KR20170114002A - 폴리올레핀 수지와 그 제조방법 및 이를 이용한 자동차용 후방 범퍼 빔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리올레핀과 그 제조방법 및 이를 이용한 자동차용 후방 범퍼 빔에 관한 것으로, 분자량 분포가 2 내지 10인 프로필렌 단독 중합체와 착색제를 포함한 고분자 기재 및 상기 고분자 기재로 함침된 5 내지 20mm 길이의 섬유 강화재를 포함하는 열가소성 수지 복합체로 이루어지는 폴리올레핀 수지로서, 상기 섬유 강화재는 상기 폴리올레핀 수지에 대해 10 내지 50중량% 포함되어 낮은 비중을 유지하면서 향상된 기계적 물성과 높은 충격강도를 나타내는 폴리올레핀 수지와 그 제조방법과, 이러한 폴리올레핀 수지로 사출성형 가능하여 제조비용을 최소화하고, 치수 및 성능 안정성을 확보함으로써 저속충돌 법규 성능을 충족시킬 수 있는 자동차용 후방 범퍼 빔을 제공한다.

Description

폴리올레핀 수지와 그 제조방법 및 이를 이용한 자동차용 후방 범퍼 빔{Polyolefin, preparing method thereof, and rear bumper beam for vehicles using the same}

본 발명은 폴리올레핀 수지의 제조와 그 응용에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 낮은 비중을 유지하면서 향상된 기계적 물성과 성형 가공성을 나타낼 수 있는 폴리올레핀 수지와 그 제조방법 및 이를 이용한 자동차용 후방 범퍼 빔에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 범퍼 빔은 법규 항목인 저속충돌 테스트와, 준법규 항목인 손해보험사기관(RCAR, IIHS) 테스트의 만족을 요구하고 있다. 이 경우, 손해보험사의 요구 성능이 법규 사항보다 요구되는 강도가 더 높은데, 지역에 따라 양자 모두를 요구하거나 법규 저속충돌 테스트만을 요구하고 있다. 따라서 대부분의 완성차 제조 업체는 손해보험사기관의 테스트에 대응하기 위한 범퍼 빔에는 고강도의 범퍼 빔을 적용하지만 법규 저속충돌 테스트만을 요구하는 지역의 범퍼 빔에는 저가의 범퍼 빔을 적용하여 자동차의 가격 경쟁력을 확보하고 있다.

법규 저속충돌 대응용 범퍼 빔은 통상 사출공법에 의해 제조되기 때문에 소재 측면에서도 사출이 가능한 여러 소재를 적용할 수 있다. 그러나 범퍼 빔의 경우 다양한 계절과 사용 환경에서 동일한 저속충돌 성능으로 법규 성능을 만족하고, 치수 안정성을 확보하여 생산, 조립과 수리에 문제가 없어야 한다. 이에, 계절 및 온도 변화가 크지 않은 지역에서는 PP 소재 계열과 PC 및 PBT 소재로 제조된 사출 범퍼 빔을 주로 사용하고 있다.

하지만 상술한 바와 같은 소재의 경우 상온과 저온이 공존하는 지역 또는 상온과 저온 지역에 하나의 범퍼 빔으로 개발하여 대응하기에는 어려움이 있기 때문에 하나의 범퍼 빔으로 여러 지역에 적용하기를 원하는 자동차 제조 업체들은 치수 안정성 등을 고려하여 상술한 소재보다는 유리섬유가 함유된 복합 플라스틱 소재의 적용을 선호하고 있다.

유리섬유가 포함된 복합 플라스틱 소재는 섬유 길이에 따라 프레스성형과 사출성형이 가능한데, 유리섬유의 길이가 길수록 범퍼 빔 강도에 유리하나 사출성형 대비 가공비가 높은 프레스성형이 필요하다. 따라서 가공비를 낮추기 위해서는 사출성형이 유리하지만 사출공법에 의할 경우 유리섬유의 길이가 짧아지므로 법규 저속충돌 후 범퍼 빔이 심하게 파손되고, 차체 손상이 발생하여 법규를 만족시킬 수 없는 문제점이 있다. 즉, 현재 유리섬유가 포함된 복합 플라스틱 소재로 범퍼 빔의 법규 성능을 만족시키기 위해서는 프레스성형공법을 적용할 수 밖에 없기 때문에 가공비를 낮추기 어려운 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 종래부터 성형이 용이한 범용의 플라스틱인 폴리올레핀 수지에 유리섬유를 혼합 교반하여 폴리올레핀 수지의 기계적 물성을 강화시키는 방안에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 그러나 이러한 방식에 의할 경우 대부분의 유리섬유가 혼련 교반 장비 내에서 현저히 파손되어 매우 짧은 길이의 유리섬유가 폴리올레핀 수지와 혼합됨으로써 제품의 강도 향상에 한계가 있었다.

