와이어 코팅법의 경우, 미리 주입된 유리 스트랜드를 둘러싸기 위해 일반적인 압출기에 의해 용융 폴리머 재료가 와이어 코팅기에 공급된다. 와이어 코팅기는 시스 (sheath) 를 원하는 두께 및/또는 단면으로 성형하기 위한 출구를 갖는 다이를 포함한다. 그리고 나서, 둘러싸인 스트랜드는 소정의 길이로 절단된다.
다른 적절한 방법은 직접 합성법인데, 이 경우 미리 용융된 열가소성 화합물에 유리 로빙이 부가된다. 직접 합성법의 경우, 도 7 에 나타낸 것처럼, 열가소성 수지, 바람직하게는 펠릿 형태의 열가소성 수지가 수지 공급부 (14) 로부터 수지 1차 압출기 (12) 에 제공된다. 수지는 나일론, 열가소성 폴리우레탄 및 폴리에스테르와 같이 의도하는 제품 목적을 위해 허용되는 다양한 열가소성 수지 중 임의의 수지일 수 있다. 압출기 (10) 의 용융 통 (18) 내에서 용융 스크루 (16) 가 회전한다. 용융 스크루 (16) 의 전단력이 폴리머를 용융하고 조절하기에 충분한 가열을 제공할 수 있지만, 용융 통 (18) 은 본 기술분야에 공지된 부가적인 열원을 구비할 수 있다.
압출기 통 (18) 에서 나와서 코팅 다이 (22) 로 들어가는 수지 (15) 의 유동을 제어하기 위해, 통 (40) 의 하류 단부에 유동 제어 플레이트 (20) 가 사용될 수 있다. 플레이트 (20) 는 일반적으로 직경 감소에 의해 또는 통 (18) 내 유동의 억제에 의해 수지 (15) 의 유동을 제한한다. 코팅 다이 (22) 및 수지 (15) 와 접촉하는 임의의 장치는 수지의 원하는 온도를 유지하기 위해 적절한 가열 부재를 포함할 수 있다. 코팅 다이 내 압력은 용융 스크루 (16) 의 구동 모터 (17) 에 제어 신호를 제공하는 압력 변환기에 의해 모니터링될 수 있다.
섬유 스풀 (24) 이 구조 강화 섬유 (26) 의 토우 (tow) 를 직접 공급한다. 섬유는 주입 노즐 (28) 을 통해 코팅 다이 (22) 의 코팅 챔버 (32) 내로 당겨진다. 그리고 나서, 섬유 (26) 는 용융 폴리머 재료 (15) 로 친밀하게 혼합되어 코팅된다. 그리고 나서, 코팅된 섬유 (26) 는 교체가능한 인서트 (30) 의 다이 오리피스 (36) 를 통해 코팅 다이 (22) 를 나온다. 다이 오리피스 (36) 의 직경은 섬유 (26) 대 수지 (15) 의 비를 제어하기 위해 인서트 (30) 를 교체함으로써 조절될 수 있다.
수지 (15) 섬유 (26) 혼합물이 코팅 다이 (22) 를 나오고, 섬유 (26) 는 하우징 (54, 56) 내 절단 챔버 (50) 에서 블레이드 (52) 에 의해 절단될 수 있다. 수지 (15) 와 섬유 (26) 의 혼합물이 오리피스 (58) 를 통해 챔버 (50) 를 나와서 압출기 (60) 내로 들어간다. 압출기 (60) 는 일반적으로 수지 (15) 와 섬유 (26) 의 혼합물을 압출 다이 (64) 에 공급하는 통 (62) 을 포함한다. 공급 스크루 (66) 는 통 (62) 과 함께 회전하고, 선택적으로는 오리피스 (63) 를 통해 다이 (64) 의 성형 공동 (68) 에 성형재의 충전물을 공급하기 위해 축선 (72) 을 따라 왕복운동할 수 있다. 공급 스크루 (66) 는 동력 유닛 (70) 에 의해 구동된다.
통 (18), 코팅 챔버 (32), 절단 챔버 (50) 및 압출기 내의 온도는 마이크로프로세서 (도시 안 됨) 에 의해 제어되는 1 이상의 가열 부재 및 온도 프로브에 의해 제어될 수 있다.
적절한 폴리머는, 폴리아미드 (PA6, PA66, PA46, PA11, PA6.12, PA6.10 및 PA12), 방향족 폴리아미드, 폴리페닐렌 에테르 (PPE) 및 폴리아미드 혼합물, 폴리페닐렌 에테르 (PPE) 와 에폭시의 혼합물, 폴리에테르이미드 (PEI) 및 PEI/실리콘과 같은 그의 혼합물, 폴리에테르술폰 (PES), 폴리술폰 (PSU), 폴리에테르술폰 (PES), 폴리프탈아미드 (PPA), 폴리페닐렌설파이드 (PPS), 신디오택틱 (syndiotactic) 폴리스티렌 (SPS), 액정 폴리머 (LCP), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 열가소성 폴리우레탄 (TPU), 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 폴리(비닐리덴 플루오라이드) (PVDF), 폴리에테르케톤 (PEK), 폴리에테르에테르케톤 (PEEK), 지방족 폴리케톤 (PK), 고열 폴리카보네이트 그레이드 (일본의 IDEMITSU KOSAN 으로부터 입수가능한 Tough Z HR 그레이드 등) 와 같은 열가소성 폴리머, 및 적절한 기계적, 열적 그리고 용융 유동 특성을 갖는 다른 열가소성 재료를 포함한다. 적절한 열가소성 폴리머의 다른 부류는, 일반적인 열가소성 폴리머로서 형성될 수 있지만 가열되면 세라믹재와 유사한 특성을 나타내는 재료를 형성하는 이른바 세라믹화 가능한 (ceramifiable) 열가소성 폴리머이다.
