KR20100134100A

KR20100134100A - 보행자 안전을 위한 범퍼 에너지 흡수체

Info

Publication number: KR20100134100A
Application number: KR1020107025012A
Authority: KR
Inventors: 미칼 실러; 아담 제이. 반 데르 레리즈
Original assignee: 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2010-12-22
Also published as: EP2259951A1; WO2009126670A1; JP2011519406A; US20090256370A1; CN101980889A

Abstract

보행자에게 전달되는 충돌 에너지를 감소시키기 위하여 차량과 보행자 사이의 충돌 시에 사용하기 특히 적합한 에너지 흡수체로서, 폭 w, 높이 h, 전방 벽 a, 상부 벽 c 및 바닥 벽 d를 가져서 높이가 0.8w 내지 1.0w이고; 전방 벽의 두께 (t-a)는 0.06w 내지 0.09w이며; 상부 벽의 두께 (t-c)는 0.03w 내지 0.09w이며; 바닥 벽의 두께 (t-d)는 0.03w 내지 0.09w이며;
에너지 흡수체는 (ISO 527-1/-2에 따라 측정된) -20℃ 내지 +60℃에서 20% 초과의 파단 연신율; (ISO 527-1/-2에 따라 측정된) 30 내지 40 ㎫의 항복 강도; (ISO 527-1/-2에 따라 측정된) 1000 내지 1500 ㎫의 탄성계수; 및 (ISO 868에 따라 측정된) 50 ShD 내지 80 ShD의 경도 쇼어 D를 갖는 열가소성 물질로 사실상 제조된다.

Description

보행자 안전을 위한 범퍼 에너지 흡수체{BUMPER ENERGY ABSORBERS FOR PEDESTRIAN SAFETY}

본 발명은 보행자 안전을 위한 자동차 범퍼 조립체 분야, 특히 에너지 흡수체 분야에 관한 것이다.

범퍼는 충돌로부터의 쇼크와 충격을 흡수하여 승객에 대한 상해를 방지하거나 최소화하고 차량에 대한 손상을 줄이기 위하여 차량에 사용된다. 또한, 범퍼 시스템은 정부가 규제하고 있고 법기준을 충족해야 한다. 다양한 정부 시험 표준을 충족할 목적으로, 특히 유럽서의 유럽 차량 안전 향상 위원회(European Enhanced Vehicle-Safety Committee)(EEVC) 및 일본에서의 정부 시험 표준을 충족할 목적으로, 범퍼에 대한 많은 개선이 고안되어 범퍼 조립체는 충분한 수준의 보행자 상해 완화를 제공하며 40 ㎞/h의 속도에서 자동차에 치었을 때 보행자의 다리를 보호한다.

자동차 범퍼는 전형적으로 별도로 제조된 후 조립되는 몇몇 구성요소를 포함하며, 이들은 강성 보강 빔, 연성 에너지 흡수체, 하부 범퍼 강화제 및 에너지 흡수체를 둘러싸며 주로 미적 기능과 공기역학적 기능을 갖는 페시아(fascia)를 포함한다. 에너지 흡수체는 범퍼 빔의 전방 표면 상에 위치되어 보행자 충돌 시에 그리고 또한 주차 사고 시에 범퍼 조립체의 에너지 흡수를 개선한다. 이는 손상을 감소시키는 것을 포함하여, 저속 충격에 대하여 초기 수준의 에너지 흡수를 제공하며, 또한 보행자와의 고속 충격 동안 보충적인 수준의 에너지 흡수를 제공한다.

자동차 범퍼 조립체에 사용되는 종래의 에너지 흡수체는 발포 폴리프로필렌(EPP) 폼 또는 열가소성 중합체 조성물로부터 제조되며 매우 다양한 형상을 갖는다. 발포 폴리프로필렌 폼 비드(EPP)는 초 대기압 하에서 수성 현탁액 중의 휘발성 발포제로 폴리프로필렌 펠렛을 함침시킨 후 압력을 감소시켜 이때 함침된 비드가 발포되어 생성된다. 산업계에서 사용되는 발포제는 부탄, 다이클로로다이플루오로메탄 및 이산화탄소이다. 이러한 기술은 발포가 기체의 느린 방출로 인하여 주형에서 긴 시간을 요구하므로 많은 시간을 요한다. 60 내지 70% 압축을 넘어서면, 폼은 비압축성이 되어, 30 내지 40%의 비효율적인 구성 공간을 요구한다. 더욱이 EPP 폼으로 제조된 에너지 흡수체는 적용가능한 온도 범위에 걸쳐 고도로 가변성인 에너지 흡수를 나타내며, 즉 그러한 에너지 흡수체는 춥고 영하인 날에는 너무 강성이고 더운 여름날에는 너무 연성이다.

국제 특허 출원 공개 WO 2006/127242호 및 미국 특허 제6,726,262호는 복수개의 조절가능한 압착 로브(crush lobe)를 포함하는 본체 및 플랜지를 갖는 프레임 부분을 포함하는 비-폼 유형의 에너지 흡수체를 포함하는 범퍼 조립체를 개시한다. 그러한 흡수체는, 예를 들어 폴리카르보네이트(PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)의 블렌드와 같은 강력 플라스틱 물질의 사출 성형에 의해 제조된다.

