KR20130040292A - 차량용 플로어 언더커버 복합소재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 플로어 언더커버 복합소재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리에스테르 2~3 중량%로 이루어진 상단 표피층; 강도를 유지하는 유리섬유 50~55 중량% 및 상기 유리섬유를 결합하는 폴리프로필렌 20~25 중량%로 이루어진 메인 코어층; 폴리프로필렌 10~15 중량%로 이루어진 필름층; 및 폴리에틸린 발수 부직포 5~10 중량%로 이루어진 하단 표피층;으로 적층 구성되고, 메인 코어층에 형성된 기공에 의해 소음을 흡수하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 플로어 언더커버 복합소재 및 이의 제조방법{Floor under cover composite and manufacturing for the same}

본 발명은 차량용 플로어 언더커버 복합소재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 흡음성능을 향상시킬 수 있는 차량용 플로어 언더커버 복합소재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차 바닥면에 장착되는 플로어 언더커버는 엔진 또는 트랜스미션 및 쿨링팬 등의 저부에 설치되어 외부에서 가해지는 충격으로부터 엔진 및 트랜스미션을 보호함은 물론, 주행시 엔진 또는 트랜스미션으로부터 발생되는 소음이 외부로 방출되는 것을 방지하며, 외부로부터 자동차 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다.

종래에는 상기한 플로어 언더커버의 소재로 GMT(Glass fiber Mat Thermoplastic)를 사용하였는데, GMT 시트란 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지와 유리섬유 매트 강화재로 이루어진 판상 형태의 복합 소재를 말하는 것으로서, 열가소성 수지를 매트릭스(Matrix)로 하고 그 사이에 유리섬유 매트를 강화시킨 시트 형태의 중간 완제품을 의미한다.

이와 같은 GMT는 플라스틱의 경량성과 강화재의 기계적 물성을 모두 갖춘 부품 성형용 복합 재료로서, 매트릭스 수지와 강화재의 적절한 조합에 의해 원하는 물성을 비교적 저렴하게 얻을 수 있다는 장점이 있다.

그러나, 상기한 GMT 소재는 기공을 가지지 않으며 부위에 따라 두께를 상이하게 제조하기가 불가능하므로 흡음성능이 거의 없고, 압축 및 사출성형방법에 의해 제조됨에 따라 일체형 풀 언더커버를 구현하기가 불가능한 단점이 있으며, 소재 자체가 가지는 밀도가 높기 때문에 차량의 전체 중량을 증대시킨다.

결국, 이는 로드 노이즈(road noise; 차량 주행시 차량 하부에서 발생되는 모든 소음을 통칭하는 것으로서, 예를 들면 주행시 하부에서 모래, 자갈 등이 튀어 차체에 부딪힘으로 나오는 소리, 주행시 배기계에서 나오는 소음, 차량하부로 공기가 유동되면서 나오는 소음 등)의 문제점을 초래하고, 특히 차량 하부에서 올라오는 샌드 노이즈(모래나 자갈 등이 튈 때 생기는 고주파 소음)의 문제점을 발생시키게 된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 메인 코어층을 히팅오븐에 통과시켜 부풀려지게 하는 방식으로 메인 코어층 내부에 기공을 형성함으로써, 기공에 의해 소음을 흡수하여 흡음 성능을 향상시킬 수 있고, 각 부위별로 저압프레스에서 압착 정도를 다르게 하여 각 부위별 특성값 및 흡음 성능을 다르게 할 수 있는 차량용 플로어 언더커버 복합소재 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 차량용 플로어 언더커버 복합소재는 폴리에스테르 2~3 중량%로 이루어진 상단 표피층; 강도를 유지하는 유리섬유 50~55 중량% 및 상기 유리섬유를 결합하는 폴리프로필렌 20~25 중량%로 이루어진 메인 코어층; 폴리프로필렌 10~15 중량%로 이루어진 필름층; 및 폴리에틸린 발수 부직포 5~10 중량%로 이루어진 하단 표피층;으로 적층 구성되고, 메인 코어층에 형성된 기공에 의해 소음을 흡수하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 차량용 플로어 언더커버 복합소재의 제조방법은 폴리프로필렌 및 유리섬유를 습식법으로 혼합하여 슬러리 형태로 제조하는 단계; 상기 단계에서 제조된 혼합 슬러리를 컨베어를 통해 이송하고, 혼합 슬러리에 함유된 물은 아래로 배수시키는 단계; 상기 컨베어에 침전된 혼합 슬러리를 히팅오븐으로 통과시키면서 메인 코어층을 형성하는 단계; 상기 메인 코어층과 함께 상단 표피층과 필름층을 메인 코어층의 상부와 하부면에 공급하고 가압롤러로 통과시켜 열융착 방식으로 적층결합하는 단계;로 이루어지고, 상기 혼합 슬러리가 히팅오븐에 통과시 폴리프로필렌이 유리섬유를 결합하고, 혼합 슬러리의 부풀림 현상으로 발생된 기공에 의해 소음을 저감하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 상단 표피층, 메인 코어층 및 필름층을 적층 결합한 후, 폴리에틸렌 발수부직포로 이루어진 하단 표피층을 필름층의 하단에 저압프레스로 압착시켜 최종 부품을 제조하는 단계를 포함하고, 소재의 부위별로 저압프레스의 압착 정도를 달리하여 부위별로 각각 다른 특성값을 가지도록 된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 플로어 언더커버 복합소재 및 이의 제조방법의 장점을 설명하면 다음과 같다.