따라서 장섬유 상태의 유리섬유가 보강되어 낮은 비중을 유지하면서 적정 수준 이상의 기계적 물성, 특히, 높은 충격강도를 가질 수 있는 새로운 수지 조성물에 대한 개발이 요구된다고 할 수 있다.

참고적으로, 본 발명의 배경이 되는 기술은 특허 제10-0917651호, 특허 제10-1457995호, 특허 제10-1365057호 등에 개시되어 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 높은 충격 강도와 고속 충돌시 우수한 충격 흡수 성능을 갖는 폴리올레핀 수지와 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 충돌에너지 흡수 성능을 향상시켜 유리섬유가 포함된 복합 플라스틱 소재로 사출성형이 가능하고, 그에 따라 가공비를 낮춰 제품 가격을 최소화할 수 있을 뿐 아니라 상온과 저온 환경에서 치수 및 성능 안정성을 확보하여 저속충돌 법규 성능을 만족시킬 수 있도록 한 자동차용 후방 범퍼 빔을 제공하는 데 있다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서,

본 발명은 분자량 분포가 2 내지 10인 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함한 고분자 기재; 및 상기 고분자 기재로 함침된 5 내지 20mm 길이의 섬유 강화재;를 포함하는 열가소성 수지 복합체로 이루어지는 폴리올레핀 수지로서, 상기 섬유 강화재는 상기 폴리올레핀 수지에 대해 10 내지 50중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지를 제공한다.

이 경우, 상기 폴리올레핀 수지는 충격강도(ASTM D256)가 200J/m 이상일 수 있다.

이 경우, 상기 섬유 강화재와 상기 프로필렌 단독 중합체의 중량비는 1:1.5 내지 1:10일 수 있다.

이 경우, 상기 착색제와 상기 섬유 강화재의 중량비는 1:1 내지 1:50일 수 있다.

이 경우, 상기 고분자 기재는 충격 보강제, 무기 충전제, 자외선 차단제, 산화방지제, 윤활제, 대전방지제, 상용화제 및 미세입자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 충격 보강제는 에틸렌계 반복 단위 및 탄소수 4 내지 30의 α-올레핀계 반복 단위를 포함한 올레핀 블록공중합체를 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 올레핀 블록공중합체는 용융지수(ASTM D1238, 230?, 2.16㎏의 하중에서 측정)가 2 내지 50g/10min일 수 있다.

이 경우, 상기 폴리올레핀 수지는 길이가 1 내지 500mm이고, 단면 직경이 0.1 내지 50mm인 펠렛상일 수 있다.

또한, 본 발명은 분자량 분포가 2 내지 10인 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함한 용융 혼합물에 5 내지 20mm 길이의 섬유 강화재를 함침하여 열가소성 수지 복합체를 형성하는 것을 특징으로 폴리올레핀 수지의 제조방법을 제공한다.

아울러, 본 발명은 상기 폴리올레핀 수지를 이용하여 사출성형되는 자동차용 후방 범퍼 빔으로서, 서로 평행하게 배치되는 2개의 수직 플레이트와, 상기 2개의 수직 플레이트를 연결하는 수평 플레이트로 이루어지는 H형 단면 구조를 가지며, 상기 자동차에 일단부가 장착되는 지지부; 및 상기 지지부의 타단부에 형성되는 에너지 흡수부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 후방 범퍼 빔을 제공한다.

본 발명에 의하면, 특정 분자량 분포를 갖는 프로필렌 단독 중합체와 착색제를 포함한 고분자 기재 및 고분자 기재로 함침된 소정 길이의 섬유 강화재를 포함하여 낮은 비중을 유지하면서 일정 수준 이상의 기계적 물성과 높은 충격강도를 얻을 수 있는 폴리올레핀과 그 제조방법을 제공한다.