미국 특허 제6,923,494호는 복수개의 외향 확장성 압착가능 로브를 가지며 섬유 보강 수지 물질을 압축 성형 또는 열성형하여 제조된 열가소성 물질의 단일 성형된 유리 매트를 포함하는 에너지 흡수체를 개시한다.

미국 특허 출원 공개 제2004/0174025호는 열가소성 중합체를 블로우 성형시켜 제조되고 중공 돌출부 형태인 중공 일차 압착 부재를 포함하는 압착가능 전방 보호 부분을 가진 에너지 흡수체를 포함하는 범퍼 조립체를 개시한다.

안전성 문제 외에, 차량의 수리 비용 및 정부 시험 표준 충족은 또한 차량 부품의 설계에서 중요한 요소이다. 특히, 차량 부품은 저속 대비 시험으로 알려진 정부 시험 표준을 충족하도록 설계되어, 이는 저속 충격, 즉 15 ㎞/h 속도에서의 충격을 견딘다.

차량 에너지 흡수체는 열가소성 물질로 제조되어 쉽게 제조되고, 저속 충격 이후 그의 원래 형상을 회복하고, 수리 및 자차 보험에 대한 비용 절감을 야기하고, 동시에 보행자 보호를 위한 정부 규제 표준을 충족할 필요가 남아 있다.

본 명세서에 설명된 에너지 흡수체는 최적의 성능과 비용 이득으로 유럽 지침 예정표(European Directive timetable)를 충족할 실용가능한 보행자 하각 보호 시스템의 현재 필요에 대해 해법이다.

폭 w, 높이 h, 전방 벽 a, 상부 벽 c, 및 바닥 벽 d를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수체가 본 명세서에서 설명되는데, 여기서

i) 높이 h는 0.8w 내지 1.0w이며;

ii) 전방 벽의 두께 (t-a)는 0.06w 내지 0.09w이며;

iii) 상부 벽의 두께 (t-c)는 0.03w 내지 0.09w이며;

iv) 바닥 벽의 두께 (t-d)는 0.03w 내지 0.09w이며;

v) 에너지 흡수체는 하기의 특징을 가진 열가소성 물질로 실질적으로 제조된다:

a) (ISO 527-1/-2에 따라 측정된) -20℃ 내지 +60℃에서 20% 초과의 파단연신율

b) (ISO 527-1/-2에 따라 측정된) 30 내지 40 ㎫의 항복 강도

c) (ISO 527-1/-2에 따라 측정된) 1000 내지 1500 ㎫의 탄성계수

d) (ISO 868에 따라 측정된) 50 ShD 내지 80 ShD의 경도 쇼어 D.

설명된 에너지 흡수체를 포함하는 범퍼 조립체 및 차량이 또한 본 명세서에 개시된다. 설명된 에너지 흡수체를 이용하여 보행자에게 전달된 충돌 에너지를 감소시키는 방법이 본 명세서에 또한 개시된다.

<도 1>
도 1은 에너지 흡수체를 설명하는 모든 파라미터를 포함하는 에너지 흡수체의 단면도로서, "t"는 두께를 나타내며; "w"는 폭을 나타내며; "h"는 높이를 나타내며; "a"는 전방 벽을 나타내며; "b"는 후방 벽을 나타내며; "c"는 상부 벽을 나타내며; "d"는 바닥 벽을 나타내며; "r-a", "r-c" 및 "r-d"는 에너지 흡수체의 곡률 반경을 나타낸다.

정의

특허청구범위의 의미는 하기 정의를 이용하여 해석되어야 한다:

"전방 벽"이란, 주위 환경을 대면하며, 즉 에너지 흡수체가 차량-탑재 위치에 있을 때 차량으로부터 향하여 대면하며 충돌 동안 물체 또는 보행자에 의해 충격을 받게 되는 에너지 흡수체 부분을 의미한다.

"후방 벽"이란, 에너지 흡수체가 차량-탑재 위치에 있을 때 차량의 실내를 대면하며 전방 벽의 반대 면에 있는 에너지 흡수체 부분을 의미한다.

"상부 벽"이란, 차량-탑재 위치에 있을 때 위를 대면하는 에너지 흡수체 부분을 의미한다.

"바닥 벽"이란, 차량-탑재 위치에 있을 때 아래를 대면하는 에너지 흡수체 부분을 의미한다.

용어 "차량"은 본 명세서에서 사람 또는 물건을 수송하기 위해 사용되는 구조체를 나타내기 위해 사용되며, 예를 들어 자동차, 트럭, 보트 또는 트랙터일 수 있다.

본 명세서에 설명된 에너지 흡수체는 차량과 관련된 충돌 동안 보행자의 안전과 차량의 완전성이 증진되도록 동력 차량(motorized vehicle)에 이용된다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 에너지 흡수체는 자동차에 사용된다.

