WO2012070918A2 - 압출-사출-발포 연속성형 공법을 이용한 언더커버의 제조방법 - Google Patents

압출-사출-발포 연속성형 공법을 이용한 언더커버의 제조방법 Download PDF

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김영민
문병상
차성운
김영호
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Definitions

  • the present invention is a.
  • the process of compounding the material separately, pelletizing (pelletizing) and molding the injection molded product and the molding of the foam is carried out in one process, so that the transfer of the material and each component part is performed. It can be shortened to reduce the errors of molding dimensions, the risk of deterioration and contamination in the transfer process.
  • the prepared undercover does not require an adhesive that inhibits physical properties separately, and thus exhibits mechanical strength and sound absorption performance equivalent to or higher than those of the existing undercover.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a process of manufacturing a sound absorbing structure integrated glass fiber reinforced undercover through an extrusion-injection-foaming continuous molding method.
  • a base material including plastic, glass fiber, compatibilizer and rubber is introduced into an extruder, melted and mixed to extrude a mixed resin.
  • the plastic is not particularly limited as long as it is a material used as an undercover base, and preferably polypropylene is used. It is recommended to use 60 to 80% by weight of the base material, such as plastic, if the content of the plastic is less than 60% by weight may have a relatively high glass fiber content, there is a problem that the specific gravity is increased, if it exceeds 80% by weight There may be a problem of poor mechanical properties.
  • the glass fiber is used to improve the mechanical properties of the undercover base.
  • the amount of glass fiber is preferably 15 to 30% by weight of the base material. If the amount of glass fiber is too small, the specific gravity may be lowered, but the mechanical properties such as strength and durability may be lowered. There may be a problem.
  • the compatibilizer is used for the purpose of helping to stabilize the dispersion between the raw materials and the mixing of the other materials well occur.
  • a polypropylene-based compatibilizer is used, and commercialized CM-1120W (Honam Petrochemical Co., Ltd.) can be used.
  • the content of the compatibilizer is 1 to 5% by weight is good, but if the content is less than 1% by weight, the beneficial effect of the use is insignificant.
  • Extrusion is a process of melting and mixing raw materials and compounding. Plastic, compatibilizer, rubber, and additives are introduced into the extruder through a hopper, but the glass fiber is not cut and is in the form of long fiber without cutting the middle of the cylinder of the extruder. It is desirable to inject directly into the cylinder from the last position. By separately injecting the glass fiber to prevent excessive cutting of the fiber can be maintained in the base to a length of 2 mm or more.
  • the injected mixed resin is not taken out of the injection mold, but the injection mold is rotated in an open state, and the injected mixed resin is transferred to the foam mold.
  • the injection mold is referred to as the lower core of the rotating core located between the injection molding machine and the foaming machine
  • the lower mold rotates with respect to the upper mold including the gate where the injection of the mixed resin is made and the upper mold including the gate for injecting the foam material.
  • the mold can be opened and closed sequentially. After molding the base injection molded product through the injection gate, the lower mold is rotated and rotated in the direction of the foam gate to transfer the injected mixed resin to the foam mold.
  • Flame treatment is a method of flame treatment on the base part to which sound absorbing material is attached by using a robot equipped with a flame machine located at the outer side of the foaming machine when the lower mold having the base part attached to the upper mold machine is stopped after rotating. To do it.
  • an undercover may be manufactured by closing a foam mold and foaming polyurethane on the flame treated mixed resin surface.
  • the polyurethane foamed to form a sound absorbing structure is attached to the base of the injection-molded mixed resin.
  • the pressure is preferably 150 to 200 bar. If the pressure is less than 150 bar, there may be a problem of deterioration of foaming performance due to an imbalanced mixing of polyol and isocyanate, which is a raw material of the foaming agent. There may be a problem with rising.
  • the manufacturing method of the undercover according to the present invention it is possible to manufacture the undercover through a single extrusion-injection-foaming continuous molding process, thereby increasing process efficiency, and the manufactured undercover does not contain an adhesive. It has equivalent to excellent physical properties compared to the product by the manufacturing method of.
  • the molten mixed resin is injected into the injection mold at an injection speed of 50 mm / s through the injection gate, and the mixed resin is injection molded, and then the injection molded mixed resin is not blown out from the injection mold, and the injection mold is opened in an open state. Rotate in the gate direction.
  • the injection molded mixture resin was flame-treated using a robot equipped with a flamethrower, and then the polyurethane was injected at a pressure of 160 bar while the foam mold was closed to form a sound-absorbing structure made of foamed polyurethane at the base of the injected resin.
  • An integrated undercover was prepared.
  • test piece was 127 mm X 12.7 mm X 6.4 mm, and the speed was 5 mm / min.
  • test piece was 63.5mm x 12.7mm x 6.4mm and a notched test piece was used. Impact strength was tested at room temperature (25 °C) and low temperature (-30 °C), respectively.
  • the undercover prepared in Example 1 was attached to a medium-sized passenger vehicle of a four-cylinder direct injection diesel engine with a displacement of 1991 cc and a total weight of 1995 kg, and tested using the ISO-362 test method.
  • Example 2 Flexural modulus 2.63 to 3.00 GPa 2.91 to 3.26 GPa Impact strength 25 °C 19 to 21 kJ / m 2 20 to 23 kJ / m 2 -30 °C 15 to 17 kJ / m 2 18 to 23 kJ / m 2 Running noise 75 dB or less 75 dB or less smell 2 ratings 2 ratings
  • Table 1 is a result of measuring the physical properties of the undercover manufactured in Examples 1 to 2.
  • Example 2 containing a relatively large amount of glass fibers at the base showed better results in terms of flexural modulus and impact strength.
  • the flexural modulus was excellent, which exceeded 2.63 GPa, which is similar to or slightly higher than the flexural modulus of the commercial undercover.
  • the impact strength also showed excellent results in the room temperature impact strength of 19KJ / m 2 or more in Examples 1 to 2, and similar to the commercial undercover in the case of low temperature impact strength.