또한, 장섬유 상태의 섬유 강화재를 이용하면서도 사출성형공법에 적용 가능하기 때문에 가공비를 대폭 절감하여 제품 가격을 최소화할 수 있을 뿐 아니라 상온과 저온 환경에서의 치수 및 성능 안정성을 확보하여 저속충돌 법규 성능을 충족시킬 수 있는 자동차용 후방 범퍼 빔을 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차용 후방 범퍼 빔의 분해사시도,
도 2는 도 1에 도시된 자동차용 후방 범퍼 빔의 평면도,
도 3는 도 2의 A-A 단면도,
도 4는 도 3에 도시된 자동차용 후방 범퍼 빔의 에너지 흡수부의 변형예를 나타낸 도면,
도 5는 사출성형공법의 범퍼 빔에 LFT 소재를 적용한 경우의 충돌 구조해석 결과를 나타낸 도면,
도 6은 프레스성형공법의 범퍼 빔에 LFT 소재를 적용한 경우의 충돌 구조해석 결과를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명에 따른 사출성형공법의 범퍼 빔에 LFT 소재를 적용한 경우의 충돌 구조해석 결과를 나타낸 도면.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명한다.

본 명세서에서 '(단독)중합체'는 에틸렌, 프로필렌, α-올레핀 중 하나의 단량체만으로 중합된 고분자를 의미하고, '(올레핀)블록공중합체'는 에틸렌 또는 프로필렌과, α-올레핀이 공중합된 고분자로서, 물리적 또는 화학적 특성, 예를 들어, 에틸렌 또는 프로필렌과, α-올레핀에서 각각 유래한 반복 단위들의 함량(몰 분율), 결정화도, 밀도, 또는 융점 등의 특성 중 하나 이상의 특성 값이 서로 상이하여 고분자 내에서 서로 구분될 수 있는 복수의 반복 단위 블록 또는 세그먼트를 포함하는 공중합체를 의미한다.

본 발명의 폴리올레핀 수지는 분자량 분포가 2 내지 10인 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함하는 고분자 기재와, 이러한 고분자 기재로 함침된 5 내지 20mm 길이의 섬유 강화재를 포함하는 열가소성 수지 복합체로 이루어진다.

열가소성 수지 복합체는, 예컨대, 분자량 분포가 2 내지 10인 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함하는 융용 혼합물에 5 내지 20mm 길이의 섬유 강화재를 함침하는 방식으로 형성될 수 있다. 이러한 방법으로 형성된 열가소성 수지 복합체로 구성된 폴리올레핀 수지는 길이가 1 내지 500㎜이고, 단면 직경이 0.1 내지 50㎜인 펠렛상으로 제조되어 자동차용 후방 범퍼 빔 사출성형에 사용될 수 있다. 이와 같이 제조된 폴리올레핀 수지의 충격강도는 사출성형된 시편 기준으로 ASTM D256에 의해 측정한 충격강도가 200J/m 이상으로서 우수한 강도를 가질 수 있다.

프로필렌 단독 중합체는 후술하는 자동차용 후방 범퍼 빔의 사출성형에 적합한 분자량 분포(MWD)로서 2 내지 10의 분자량 분포를 가지며, 바람직하게는 4 내지 6의 분자량 분포를 가질 수 있다. 분자량 분포가 2 미만일 경우에는 장섬유 성분으로 인해 사출성형 가공성이 저하될 수 있고, 분자량 분포가 10을 초과할 경우에는 강도가 감소할 수 있다.

착색제는 자동차용 후방 범퍼 빔의 용도에 따른 색상 구현을 위해 첨가되는 것으로 그 종류가 특별히 한정되는 것은 아니나, 예컨대, 카본 블랙, 티타늄 블랙, 산화크롬, 아닐린 블랙, 산화철, 산화 망간, 흑연 또는 이들의 2종 이상이 혼합된 화합물이 포함될 수 있다.

섬유 강화재는 낮은 비중을 유지하면서 적정 수준 이상의 충격강도를 갖도록 하기 위한 것으로, 본 발명에서는 5 내지 20mm 길이의 장섬유 형태의 섬유 강화재가 사용되며, 사출성형성을 고려하여 바람직하게는 9 내지 13mm 길이의 섬유 강화재가 사용될 수 있다.