본 명세서에 설명된 에너지 흡수체의 형상, 형태 및 기하학은, 표 1의 관계가 특히, 예를 들어, 높이(도 1, h), 폭(도 1, w), 벽 두께(도 1, t) 및/또는 곡률 (r-x)의 측면에서 충족된다면 특정 요건을 충족시키기 위하여 쉽게 변화될 수 있다. 본 명세서에 설명된 에너지 흡수체의 기하학은 기계적 특성과 에너지 흡수 성능을 미세 조절하기 위하여 변경될 수 있다.

에너지 흡수체의 상부 및 바닥 벽(도 1, c와 d)의 변하는 두께와 곡률은 물론 전방 벽(도 1, a)의 두께 및 곡률도 에너지 흡수 성능에 관여한다. 이들은 흡수체의 길이에 걸쳐 하중이 어떻게 분포될 지 그리고 충격동안 신속하게 구축되는 저항이 적시에 상부 벽과 바닥 벽의 좌굴을 허용하는것을 정의한다.

본 명세서에 설명된 에너지 흡수체는 전방 벽(도 1, a), 상부 벽(도 1, c) 및 바닥 벽(도 1, d)을 포함한다. 에너지 흡수체는 후방 벽(도 1, b)을 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 그러한 에너지 흡수체는 관 형상을 한정하는 전방 벽(도 1, a), 후방 벽(도 1, b), 상부 벽(도 1, c) 및 바닥 벽(도 1, d)을 갖는 중공체이다.

본 명세서에 설명된 에너지 흡수체의 후방 벽은 에너지 흡수체를 원주 방향으로 폐쇄하는 역할을 하여, D-형상의 에너지 흡수체가 되도록 한다. 이러한 이유로, 후방 벽의 존재는 에너지 흡수 성능에 핵심적이지는 않다. 후방 벽은 중량과 재료비를 절약하기 위하여 다른 벽들 중 임의의 것의 최저 벽 두께를 가질 수 있는 한편, 차량, 예를 들어 범퍼에 대한 흡수체의 단순한 부착점을 제공한다. 이는 에너지 흡수체가 역 C-형상을 가지는 경우에는 제거될 수 있으며, 부분 c와 d의 단부는 직접 또는 간접적으로 차량에 고정되어야 한다.

상부 벽과 바닥 벽(도 1, c 및 d)의 두께는 에너지 흡수 성능에 있어서 중요하다. 이러한 이유로, 에너지 흡수체가 그 전체 단면을 따라 균일한 두께를 포함하지 않는 경우, 그의 상부 벽 및 바닥 벽의 두께는 편부의 후방 부분과 전방 부분 사이에 불균일한 두께를 가질 수 있다. 불균일한 상부 벽 및 바닥 벽 두께를 가질 경우, 두께는 에너지 흡수체의 후방 벽에 더 가까운 영역에 대하여 더 작으며 전방 벽의 두께의 값까지 서서히 증가한다.

최소의 공간에서 최적의 에너지 흡수를 이루기 위하여, 표 1은 보행자 다리와 충돌한 경우에 최상의 힘-편향 거동을 위한 설계 규칙을 제공한다.

[표 1]

에너지 흡수체의 벽 두께 (t-a, t-c 및 t-d)는 가변성일 수 있으며 바람직하게는 2 내지 6 ㎜ 범위, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 5 ㎜ 범위이다. 하기 표 2에 나타난 바와 같이, 상부 벽 및 바닥 벽의 두께는 바람직하게는 동일하여, 즉, t-c = t-d이다. 벽 두께는 에너지 흡수를 미세 조절하도록 선택되며; 더 높은 에너지 흡수는 더 큰 벽 두께를 요구한다.

보행자 다리와의 충돌 동안 에너지 흡수체에 의해 흡수되는 에너지의 양에 따라, (이웃한 부분들이 또한 에너지를 흡수할 수 있음), 폭 w는 50 ㎜ 또는 약 50 ㎜ 내지 85 ㎜ 또는 약 85 ㎜ 그리고 바람직하게는 50 ㎜ 또는 약 50 ㎜ 내지 70 ㎜ 또는 약 70 ㎜에서 변할 수 있다. 에너지 흡수의 양의 측면에서 선택되는 폭의 값은, 즉 100% 에너지 흡수는 예를 들어 3 내지 6 ㎜와 같은 더 큰 폭을 요구하며 50% 에너지 흡수는 예를 들어 2 내지 4.5 ㎜와 같은 폭을 요구한다.

보강 빔 및 페시아와 함께 상기 설명한 에너지 흡수체를 포함하는 범퍼 조립체가 또한 본 명세서에서 설명된다. 에너지 흡수체는 바람직하게는 보강 빔과 페시아 사이에 개재된다.

빔은 전형적으로 차량 레일에 부착되어 전체 시스템에 강도와 강성을 제공한다. 빔 재료 및 제조 기술은 강성을 야기하도록 선택되며, 예를 들어 강철, 알루미늄 또는 유리 매트 열가소성물질(GMT) 중에서 선택될 수 있다. 빔은, 예를 들어 B-섹션, D-섹션, I-빔 또는 C 또는 W 단면 형상을 갖는 것과 같은, 당업자에 의해 일반적으로 이해되고 사용되는 임의의 표준 기하학을 가질 수 있다.