첫째로, 폴리프로필렌과 유리섬유로 이루어진 메인 코어층을 히팅오븐에 통과시켜 고온에 의해 소재를 부풀리는 방식으로 내부에 기공을 형성함으로써, 흡음성능을 향상시킬 수 있다.

둘째로, 소재의 부위별로 두께 및 형상을 다르게 하여 각 부위별 특성값 및 흡음성능을 다르게 함으로써, 차량의 로드노이즈 및 샌드노이즈, 중량을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 플로어 언더커버 복합소재의 적층구조를 보여주는 단면도
도 2는 도 1에서 메인 코어층의 가열 전과 후 모습을 보여주는 부분확대도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 플로어 언더커버 복합소재의 제조방법을 보여주는 개략도
도 4는 기존 GMT(변경전) 대비 본 발명(변경후)의 흡음성능을 보여주는 그래프
도 5는 기존 GMT(변경전) 대비 본 발명(변경후)의 샌드노이즈 저감 효과를 보여주는 그래프
도 6는 기존 GMT(변경전) 대비 본 발명(변경후)의 로드노이즈 저감 효과를 보여주는 그래프

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 플로어 언더커버 복합소재의 적층구조를 보여주는 단면도이고, 도 2는 도 1에서 메인 코어층의 가열 전과 후 모습을 보여주는 부분확대도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 플로어 언더커버 복합소재의 제조방법을 보여주는 개략도이다.

본 발명은 메인 코어층(11)을 가열함에 따라 생기는 기공에 의해 흡음 성능을 향상시킬 수 있고, 각 부위에 따라 두께를 다르게 할 수 있는 플로어 언더커버용 복합소재(15) 및 이의 조성물에 관한 것이다.

플로어 언더커버용 복합소재(15)의 조성물은 폴리에스테르 2~3 중량%, 유리섬유(14) 50~55 중량%, 폴리프로필렌 필름 10~15 중량%, 폴리에틸렌 5~10 중량%로 이루어진다.

상기 플로어 언더커버용 복합소재(15)는 위에서부터 상단 표피층(10), 메인 코어층(11), 필름층(12) 및 하단 표피층(13)으로 구성된다.

상단 표피층(10)은 위에서부터 첫번째 층에 위치하고, 폴리에스테르, 예를 들면 스펀본드된 폴리에스테르 부직포로 구성되고, 메인 코어층(11)의 상부를 커버하여 메인 코어층(11)의 오염을 방지하는 역할을 한다.

메인 코어층(11)은 위에서부터 두번째 층에 위치하고, 성분 비율 상 소재의 강도를 유지하는 역할을 하고, 유리섬유(14)와 폴리프로필렌 수지, 폴리프로필렌 매트릭스 강화 유리섬유(14)로 구성되며, 이때 폴리프로필렌 수지는 유리섬유(14)를 연결하는 역할을 한다.

상기 메인 코어층(11)은 소정 온도에서 190~205℃에서 히팅 오븐을 통과할 때 소재가 부풀어 오르는 현상이 발생한다.

다시 말해서, 폴리프로필렌의 열변형 온도인 190~205℃에서 수지가 늘어나는 현상이 발생하고, 이에 따라 유리섬유(14)의 간격이 넓어지면서 기공을 생성하는데, 이 기공이 흡음성능을 발휘하게 된다.

실제로, 외부(차량 외부)에서 들어오는 소음에너지가 기공의 벽면, 즉 유리섬유(14)에 부딪히면서 난반사를 일으킴에 따라 유리섬유(14)가 진동을 일으키면서 열을 발생시키는데, 이는 에너지보존법칙에 의해 소음에너지가 열에너지로 변환되면서 소음을 줄이게 되는 것이다.