또한, 섬유 강화재는 직경이 100㎛ 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 직경 1 내지 50㎛인 섬유 필라멘트가 사용될 수 있다. 이 경우, 섬유 강화재는 표면에 작용기를 더 포함할 수 있다. 작용기로는 특별히 한정되는 것은 아니나, 예컨대, 에폭시기, 우레탄기, 실란기, 아크릴기 또는 이들이 2종 이상이 혼합된 화합물을 사용할 수 있다. 섬유 강화재는 이러한 작용기를 포함함으로써 프로필렌 단독 중합체와의 혼합 과정에서 상용성이 향상될 수 있다.

한편, 섬유 강화재로 특별히 한정되는 것은 아니나, 예컨대, 유리섬유, 탄소섬유, 금속섬유, 아라미드 섬유, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 아릴레이트 섬유, 폴리에테르케톤 섬유 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 유리섬유 또는 탄소섬유를 사용할 수 있다.

이러한 섬유 강화재는 폴리올레핀 수지에 대해 10 내지 50중량% 포함되는 것이 바람직하고, 10 내지 30중량% 포함되는 것이 더욱 바람직하고, 15 내지 25중량% 포함되는 것이 가장 바람직하다. 섬유 강화재 함량이 10중량% 미만이면 충격강도 향상 정도가 만족스럽지 않을 수 있고, 50중량% 초과이면 함량 대비 충격강도 향상 효율 면에서 좋지 않고 오히려 성형가공성 면에서 불리하게 작용할 수 있다.

본 발명에서는 상술한 폴리올레핀 수지를 후술하는 자동차용 후방 범퍼 빔에 적용할 경우 장섬유 상태의 섬유 강화재를 이용하면서도 사출성형공법에 최적화될 수 있도록 폴리올레핀 수지를 구성하는 성분들의 최적 함량비를 제시하는 바 이하 상세히 설명하도록 한다.

먼저, 섬유 강화재 및 프로필렌 단독 중합체의 중량비는 1:1.5 내지 1:10인 것이 바람직하고, 1:2 내지 1:6인 것이 더욱 바람직하며, 1:3 내지 1:5인 것이 가장 바람직하다. 또한, 착색제 및 섬유 강화재의 중량비는 1:1 내지 1:50인 것이 바람직하고, 1:5 내지 1:30인 것이 더욱 바람직하며, 1:10 내지 1:20인 것이 가장 바람직하다.

한편, 본 발명에서 열가소성 수지 복합체는 구체적인 용도에 따라 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 예컨대, 충격 보강제, 무기 충전제, 자외선 차단제, 산화방지제, 윤활제, 대전방지제, 미세입자 또는 이들의 2종이상의 혼합물을 열가소성 수지 복합체 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부 함량으로 포함할 수 있다.

이 경우, 충격 보강제로는 에틸렌계 반복 단위 및 탄소수 4 내지 30의 α-올레핀계 반복 단위를 포함한 올레핀 블록공중합체가 바람직하게 사용될 수 있고, 올레핀 블록공중합체는 용융지수(ASTM D1238, 230℃, 2.16㎏의 하중에서 측정)가 2 내지 50g/10min인 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

이상으로 본 발명에 따른 폴리올레핀 수지와 그 제조방법에 대해 설명하였다. 본 발명에 의한 폴리올레핀 수지는 유리섬유 등의 섬유 강화재가 포함된 복합 플라스틱 소재(LFT: Long glass Fiber reinforced Thermoplastic)로서 자동차용 후방 범퍼 빔의 사출성형에 적용될 수 있는 바 이하 본 발명에 따른 자동차용 후방 범퍼 빔에 대해 설명하도록 한다.

유리섬유 복합 플라스틱 소재를 사출성형공법에 적용하기 위해서는 충돌시 범퍼 빔이 충돌에너지를 충분히 흡수하여 파단이 발생하지 않아야 한다. 범퍼 빔의 파단이 발생하지 않으려면 소재의 신율 또는 파단강도를 증대시켜야 하는데, 소재 특성상 신율을 증대시키면 소재 강도가 저하되고, 소재 강도를 증대시키면 신율이 감소하여 소재적으로 충돌에너지 흡수를 증대시키기 어려운 것이 현실이다.

이처럼 유리섬유 복합 플라스틱 소재는 신율의 증대가 어렵기 때문에 통상 소재 강도를 증대시켜 충돌에너지 흡수가 가능하도록 하고 있다. 그러나 소재의 강도 향상을 위한 유리섬유의 길이 증가는 사출성형을 어렵게 하기 때문에 현재 양산되고 있는 유리섬유 복합 플라스틱 소재의 범퍼 빔은 가공비가 높은 프레스공법으로 개발이 이루어지고 있다.