페시아는 범퍼 조립체의 가시적인 외부 부분이며 전형적으로 종래의 차량 페인팅 및/또는 코팅을 이용한 마감에 따르는 플라스틱으로 제조된다. 페시아는 본 발명에 따른 에너지 흡수체 및 보강 빔 둘 모두를, 두 구성요소 중 어느 것도 일단 차량에 부착되면 눈에 보이지 않도록 하는 방식으로 둘러싼다.

자동차, 트럭, 보트 또는 트랙터일 수 있는, 상기 설명한 범퍼 조립체를 포함하는 동력 차량이 또한 본 명세서에 설명된다.

상기에 언급한 바와 같이, 후방 벽은 원주 방향으로 에너지 흡수체를 폐쇄하여, 예를 들어 차량의 부착 플레이트의 후면으로부터 흡수체의 부분 d 내로 나사고정되는 셀프-태핑 스크류(self-tapping screws); 셀프-태핑 스크류와 유사한 방식으로 사용되는 블라인드 리벳(blind rivet); 또는 에너지 흡수체와 부착 플레이트 내의 구멍 쌍을 이용하여 이들을 연결하는 양면의 스냅-핏 연결자(snap-fit connector)를 이용함으로써, 차량에 대한 단순한 부착을 허용한다.

흡수체의 효율에 더하여, 그의 형상은, 예를 들어 보행자 접촉 센서 또는 기타 센서 또는 다른 기능적 구성요소를 통합시킴으로써, 매우 다양한 기능적 통합을 용이하게 한다.

본 명세서에 설명된 에너지 흡수체는, 수지가 하기의 특징을 충족한다면, 임의의 열가소성 수지 또는 그러한 수지의 혼합물로 제조될 수 있다:

a) (ISO 527-1/-2에 따라 측정된) -20℃ 내지 +60℃에서 20% 초과의 파단연신율을 가진 연성 재료임;

b) (ISO 527-1/-2에 따라 측정된) 30 내지 40 ㎫의 항복 강도를 보유함;

c) (ISO 527-1/-2에 따라 측정된) 1000 내지 1500 ㎫의 탄성계수를 가짐;

d) (ISO 868에 따라 측정된) 50 ShD 내지 80 ShD의 경도 쇼어 D를 보유함.

본 발명에 따른 에너지 흡수체를 제조하기 위해 사용될 수 있는 열가소성 수지의 예는 폴리올레핀(예를 들어, 열가소성 폴리올레핀계 탄성중합체(TPO)), 폴리아미드(예를 들어, 열가소성 폴리아미드 블록 공중합체(TPA)), 폴리에스테르(예를 들어, 코폴리에스테르 열가소성 탄성중합체(TPC), 예를 들어 코폴리에테르에스테르 또는 코폴리에스테르에스테르), 폴리스티렌(예를 들어, 스티렌계 열가소성 탄성중합체(TPS)), 폴리아세탈, 플루오로중합체, 열가소성 폴리에테르 또는 폴리에스테르 폴리우레탄(TPU), 열가소성 가황물(TPV) 및 그 혼합물이다.

본 명세서에 설명된 에너지 흡수체는 바람직하게는 폴리에스테르 또는 ISO 18064:2003(E)에서 정의된 열가소성 탄성중합체, 예를 들어 열가소성 폴리올레핀계 탄성중합체(TPO), 스티렌계 열가소성 탄성중합체(TPS), 열가소성 폴리에테르 또는 폴리에스테르 폴리우레탄(TPU), 열가소성 가황물(TPV), 열가소성 폴리아미드 블록 공중합체(TPA), 코폴리에스테르 열가소성 탄성중합체(TPC)일 수 있다. 또한, 에너지 흡수체는 코폴리에스테르 열가소성 탄성중합체(TPC) 또는 폴리에스테르로 제조되며, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)가 특히 바람직하다.

열가소성 폴리올레핀계 탄성중합체(TPO)는 고무를 가진, 예를 들어 프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은 올레핀계로 이루어진다. 일반적인 고무는 EPR(에틸렌-프로필렌 고무), EPDM(에틸렌 프로필렌 다이엔 고무), 에틸렌-헥산, 에틸렌-옥텐 및 에틸렌-부타다이엔을 포함한다.

스티렌계 열가소성 탄성중합체(TPS)는 폴리스티렌과 고무질 중합체 물질, 예를 들어 폴리부타다이엔, 수소화된 폴리부타다이엔과 폴리부타다이엔의 혼합물, 폴리(에틸렌-프로필렌) 및 수소화된 폴리아이소프렌의 블록 공중합체로 이루어진다.

열가소성 폴리우레탄(TPU)은 하기 일반식으로 나타내지는 장쇄 폴리올과 다이아이소시아네이트를 포함하는 연질 분절 및 다이아이소시아네이트와 단쇄 글리콜을 포함하는 경질 분절로 구성된 선형의 분절화 블록 공중합체로 이루어진다:

여기서,

"X"는 다이아이소시아네이트와 단쇄 글리콜을 포함하는 경질 분절을 나타내며; "Z"는 다이아이소시아네이트와 장쇄 폴리올을 포함하는 연질 분절을 나타내며; "Y"는 X 분절과 Z 분절을 연결하는 우레탄 결합의 다이아이소시아네이트 화합물의 나머지 기를 나타낸다. 장쇄 폴리올은 폴리(알킬렌 옥사이드)글리콜과 같은 폴리에테르 유형의 것들 또는 폴리에스테르 유형의 것들을 포함한다.