유리섬유(14)의 비율이 상승할수록 강도가 증가되는 특징이 있으나, 유리섬유(14)의 함량이 55 중량%를 초과하면 폴리프로필렌의 양이 너무 적어져 유리섬유(14) 끼리의 접착력이 떨어짐으로써 소재의 강도가 오히려 더욱 떨어지는 문제가 발생하기 때문에, 유리섬유(14)의 함량은 50~55 중량%로 하는 것이 바람직하다.

유리섬유(14)의 길이는 10~15mm의 규제를 두는데, 그 이유는 유리섬유(14)의 길이가 길수록 강도가 커지지만, 상기 유리섬유(14)의 길이가 15mm 이상 길어지면 각각의 유리섬유(14)가 적층되어 기공이 잘 생기지 않는 문제점이 있어서, 유리섬유(14)의 길이를 상기 범위로 규제하는 것이 바람직하다.

필름층(12)은 소재의 위쪽에서부터 세번째에 위치하고, 폴리프로필렌 필름으로 구성되고, 실차상태의 차량 하부에서 올라오는 물이 메인 코어층(11)으로 바로 가지 않도록 막아주는 방어벽 역할을 한다.

하단 표피층(13)는 소재의 가장 아래쪽에 위치하고, 폴리에틸렌 발수부직포(PET)로 구성되고, 외관상 차량 하부에서 육안으로 보여지는 부분이다.

이와 같이 적층 구조로 이루어진 플로어 언더커버용 복합소재(15)는 가벼우면서 강도가 향상된 경량 강화 열가소성 플라스틱(LWRT;Low Weight Reinforced Thermo-plastics)

상기와 같이 구성된 플로어 언더커버용 복합소재(15)의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

메인 코어층(11)을 생성하기 위해 별개의 폴리프로필렌(PP) 및 첨가제(Additives)과, 잘게 부숴진 유리를 습식법으로 물과 혼합하여 슬러리 형태로 제조한 다음, 혼합물을 헤드박스(24)(head box)에 담고 컨베이어를 통해 히팅오븐(21)으로 이송한다.

이때, 혼합물은 망 구조로 이루어진 컨베어(20)를 타고 이송되면서 물은 아래로 배수되고 나머지 기재는 망에 걸려진 채로 히팅오븐(21)으로 이송되며, 상기 기재는 히팅오븐(21)을 통과하면서 폴리프로필렌이 유리섬유(14)를 연결하여 메인 코어층(11)을 형성한다.

그 다음, 메인 코어층(11)은 가압롤러(22)를 통과하기 전에 메인 코어층(11)의 상부와 하부에 각각 상단 표피층(10)의 폴리에스테르 스크림과 필름층(12)의 폴리프로필렌 필름이 공급되고, 상단 표피층(10), 메인 코어층(11) 및 필름층(12)이 가압롤러(22)를 통과하면서 가압되어 열융착되는 방식으로 서로 층간 접착된다.

이와 같이 적층결합된 상단 표피층(10), 메인 코어층(11) 및 필름층(12)은 커팅 작업을 거쳐 최종 소재로 만들어지게 된다.

마지막으로 하단 표피층(13)의 폴리에틸렌 발수부직포는 최종단품을 만들어내는 저압프레스(250톤)에서 최종 소재의 하단에 적층하여 최종 부품을 만들게 된다.

이와 같이 구성된 소재를 가지고 실차의 플로어 언더커버를 제조하게 되는데, 히팅오븐(21)을 통과하면서 부풀어진 소재를 저압프레스에서 단품 상태로 가공을 하게 되고, 이때 각 부위별로 압착강도를 다르게 하여 부위별 두께 및 형상을 다르게 만들 수 있다.

상기와 같이 부위별 두께 및 형상이 다르게 된 단품은 아래의 표 1과 같이 두께별로 상이한 특성값을 가지게 된다.

물성측정

상기 방법에 의해 제조된 최종 부품의 기계적 물성 측정을 위해 저압프레스에 의해 ASTM D638, SAE J949 측정법에서 제시한 시편으로 성형한 후, 상기 측정법에서 제시하는 방법으로 물성을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 각 부위별 두께에 따라 특성값(인장강도, 인장탄성율, 굴곡강도, 굴곡탄성율)이 상이함을 알 수 있다. 이러한 부위별 두께에 따른 특성값의 차이를 통해 각 부위별 언더커버의 성능, 예를 들면 강도, 열해성능, 흡음성능, 수밀성능, 공력, 외관성능에 맞게 형상을 반영할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 각 부위별 상이한 특성값 및 흡음성능을 가지는 복합소재(15)를 적용함으로써, 차량의 로드노이즈 및 샌드노이즈, 기존 기술(4kg) 대비 중량(변경후 3.3kg)을 절감할 수 있다.