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Abstract

본 발명은 압출-사출-발포 연속성형 공법을 이용한 언더커버의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라스틱, 유리섬유, 상용화제 및 고무를 포함하는 기저부 원료를 용융 압출하면서 사출성형을 수행한 다음, 사출물을 사출금형에서 취출하지 않고, 사출금형을 연 상태에서 회전시켜, 사출물을 발포금형이 이송하고, 이후 화염처리 및 폴리우레탄 발포성형 단계를 거처 언더커버를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 언더커버의 제조방법에 의하면 재료를 별도로 컴파운딩하여 펠렛화(pelletizing)하는 과정과 사출물을 성형하고 발포체를 성형하는 과정이 하나의 공정에서 수행되기 때문에 재료와 각 구성 부위의 이송이 단축되어 성형 치수의 오차, 이송 과정상의 변질 및 오염의 위험을 감소시킬 수 있다.

Description

압출-사출-발포 연속성형 공법을 이용한 언더커버의 제조방법
본 발명은 자동차 하면에 차체 보호 및 소음 저감을 목적으로 하는 언더커버 부품을 제조함에 있어, 압출-사출-발포 연속성형 공법을 이용하여 유리섬유를 포함한 언더커버 기저에 발포체 흡음구조물이 부착된 형태로 제조하는 방법에 관한 것이다.
차량의 엔진에는 그 엔진의 구동에 따른 소음을 차단하고자 엔진의 밑면에 언더커버를 설치하고 있다. 이러한 언더커버는 통상 플라스틱 등과 같은 합성수지로 성형된 기저부 일면에, 일정 두께를 갖도록 발포 폴리우레탄 등의 흡음구조부가 부착된 구조로 되어 있다.
기존에는 수지의 컴파운딩 공정, 수지의 사출성형 공정, 흡음재의 발포성형 공정, 사출물인 기저부와 발포체인 흡음구조부를 접착하는 공정, 이후 여러가지 후처리 공정 등을 통해 언더커버를 제조하였다. 그러나, 상기 방법은 기저부와 흡음구조부를 각각 별도로 제작하고, 이를 접착제로 부착시키는 접착공정을 필요로 한다는 점에서 공정 구성상 효과적이지 못하였다.
또한, 기존에는 기저부와 흡음구조부를 접착제로 부착시켰으나, 언더커버의 구조가 복잡해지면서, 접착제를 이용한 공정이 점차적으로 어려워지고 있으며, 또한 접착제는 언더커버의 물리적 성능 측면에서 불리하다는 단점을 가지고 있다.
그러므로 기저부에 흡음 구조제가 일체화 형태로 부착된 언더커버를 제조하려는 연구가 이루어졌다. 이러한 시도로는 발포성 수지를 포함하는 기저부 재료 및 흡음부 재료를 순차로 금형 상에 적층하고, 그 후 이를 가열 가압하여 프레스 성형하면서 이와 동시에 기저부 재료 내 발포성 수지를 발포 경화시키는 방법이 있다. 또한 사출성형 또는 프레스 성형으로 제조한 기저부에 진공 성형 등을 이용하여 표피층을 형성한 후, 기저부와 표피층 사이에 발포수지를 주입하고 발포 성형을 하는 방법도 있다. 그러나 이러한 방법들은 각각의 공정들이 별도로 수행되어야 하므로 공정의 수가 많고 복잡할 뿐 아니라, 언더커버의 제조 시간이 오래 걸리는 문제가 있다. 또한 프레스 성형을 하는 경우 형상 자유도가 떨어지는 문제가 있다.
이에 본 발명자들은 언더커버로서 요구되는 물성을 만족시키면서도 단일 성형공정을 통해 언더커버를 제조할 수 있는 기술을 개발하고자 지속적으로 연구한 결과, 플라스틱과 유리섬유를 중심으로 한 혼합재료 기저부에 발포체 형태로 이루어진 흡음구조부가 일체화 형태로 부착된 언더커버 부품을 압출-사출-발포 연속성형 공법을 통해 제조할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하였다. 따라서, 본 발명은 간단한 연속성형 공법을 통해 물성이 우수한 언더커버를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은
플라스틱, 유리섬유, 상용화제 및 고무를 포함하는 기저부 원료를 압출기에 투입하고 용융 및 혼합하여 혼합수지를 압출하는 단계;