열가소성 가황물(TPV)은 가황된 탄성중합체 상이 내부에 분산된 연속적인 열가소성 상으로 이루어진다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이 가황물 및 어구 "가황물 고무"는 경화되거나 부분적으로 경화된, 가교결합되거나 가교결합성인 고무 및 가교결합된 고무의 경화성 전구체를 총칭하고자 하는 것이며 이는 탄성중합체, 검 고무 및 소위 연성 가황물을 포함한다. TPV는 가교결합된 고무의 많은 바람직한 특징을 열가소성 탄성중합체의 가공성과 같은 일부 특징과 조합할 수 있다. 몇몇 구매가능한 TPV가 있는데, 예를 들어 어드밴스트 엘라스토머 시스템즈 앤드 디에스엠(Advanced Elastomer System's and DSM)으로부터 각각 구매가능한 산토프렌(Santoprene)(등록상표) 및 살링크(Sarlink)(등록상표)(에틸렌-프로필렌-다이엔 공중합체 및 폴리프로필렌에 기반한 TPV); 써모플라스틱 러버 시스템즈(Thermoplastic Rubber Systems)로부터 구매가능한 넥스트릴(Nextrile)™(니트릴 고무 및 폴리프로필렌에 기반한 TPV); 제온 케미칼즈(Zeon Chemicals)로부터 구매가능한 제오덤(Zeotherm)(등록상표)(아크릴레이트 탄성중합체 및 폴리아미드에 기반한 TPV); 및 국제 특허 공개 WO 2004029155호(15 내지 60 중량%의 폴리알킬렌 프탈레이트 폴리에스테르 중합체 또는 공중합체 및 40 내지 85 중량%의 가교결합성 폴리(메트)아크릴레이트 또는 폴리에틸렌/(메트)아크릴레이트 고무 분산 상을 포함하며, 고무는 과산화물 자유 라디칼 개시제 및 유기 다이엔 조제와 동력학적으로 가교결합되는 열가소성 블렌드)에 설명된 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(E.I. du Pont de Nemours and Company)로부터의 듀폰(DuPont)™ ETPV가 있다.

열가소성 폴리아미드 블록 공중합체(TPA)는 하기 일반식에 의해 나타내지는 에테르 및 에스테르 결합 둘 모두를 가진 가요성 폴리에테르 또는 폴리에스테르 분절 또는 연성 분절 및 폴리아미드 분절의 선형 및 규칙적인 사슬로 이루어진다:

여기서,

"PA"는 선형 포화 지방족 폴리아미드 시퀀스를 나타내며 "PE"는 예를 들어 선형 또는 분지형 지방족 폴리옥시알킬렌 글리콜 또는 에테르 또는 에스테르 또는 두 결합 모두를 가진 장쇄 폴리올 및 그 혼합물 또는 그로부터 유도된 코폴리에테르 코폴리에스테르로부터 형성된 폴리옥시알킬렌 시퀀스를 나타낸다. 코폴리에테르아미드 또는 코폴리에스테르아미드 블록 공중합체의 연성은 일반적으로 폴리아미드 단위의 상대량이 증가함에 따라 감소한다.

폴리에스테르는 전형적으로 하나 이상의 다이카르복실산(본 명세서에서 용어 "다이카르복실산"은 또한 에스테르와 같은 다이카르복실산 유도체를 지칭함) 및 하나 이상의 다이올로부터 유도된다. 바람직한 폴리에스테르에서 다이카르복실산은 테레프탈산, 아이소프탈산, 및 2,6-나프탈렌 다이카르복실산 중 하나 이상을 포함하며, 다이올 성분은 HO(CH₂)_nOH (I); 1,4-사이클로헥산다이메탄올; HO(CH₂CH₂O)_mCH₂CH₂OH (II); 및 HO(CH₂CH₂CH₂CH₂O)_zCH₂CH₂CH₂CH₂OH (III) 중 하나 이상을 포함하는데, 상기 식에서 n은 2 내지 10의 정수이며, m은 평균 1 내지 4이며, z는 평균 약 7 내지 약 40이다. (II)와 (III)은 m과 z가 각각 변할 수 있으며 m과 z는 평균이므로 이들은 정수일 필요가 없는 화합물의 혼합물일 수 있음을 유념하라. 열가소성 폴리에스테를 형성하기 위해 사용될 수 있는 다른 다이카르복실산은 세박산과 아디프산을 포함한다. 하이드록시벤조산과 같은 하이드록시카르복실산은 공단량체로서 사용될 수 있다. 구체적인 바람직한 폴리에스테르는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET), 폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트)(PTT), 폴리(1,4-부틸렌 테레프탈레이트)(PBT), 폴리(에틸렌 2,6-나프토에이트), 및 폴리(1,4-사이클로헥실다이메틸렌 테레프탈레이트)(PCT)를 포함하며, 폴리(1,4-부틸렌 테레프탈레이트)(PBT)가 특히 바람직하다. 바람직하게는, 본 발명에 유용한 열가소성 폴리에스테르는 충격 개질제 및/또는 가소제를 추가로 함유한다.