따라서 사출성형공법으로 범퍼 빔의 저속충돌 성능을 만족시킬 수 있다면 가격 경쟁력을 가질 수 있다. 범퍼 빔이 충돌에너지를 충분히 흡수한다는 것은 범퍼 빔을 이루는 소재가 전체적으로 충분히 변형되어 에너지를 충분히 흡수한 다음 파단될 때이다. 하지만 범퍼 빔이 파단되면 전단된 면이 차체에 손상을 입혀 요구되는 법규 성능을 충족시킬 수 없다. 따라서 본 발명자는 범퍼 빔이 파단되지 않고 충돌에너지를 최대로 흡수할 수 있는 구조에 대해 연구, 개발을 거듭한 끝에 앞서 설명한 폴리올레핀 수지로 사출성형할 경우 이러한 성능을 만족시킬 수 있는 범퍼 빔 구조를 도출하게 된 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차용 후방 범퍼 빔의 분해사시도, 도 2는 도 1에 도시된 자동차용 후방 범퍼 빔의 평면도, 도 3는 도 2의 A-A 단면도, 도 4는 도 3에 도시된 자동차용 후방 범퍼 빔의 에너지 흡수부의 변형예를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차용 후방 범퍼 빔(100)은 지지부(110) 및 에너지 흡수부(120)를 포함한다.

지지부(110)는 충돌시 에너지 흡수부(120)를 지지하기 위한 것으로 서로 평행하게 배치되는 2개의 수직 플레이트(111)(112)와, 2개의 수직 플레이트(111)(112)를 연결하는 수평 플레이트(113)를 포함하여 전체적으로 H형 단면 구조를 가지며, 양측 후단에 구비되는 체결부재(115)를 이용하여 차량(도면 미도시)에 장착된다.

이러한 지지부(110)는 충돌시 에너지 흡수부(120)가 압착, 파단될 수 있도록 충분한 강도 및 강성을 가져야 한다. 따라서 수직 플레이트(111)(112)와 수평 플레이트(113)의 두께는 강도, 강성과 성형성을 고려하여 3~6mm 정도인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 플레이트(111)(112)(113)의 두께가 3mm 미만이면 저속충돌시 지지력이 충분하지 않고, 6mm 초과이면 사출성형으로 냉각에 의한 싱크가 발생하여 요구되는 강도, 강성을 발현하기 어렵기 때문이다.

또한, 지지부(110)는 수직 플레이트(111)(112)의 곡률이 작을수록 지지력이 향상되므로 조립성 등을 고려하여 1500~5000mm 범위에서 최대한 작게 반영하되, 소형에서 대형 차량의 조건에 따라 범퍼 빔을 체결하는 차체 멤버의 양단 거리가 변경되므로 이를 고려하여 곡률을 결정한다.

이 경우, 수직 플레이트(111)(112) 사이의 간격은 30~40mm인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 수직 프레이트(111)(112) 사이의 간격이 30mm 미만이면 저속충돌시 지지력이 충분하지 않고, 40mm 초과이면 차체 판넬과 근접하게 되어 충돌 후 범퍼 빔의 변형으로 판넬 변형이 발생할 수 있기 때문이다. 한편, 수직 플레이트(111)(112) 사이에는 충돌 에너지 흡수를 위한 리브(116)가 형성될 수 있다.

아울러, 본 발명의 사출성형시 성형품의 원활한 탈취를 위해 수직 플레이트(111)(112)의 빼기구배는 1~3도로 반영하는 것이 유리하다. 왜냐하면, 수직 플레이트(111)(112)의 빼기구배가 1도 미만이면 성형품의 탈취가 어렵고, 3도 초과이면 성형품의 탈취에 유리하지만 성형품의 중량과 원가가 증가하기 때문이다.

한편, 지지부(110)의 수직 플레이트(111)(112)와 수평 플레이트(113)에 의해 형성되는 상하 내측 공간에는 X형 리브(114)가 폭방향을 따라 일정한 간격으로 형성된다. 이러한 X형 리브(114)는 충돌시 범퍼 빔의 전체적인 상하 비틀림을 방지하는 동시에 사출성형 후 변형을 최소화함으로써 치수 안정성을 확보하는 역할을 한다.