이상에서, 일반적으로 그리고 특정 실시형태와 관련하여 본 발명을 기술하였다. 바람직한 실시형태라고 생각되는 형태로서 본 발명을 설명하였지만, 본 기술분야의 당업자에게 알려진 매우 다양한 다른 형태가 본 발명 내에서 선택될 수 있다. 본 발명은 하기 청구범위의 기재 외에는 제한되지 않는다.

Claims (20)

  1. 향상된 특성을 갖는 섬유강화 폴리머 머플러 (200) 로서,
    5 중량% ∼ 90 중량% 의 유리섬유 분율을 가지며, 적어도 하나의 제 1 쉘 부분을 포함하는 섬유강화 열가소성 폴리머 쉘;
    상기 폴리머 쉘을 통해 배기 가스를 운반하기 위한 배기 덕트 (204); 및
    섬유질 소산성 (dissipative) 소음기를 포함하는 섬유강화 폴리머 머플러 (200).
  2. 제 1 항에 있어서, 적어도 5 중량% 의 유리섬유 분율이 35 보다 큰 평균 길이/직경 비 (L/D) 를 갖는 섬유강화 폴리머 머플러 (200).
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 섬유질 소산성 소음기는 A 유리, 표준 E 유리, S 유리, T 유리, ECR 유리, 칼슘-알루미늄-실리케이트 유리, S-2 유리 및 광물면으로 이루어진 군에서 선택되는 섬유강화 폴리머 머플러 (200).
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 쉘과 상기 배기 덕트 사이에 섬유질 재료로 이루어진 매트를 더 포함하는 섬유강화 폴리머 머플러 (200).
  5. 제 4 항에 있어서, 내열성 및 열반사성 페이싱 (facing) 으로 이루어진 군에 서 선택되는 페이싱을 더 포함하는 섬유강화 폴리머 머플러 (200).
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 배기 덕트에 금속성 히트 싱크를 더 포함하는 섬유강화 폴리머 머플러 (200).
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 물질은 세라믹화 가능한 폴리머인 섬유강화 폴리머 머플러 (200).
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 물질은 폴리아미드, 방향족 폴리아미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리프탈아미드, 폴리페닐렌 에테르와 에폭시의 혼합물, 폴리페닐술폰, 신디오택틱 폴리스티렌, 액정 폴리머, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 열가소성 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 지방족 폴리케톤, 및 폴리카보네이트와 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 섬유강화 폴리머 머플러 (200).
  9. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 내부 배플 (216) 을 더 포함하는 섬유강화 폴리머 머플러 (200).
  10. 제 9 항에 있어서, 복수의 내부 배플을 더 포함하는 섬유강화 폴리머 머플러 (200).
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 내부 배플은 천공되어 있는 섬유강화 폴리머 머플러 (200).
  12. 제 1 항에 있어서, 공기 안내부 (214) 를 더 포함하는 섬유강화 폴리머 머플러 (200).
  13. 제 1 항에 있어서, 외부 리빙 패턴을 더 포함하는 섬유강화 폴리머 머플러 (200).
  14. 향상된 특성을 갖는 성형된 섬유강화 폴리머 머플러로서,
    적어도 하나의 제 1 쉘 부분을 포함하는 섬유강화 열가소성 폴리머 쉘;
    상기 폴리머 쉘을 통해 배기 가스를 운반하기 위한 배기 덕트;
    섬유질 소산성 소음기; 및
    상기 쉘과 상기 배기 덕트 사이에 섬유질 재료로 이루어진 매트를 포함하는 섬유강화 폴리머 머플러 (200).
  15. 제 14 항에 있어서, 내열성 및 열반사성 페이싱으로 이루어진 군에서 선택되는 페이싱을 더 포함하는 섬유강화 폴리머 머플러.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 배기 덕트에 금속성 히트 싱크를 더 포함하는 섬유강화 폴리머 머플러.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 폴리머 쉘 내에 성형된 강화 인레이를 더 포함하는 섬유강화 폴리머 머플러.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 쉘 부분과 일체로 성형되는 공기 안내부를 더 포함하는 섬유강화 폴리머 머플러.
  19. 제 14 항에 있어서, 외부 리빙 패턴을 더 포함하는 섬유강화 폴리머 머플러.
  20. 향상된 특성을 갖는 섬유강화 폴리머 머플러로서,
    5 중량% ∼ 90 중량% 의 유리섬유 분율을 가지며, 적어도 하나의 제 1 쉘 부분을 포함하는 섬유강화 열가소성 폴리머 쉘;
    상기 폴리머 쉘을 통해 배기 가스를 운반하기 위한 배기 덕트;
    섬유질 소산성 소음기;
    상기 쉘과 상기 배기 덕트 사이에 섬유질 재료로 이루어진 매트; 및
    내열성 및 열반사성 페이싱으로 이루어진 군에서 선택되는 페이싱을 포함하고,
    적어도 5 중량% 의 유리섬유 분율이 35 보다 큰 평균 길이/직경 비 (L/D) 를 갖고, 상기 열가소성 물질은 폴리아미드, 방향족 폴리아미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리프탈아미드, 폴리페닐렌 에테르와 에폭시의 혼합물, 폴리페닐술폰, 신디오택틱 폴리스티렌, 액정 폴리머, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 열가소성 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 지방족 폴리케톤, 및 폴리카보네이트와 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 섬유강화 폴리머 머플러
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