코폴리에테르에스테르 또는 코폴리에스테르에스테르와 같은 코폴리에스테르 열가소성 탄성중합체(TPC)는 에스테르 결합을 통해 헤드-투-테일(head-to-tail)로 연결된 다수의 반복되는 장쇄 에스테르 단위 및 단쇄 에스테르 단위를 가진 공중합체이며, 상기 장쇄 에스테르 단위는 하기 화학식(A)에 의해 나타내지며:

[화학식(A)]

상기 단쇄 에스테르 단위는 하기 화학식(B)에 의해 나타내진다:

[화학식(B)]

여기서,

G는 바람직하게는 수평균 분자량이 약 400 내지 약 6000인 폴리(알킬렌 옥사이드)글리콜로부터 말단 하이드록실기를 제거한 후 남아 있는 2가 라디칼이며; R은 분자량이 약 300 미만인 다이카르복실산으로부터 카르복실기를 제거한 후 남아 있는 2가 라디칼이며; D는 바람직하게는 분자량이 약 250 미만인 다이올로부터 하이드록실기를 제거한 후 남아 있는 2가 라디칼이며; 상기 코폴리에테르에스테르(들)는 바람직하게는 약 15 내지 약 99 중량% 단쇄 에스테르 단위 및 약 1 내지 약 85 중량% 장쇄 에스테르 단위를 함유한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 중합체 사슬 내의 단위에 적용될 때 용어 "장쇄 에스테르 단위"는 장쇄 글리콜과 다이카르복실산의 반응 생성물을 말한다. 적합한 장쇄 글리콜은, 말단 (또는 가능한 거의 말단) 하이드록실기를 가지며 수평균 분자량이 약 400 내지 약 6000, 바람직하게는 약 600 내지 약 3000인 폴리(알킬렌 옥사이드) 글리콜이다. 바람직한 폴리(알킬렌 옥사이드) 글리콜은 폴리(테트라메틸렌 옥사이드) 글리콜, 폴리(트라이메틸렌 옥사이드) 글리콜, 폴리(프로필렌 옥사이드) 글리콜, 폴리(에틸렌 옥사이드) 글리콜, 이들 알킬렌 옥사이드의 공중합체 글리콜, 및 에틸렌 옥사이드-캡핑된 폴리(프로필렌 옥사이드) 글리콜과 같은 블록 공중합체를 포함한다. 이들 글리콜 중 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

코폴리에테르에스테르의 중합체 사슬 내의 단위에 적용될 때 용어 "단쇄 에스테르 단위"는 저분자량 화합물 또는 중합체 사슬 단위를 말한다. 이는 저분자량 다이올 또는 다이올의 혼합물을 다이카르복실산과 반응시켜 상기 화학식(B)에 의해 나타내지는 에스테르 단위를 형성하여 제조된다. 코폴리에테르에스테르를 제조하기 위해 사용하기 적합한 단쇄 에스테르 단위를 형성도록 반응하는 저분자량 다이올 중에는 비환식, 지환족, 및 방향족 다이하이드록시 화합물이 포함된다. 바람직한 화합물은 약 2개 내지 15개 탄소 원자를 가진 다이올, 예를 들어 에틸렌, 프로필렌, 아이소부틸렌, 테트라메틸렌, 1,4-펜타메틸렌, 2,2-다이메틸트라이메틸렌, 헥사메틸렌 및 데카메틸렌 글리콜, 다이하이드록시사이클로헥산, 사이클로헥산 다이메탄올, 레소르시놀, 하이드로퀴논, 1,5-다이하이드록시나프탈렌 등이다. 특히 바람직한 다이올은 2개 내지 8개 탄소 원자를 함유한 지방족 다이올이며, 더욱 바람직한 다이올은 1,4-부탄다이올이다.

본 명세서에서 설명된 에너지 흡수체를 제조하기 위해 사용되는 물질은 가소제; 안정제; 산화방지제; 자외선 흡수제; 가수분해 안정제; 정전기방지제; 염료 또는 안료; 충전제, 난연제; 윤활제; 보강제, 예를 들어 유리의 섬유, 플레이크(flake) 또는 입자; 특히, 미네랄, 세라믹, 나노규모 입자를 비롯한 탄소; 가공 보조제, 예를 들어 이형제; 및/또는 그 혼합물을 비롯한 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 이들 첨가제의 적합한 수준 및 이들 첨가제를 열가소성 수지 조성물 내로 홉입시키는 방법은 당업계에 알려져 있다.

본 명세서에 설명된 에너지 흡수체는 사출 성형, 블로우 성형 및 압출 성형과 같은 임의의 공지된 용융-가공 수단을 이용하여 제조될 수 있으며, 이때 압출 성형이 바람직하다. 사출 성형은 플라스틱 부품을 제조하기 위해 사용되는 종래 기술이며, 여기서 용융 플라스틱이 관심 대상의 형상을 가진 주형 내로 고압으로 주입된다.