에너지 흡수부(120)는 충돌시 압착, 파단을 통해 충돌 에너지를 흡수하기 위한 것으로 지지부(110)의 수직 플레이트(112)로부터 수평하게 연장 형성되는 제1플레이트(121)와, 제1플레이트(121)로부터 상방 또는 하방으로 연장 형성되는 제2플레이트(122)로 구성된다.

이 경우, 제2플레이트(122)는 충격물과 최초로 접촉하는 부분으로 범퍼 커버(도면 미도시)의 형상에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 제1플레이트(121)의 상부와 하부에 모두 형성되거나, 범퍼 커버의 형상 또는 필요에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 상부 또는 하부에 하나만 형성되는 것도 가능하다. 본 발명에서 제2플레이트(122)의 두께는 1.5~2mm로 구현되며, 생산 공정을 고려하여 빼기구배는 1~3도 정도가 바람직하다. 왜냐하면, 제2플레이트(122)의 두께가 1.5mm 미만이면 제품에 미성형이 발생되어 충돌 성능 및 미관 품질에 좋지 않으며, 2 mm 초과이면 충돌시 압착, 변형이 발생되지 않아 충분한 에너지 흡수가 되지 않기 때문이다.

또한, 제2플레이트(122)의 형상은 특별히 제한되지 않으나, 범퍼 커버와 약 3~5mm의 갭(gap)을 확보하여 결정된다. 왜냐하면, 범퍼 빔과 범퍼 커버의 갭이 3 mm 미만이면 범퍼 빔의 변형과 치수공차로 범퍼 커버의 외관불량을 야기시키고, 5mm 초과이면 범퍼 커버의 꿀렁거림 발생뿐만 아니라, 운행 중에 부품간의 떨림 접촉으로 이음이 발생하게 되고, 갭이 너무 클 경우 충돌법규를 만족하기 어렵기 때문이다.

한편, 제1플레이트(121)와 제2플레이트(122) 사이에는 리브(123)가 형성될 수 있다. 리브(123)는 충격물의 침입시 압괴되면서 소재가 허용하는 파단강도까지 에너지를 흡수하는 역할을 하고, 평상시에는 제2플레이트(122)를 지지하여 범퍼 커버의 꿀렁거림이나 형상을 유지하는 기능을 한다. 이러한 리브(123)의 경우 제2플레이트(122)와 마찬가지로 두께는 저속충돌시험에서의 압착, 압괴를 고려하여 1.5~2mm로 하고, 빼기구배는 생산공정을 고려하여 1~3도로 반영하는 것이 바람직하다.

에너지 흡수부(120)의 에너지 흡수량은 상술한 리브(123)의 길이, 즉, 지지부(110)의 수직 플레이트(112)에서 에너지 흡수부(120)의 제2플레이트(122)까지의 거리에 따라 결정되는데, 본 발명에서는 충격에너지를 고려하여 10~100mm 범위로 한다. 수직 플레이트(112)는 일정한 곡률을 가지고, 제2플레이트(122)는 범퍼 커버과 일정한 갭으로 곡률을 형성하게 된다. 따라서 중앙부에 각 플레이트의 거리를 10mm로 적용하더라도 중앙에서 멀어질수록 거리는 증가하게 된다. 여기서 중앙부의 거리를 10mm 미만으로 적용하면 충분한 충돌에너지를 흡수하지 못하여 범퍼 빔의 중앙부 파단이 발생되게 된다. 반면, 충분한 에너지 흡수를 위해 수직 플레이트(112)와 제2플레이트(122) 사이의 거리를 100mm 초과로 적용하면 수직 플레이트(112)와 제2플레이트(122) 사이의 제1플레이트(121)와 리브(123) 크기가 증가하여 범퍼 빔의 중량 및 원가가 상승하고, 차체 판넬과 범퍼 빔이 가까워져 충돌 후 차량 판넬 손상이 발생할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자동차용 후방 범퍼 빔은 범퍼 빔을 이중으로 구성하여 충돌 성능을 향상시킴으로써 LFT 소재를 사출성형공법에 적용 가능하도록 한 것이다. 이러한 본 발명의 성능을 평가하기 위해 충돌 구조해석을 실시하였으며, 그 방법과 결과는 다음과 같다.