실험예

첨부한 도 4는 기존 GMT(변경전) 대비 본 발명(변경후)의 흡음성능을 보여주는 그래프이고, 도 5는 기존 GMT(변경전) 대비 본 발명(변경후)의 샌드노이즈 저감 효과를 보여주는 그래프이고, 도 6는 기존 GMT(변경전) 대비 본 발명(변경후)의 로드노이즈 저감 효과를 보여주는 그래프이다.

소재의 흡음성능을 확인하기 위해 실차와 유사한 랜덤입사가 가능한 알파캐빈을 이용하여 흡음률 테스트를 실시하였다.

그 결과 도 4와 같이 흡음률이 기존 GMT 언더커버 대비 4배 이상 상승하였다. 특히 1000Hz 이상의 고주파 소음에 대한 영향도가 큼을 확인하였다.

또한, 실차상태의 샌드노이즈 기어도를 확인하기 위해 소음특성 테스트를 하였고, 테스트 방법은 언더커버 단품을 놓고 지상 1.5m 위치에서 구슬을 낙하하여 그 타격음을 측정하는 방식으로 하였다.

그 결과 도 5와 같이 1000Hz 이상의 고주파 타격소음이 11dB이상 개선됨을 확인 하였다.

따라서, 실제의 젖은 노면상태 또는 비포장도로에서의 샌드노이즈 효과가 탁월함을 확인할 수 있었다.

또한, 실차상태의 로드노이즈 효과를 확인하기 위해 로드노이즈 TDP 상에 등록된 방법(60KPH 정속주행, 범용시험로)으로 테스트를 하였으며, 그 결과 도 6에 도시한 바와 같이 1000~10000Hz의 고주파 소음에서 기존 기술 대비 전석 1.3 dB, 후석 0.8dB의 효과를 확인할 수 있다.

10 : 상단 표피층 11 : 메인 코어층
12 : 필름층 13 : 하단 표피층
14 : 유리섬유 15 : 복합소재
20 : 컨베어 21 : 히팅오븐
22 : 가압롤러 23 : 컷터
24 : 헤드박스

Claims (3)

1. 차량용 플로어 언더커버 복합소재에 있어서,
   폴리에스테르 2~3 중량%로 이루어진 상단 표피층(10);
   강도를 유지하는 유리섬유(14) 50~55 중량% 및 상기 유리섬유(14)를 결합하는 폴리프로필렌 20~25 중량%로 이루어진 메인 코어층(11);
   폴리프로필렌 10~15 중량%로 이루어진 필름층(12); 및
   폴리에틸린 발수 부직포 5~10 중량%로 이루어진 하단 표피층(13);
   으로 적층 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 플로어 언더커버 복합소재.
   
2. 차량용 플로어 언더커버 복합소재의 제조방법에 있어서,
   폴리프로필렌 및 유리섬유(14)를 습식법으로 혼합하여 슬러리 형태로 제조하는 단계;
   상기 단계에서 제조된 혼합 슬러리를 컨베어(20)를 통해 이송하고, 혼합 슬러리에 함유된 물은 아래로 배수시키는 단계;
   상기 컨베어(20)에 침전된 혼합 슬러리를 히팅오븐(21)으로 통과시키면서 메인 코어층(11)을 형성하는 단계;
   상기 메인 코어층(11)과 함께 상단 표피층(10)과 필름층(12)을 메인 코어층(11)의 상부와 하부면에 공급하고 가압롤러(22)로 통과시켜 열융착 방식으로 적층결합하는 단계;
   로 이루어지고, 상기 혼합 슬러리가 히팅오븐(21)에 통과시 폴리프로필렌이 유리섬유(14)를 결합하고, 혼합 슬러리의 부풀림 현상으로 발생된 기공에 의해 소음을 저감하는 것을 특징으로 하는 차량용 플로어 언더커버 복합소재의 제조방법.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 상단 표피층(10), 메인 코어층(11) 및 필름층(12)을 적층 결합한 후, 폴리에틸렌 발수부직포로 이루어진 하단 표피층(13)을 필름층(12)의 하단에 저압프레스로 압착시켜 최종 부품을 제조하는 단계를 포함하고, 소재의 부위별로 저압프레스의 압착 정도를 달리하여 부위별로 각각 다른 특성값 및 흡음성능을 가지도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 플로어 언더커버 복합소재의 제조방법.
   

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