블로우 성형 동안, 전형적으로 압출 또는 사출 성형에 의해 생산되고 고온 성형가능 상태에 있는 플라스틱 재료의 용융 예비 성형물은 제조될 용품의 요구되는 외부 형상에 적절한 형상의 주형 공동을 가진 개방 블로우 주형의 두 개의 반부들 사이에 위치된다. 용융 예비 성형물은 중력의 영향 하에서 서서히 아래로 하강하여 연신된다. 용융 예비 성형물이 적절한 길이에 도달하면, 주형 반부들이 그 주위를 둘러싸고, 중공의 용융 예비 성형물의 단부가 밀봉되고, 용품은 a) 용융 예비 성형물을 주형의 형상으로 팽창시키거나 주형 공동의 측면에 대해 확장시키기 위해 용융 예비 성형물의 내부에 도입되는 압축 공기(또는 기타 압축 기체) 또는 b) 주형 공동의 표면에 대한 진공 확장에 의해 제조될 수 있다. 냉각 기간 후, 주형이 개방되고 블로우 성형된 용품이 배출된다.

블로우 성형 공정의 다른 변형이 당업계에 잘 알려져 있으며, 흡입 블로우 성형, 공압출 블로우 성형, 순차적 블로우 성형, 용융 예비 성형물 조작 또는 레잉 다운(laying down)을 포함하는 공정, 및 이들 공정 중 둘 이상의 조합을 제한없이 포함한다. 흡입 블로우 성형 공정이 사용될 경우, 주형은 이전에 폐쇄되어 있으며; 용융 예비 성형물은 상부 표면의 개구를 통해 주형 내로 들어가서, 일반적으로 추가의 기체 유동의 도움으로 흡입에 의해 주형 공동을 통해 이동한다.

압출 성형은 임의의 길이의 용품의 제조를 위해 사용되는 종래 기술이다. 압출 성형은 본 명세서에서 설명된 에너지 흡수체의 바람직한 제조 공정이다. 블로우 성형 및 사출 성형에 비하여, 압출 성형은 주형을 필요로 하지 않아, 비용을 감소시키고, 생산성을 증가시키고, 제조된 제품의 길이의 자유를 증진시킨다. 압출 성형 공정 동안, 열가소성 수지는 핀과 압출 헤드의 다이 사이의 갭을 통해 고온 성형가능한 상태로 압출된다. 핀과 다이는 관심 대상의 중공 부품에 원하는 형상과 단면을 생성하도록 형상이 정해진다. 다이 조립체를 나온 후, 용융물은 공극을 통해 더 얇은 단면으로 인발될 수 있다. 이어서 용융물이 냉각되어, 그의 형상이 유지되고, 에너지 흡수체는 원하는 길이로 절단된다.

본 명세서에서 설명된 에너지 흡수체는 이동 중인 차량에 치인 보행자를 보호할 뿐만 아니라 - 보호는 보다 구체적으로 규제됨 - 충돌 차량의 구조적 완전성을 유지하도록 설계된다. 본 명세서에서 설명된 흡수체는 종래의 에너지 흡수체에 비하여 최대 약 30%만큼 범퍼 조립체 내의 패키징 공간(w와 관련됨)을 감소시키는 것을 용이하게 하여 차량 설계 측면에서 강한 이점을 제공한다. 본 명세서에서 설명된 에너지 흡수체를 제조하기 위해 사용되는 열가소성 수지의 특성 때문에, 이러한 흡수체는 EPP로 제조된 종래의 에너지 흡수체보다 더 균일한 온도 범위(-20℃ 내지 +60℃)에 걸친 에너지 흡수를 나타낸다.

저속 충격 후 그의 원래 형상을 회복하고 후속 충격을 견디기에 충분한 완전성을 보유함으로써, 이러한 에너지 흡수체는 수리가 용이하고 저렴하며, 자차 보험의 절약을 촉진한다.

[실시예]

본 발명은 하기 실시예에서 추가로 설명된다.

하기 재료를 본 명세서에서 설명된 에너지 흡수체를 위해 사용하였다.

비보강 초강력 폴리부틸렌 테레프탈레이트 조성물을 이용하여 본 명세서에서 설명된 에너지 흡수체를 제조하였다. 그러한 조성물은 폴리부틸렌 테레프탈레이트 약 75 중량%(2.16 ㎏ 하중 하에서 250℃에서 측정할 때 9 dg/min의 용융 유속을 가짐), 에틸렌/30% 에틸 아크릴레이트/2% 말레산 무수물 메타크릴레이트의 삼원공중합체 약 16 중량%(2.16 ㎏ 하중 하에서 190℃에서 7 dg/min의 용융 유속을 가짐), 에틸렌/25% 메틸 아크릴레이트/6.5% 글리시딜 메타크릴레이트의 삼원공중합체 약 4 중량%(2.16 ㎏ 하중 하에서 190℃에서 6 dg/min의 용융 유속을 가짐), 및 카본블랙, 산화방지제, 윤활제, 촉매 및 용융 안정제와 같은 일반적 첨가제 및 안정제인 잔부 5 중량%로 구성되었다.

그러한 조성물은 하기 특징을 갖는다: 파단연신율: >100 %; 항복강도: 34 ㎫; 탄성계수 1400 ㎫.