구체적으로, 저속충돌 법규 대응용 플라스틱 리어 범퍼 빔의 형상에 하기 방법으로 제조된 LFT 소재를 약 2.3kg 중량으로 적용하여 저속충돌 법규 테스트의 CENTER PENDULUM TEST를 실시하였으며, 그 결과를 도 5 내지 도 7에 나타내었다.

[LFT 소재 제조방법]

프로필렌 단독 중합체(분자량 분포 5), 착색제(카본 블랙) 및 충격 보강제(올레핀 블록공중합체, 에틸렌계 반복단위 및 부틸렌계 반복단위 포함, 용융지수(ASTM D1238, 230℃, 2.16kg의 하중에서 측정) 10g/10min)의 용융 혼합물에 섬유 강화재(유리섬유, 길이 9~13mm, 표면에 에폭시기 포함)를 함침하고 공지의 방법을 이용하여 길이 10~30mm, 단면 직경 1~5mm인 펠렛사의 LFT를 제조하였다. 최종 조성비는 프로필렌 단독 중합체:섬유 강화재:착색제:충격 보강제의 중량비가 60:15:1:1이다.

도 5는 사출성형공법의 범퍼 빔에 LFT 소재를 적용한 경우의 충돌 구조해석 결과로서 범퍼 빔의 파단이 발생한 것을 알 수 있으며, 이로부터 차체 손상 및 법규 불만족이 예상된다. 도 6은 프레스성형공법의 범퍼 빔에 LFT 소재를 적용한 경우로서 사출공법의 경우와 마찬가지로 범퍼 빔의 파단이 발생하여 차체 손상 및 법규 불만족이 예상된다. 도 7은 본 발명에 따라 개선된 구조를 갖는 사출성형공법의 범퍼 빔에 LFT 소재를 적용한 경우로서 다른 범퍼 빔의 구조해석 결과와는 달리 파단이 발생하지 않았으며, 범퍼 빔의 앞 부분, 즉, 에너지 흡수부가 압착, 압괴되면서 충돌에너지를 흡수하여 법규 성능을 만족하는 것으로 나타났다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 범위는 상술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위, 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 자동차용 후방 범퍼 빔 110 : 지지부
111, 112 : 수직 플레이트 113 : 수평 플레이트
114 : X형 리브 115 : 체결부재
116 : 리브 120 : 에너지 흡수부
121 : 제1플레이트 122 : 제2플레이트
123 : 리브

Claims (10)

1. 분자량 분포가 2 내지 10인 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함한 고분자 기재; 및 상기 고분자 기재로 함침된 5 내지 20mm 길이의 섬유 강화재;를 포함하는 열가소성 수지 복합체로 이루어지는 폴리올레핀 수지로서, 상기 섬유 강화재는 상기 폴리올레핀 수지에 대해 10 내지 50중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 폴리올레핀 수지는 충격강도(ASTM D256)가 200J/m 이상인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 섬유 강화재와 상기 프로필렌 단독 중합체의 중량비가 1:1.5 내지 1:10인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 착색제와 상기 섬유 강화재의 중량비가 1:1 내지 1:50인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 고분자 기재는 충격 보강제, 무기 충전제, 자외선 차단제, 산화방지제, 윤활제, 대전방지제, 상용화제 및 미세입자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 충격 보강제는 에틸렌계 반복 단위 및 탄소수 4 내지 30의 α-올레핀계 반복 단위를 포함한 올레핀 블록공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 올레핀 블록공중합체는 용융지수(ASTM D1238, 230℃, 2.16㎏의 하중에서 측정)가 2 내지 50g/10min인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 폴리올레핀 수지는 길이가 1 내지 500mm이고, 단면 직경이 0.1 내지 50mm인 펠렛상인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지.
9. 분자량 분포가 2 내지 10인 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함한 용융 혼합물에 5 내지 20mm 길이의 섬유 강화재를 함침하여 열가소성 수지 복합체를 형성하는 것을 특징으로 폴리올레핀 수지의 제조방법.
10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 폴리올레핀 수지를 이용하여 사출성형되는 자동차용 후방 범퍼 빔으로서,
    서로 평행하게 배치되는 2개의 수직 플레이트와, 상기 2개의 수직 플레이트를 연결하는 수평 플레이트로 이루어지는 H형 단면 구조를 가지며, 상기 자동차에 일단부가 장착되는 지지부; 및
    상기 지지부의 타단부에 형성되는 에너지 흡수부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 후방 범퍼 빔.

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