D-형상을 가지며 상기 설명한 폴리에스테르로 제조된 에너지 흡수체의 10가지 시편을, 압출 라인(에간(Egan) 단축 스크류 압출기(직경: 63.5-L/D=24:1)), 특정 다이가 구비된 스파이더 압출 헤드, 캘리브레이션 및 냉각 유닛(플로테어(Floataire) 125-30) 및 하울 오프 유닛(haul off unit)(그래위(Graewe) B63S)을 이용하여 제조하였다. 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체의 펠렛을 먼저 4시간 동안 110℃에서 건조시켜 0.04% 미만의 수분 함량을 이룬 다음, 225℃ 내지 약 245℃로 설정된 배럴 온도를 가진 단축 스크류 압출기 내로 공급하였다.

공정 용융 온도는 0.5 m/mmin의 선속도에 대해 약 250℃였다. 진공 캘리브레이션 물탱크에서 성형 및 냉각된 후, 프로파일을 떼어낸 다음 크기대로 절단하였다. 중합체의 평균 온도는 용융물이 이러한 섹션을 통과함에 따라 용융물의 특정 고형화 온도 미만으로 떨어졌다. 프로파일의 형성은 중공 D 형상을 가열하고 이를 원하는 곡률로 점진적으로 형성함으로써 이루어졌다. 에너지 흡수체의 치수는 표 2에 주어져 있다.

[표 2]

보행자 안전 측면에서 신차의 성능은 EC 디렉토리(directory) 2003/102/EC 하에서 유럽 위원회에 의해 정의된 특정 시험에 의해 측정된다. 유럽 차량 안전 향상 위원회(EEVC)의 워킹 그룹 17은 시험 절차를 정의한다. 유로엔씨에이피(EuroNCAP)는 보행자 안전 시험을 포함하여 차를 평가하며 결과를 소비자에게 알려준다.

본 명세서에서 설명된 에너지 흡수체는 EC 디렉토리 2003/102/EC 및 EuroNCAP에 따라 시험하였다. 법령 요건 및 결과가 표 3에 주어져 있다.

[표 3]

Z-축으로의 위치는 20 ㎜만큼 상이하다. 하각 빔 충격자는 "위치 Z = + 20 ㎜"로 표시된 시험에서 20 ㎜만큼 상방으로 들어 올려졌다.

시험된 범퍼의 에너지 흡수체는 현재의 법령을 충족하며 또한 미래의 요건을 충족할 가능성이 높다.

Claims

폭 w, 높이 h, 전방 벽 a, 상부 벽 c, 및 바닥 벽 d를 가지며,
1) 높이 h는 0.8w 내지 1.0w이며;
2) 전방 벽의 두께 (t-a)는 0.06w 내지 0.09w이며;
3) 상부 벽의 두께 (t-c)는 0.03w 내지 0.09w이며;
4) 바닥 벽의 두께 (t-d)는 0.03w 내지 0.09w이며;
5) 실질적으로 하기 특성을 갖는 열가소성 물질로 제조되는 에너지 흡수체:
a) (ISO 527-1/-2에 따라 측정된) -20℃ 내지 +60℃에서 20% 초과의 파단연신율;
b) (ISO 527-1/-2에 따라 측정된) 30 내지 40 ㎫의 항복 강도;
c) (ISO 527-1/-2에 따라 측정된) 1000 내지 1500 ㎫의 탄성계수; 및
d) (ISO 868에 따라 측정된) 50 ShD 내지 80 ShD의 경도 쇼어 D.
제1항에 있어서, 상부 벽의 두께 (t-c)와 바닥 벽의 두께 (t-d)가 동일한 에너지 흡수체.
제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 에너지 흡수체를 원주 방향으로 폐쇄하는 후방 벽(b)을 추가로 포함하는 에너지 흡수체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 에너지 흡수체를 원주 방향으로 폐쇄하는 후방 벽(b)을 추가로 포함하는 에너지 흡수체.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 후방 벽(b)은 0.03w 내지 0.05w의 두께(t-b)를 갖는 에너지 흡수체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 두께는 가변적이며 2 ㎜ 또는 약 2 ㎜ 내지 6 ㎜ 또는 약 6 ㎜인 에너지 흡수체.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 열가소성 물질은 ISO 18064:2003(E)에서 정의된 폴리에스테르 또는 열가소성 탄성중합체로 제조되는 에너지 흡수체.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 열가소성 물질은 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)인 에너지 흡수체.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 사출 성형, 블로우 성형 또는 압출 성형에 의해 제조된 에너지 흡수체.
제9항에 있어서, 압출 성형에 의해 제조된 에너지 흡수체.
제1항의 에너지 흡수체, 보강 빔, 및 페시아(fascia)를 포함하며, 에너지 흡수체가 보강 빔과 페시아 사이에 개재되는 범퍼 조립체.
제11항의 범퍼 조립체를 가지며, 동력 차량, 자동차 및 트럭으로 이루어진 군으로부터 선택되는 차량.
제1항의 에너지 흡수체를 동력 차량, 자동차 및 트럭으로 이루어진 군으로부터 선택된 차량에 부착하는 단계를 포함하는 보행자에게 전달되는 충돌 에너지를 감소시키는 방법.