상기 압출된 혼합수지를 용융상태로 이송하여 사출성형하는 단계;
상기 사출성형된 혼합수지를 사출금형에서 취출하지 않고, 사출금형을 연 상태에서 회전시켜, 사출된 혼합수지를 발포금형으로 이송하는 단계;
상기 발포금형 내에서 혼합수지를 화염처리하는 단계; 및
발포금형을 닫고 상기 화염처리된 혼합수지 표면에서 폴리우레탄을 발포성형하는 단계;
를 포함하는 압출-사출-발포 연속성형 공법을 이용한 언더커버의 제조방법을 그 특징으로 한다.
본 발명에 따른 언더커버의 제조방법에 의하면 재료를 별도로 컴파운딩하여 펠렛화(pelletizing)하는 과정과 사출물을 성형하고 발포체를 성형하는 과정이 하나의 공정에서 수행되기 때문에 재료와 각 구성 부위의 이송이 단축되어 성형 치수의 오차, 이송 과정상의 변질 및 오염의 위험을 감소시킬 수 있다. 또한, 제조된 언더커버는 물리적 물성을 저해하는 접착제를 별도로 필요로 하지 않아 기존의 언더커버와 동등 수준 이상의 기계적 강도 및 흡음성능을 나타낸다.
도 1은 압출-사출-발포 연속성형 공법을 통한 흡음구조 일체형 유리섬유 강화 언더커버를 제조하는 과정을 도식화한 것이다.
이하에서는 본 발명을 더욱 자세하게 설명하겠다.
본 발명은 기저부 원료를 용융 압출 및 사출성형한 다음, 사출물을 사출금형에서 취출하지 않고 발포금형에 이송하여, 발포금형에서 흡음구조체를 발포시킴으로써, 한번의 공정을 통해 언더커버를 제조하는 방법에 관한 것이다.
우선, 플라스틱, 유리섬유, 상용화제 및 고무를 포함하는 기저부 원료를 압출기에 투입하고 용융 및 혼합하여 혼합수지를 압출하는 단계를 수행한다. 상기 플라스틱은 언더커버 기저부로 사용되는 소재라면 그 종류를 특별히 한정하지 않으며, 바람직하기로는 폴리프로필렌을 사용하는 것이 좋다. 이러한 플라스틱은 기저부 원료 중 60 ~ 80 중량%로 사용하는 것이 좋은데, 플라스틱의 함량이 60 중량% 미만이면 상대적으로 유리섬유의 함량이 높아져 비중이 상승하는 문제가 있을 수 있으며, 80 중량%를 초과하면 기계적 물성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
상기 유리섬유는 언더커버 기저부의 기계적 물성을 향상시키기 위해 사용한다. 유리섬유의 사용량은 기저부 원료 중 15 ~ 30 중량%가 바람직한데, 유리섬유의 사용량이 너무 적으면 비중은 낮아지나 강도나 내구성 등의 기계적 물성이 떨어질 수 있으며, 30 중량%를 초과하면 비중이 상승하는 문제가 있을 수 있다. 또한, 상기 상용화제는 원료간 분산 배합이 잘 일어나고 다른 재료들간의 혼합시 안정화를 돕는 목적으로 사용한다. 바람직하기로는 폴리프로필렌 계열의 상용화제를 이용하는 것이 좋으며, 상품화된 것으로 CM-1120W(호남석유화학 社)를 사용할 수 있다. 상용화제의 함량은 1 ~ 5 중량%가 좋은데, 함량이 1 중량% 미만이면 사용에 따른 효과상의 실익이 미미하며, 5 중량%를 초과하여도 증량에 따른 실익이 없고 물성이 저하될 수 있으므로 상기 범위를 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 고무는 기저부의 충격강도 향상을 목적으로 사용한다. 이러한 고무로는 구체적으로 폴리올레핀 엘라스토머(Dow chemical company 社)를 사용할 수 있다. 기저부 원료 중 고무의 함량은 3 ~ 8 중량%가 바람직한데, 고무의 함량이 3 중량% 미만이면 목적하는 충격강도를 얻기 어려우며, 8 중량%를 초과하면 인장강도, 굴곡강도 및 굴곡탄성률이 떨어지는 문제가 있을 수 있다. 기저부 원료로는 필요에 따라 착색을 위한 첨가제 등을 더 포함할 수도 있다.
압출은 원료를 용융 및 혼합하여 컴파운딩을 하는 과정으로, 플라스틱, 상용화제, 고무, 첨가제 등은 호퍼(hopper)를 통해 압출기에 투입하나, 유리섬유는 절단하지 않은 장섬유 형태로 압출기의 실린더 중간을 지난 위치에서 실린더 내부로 직접 투입하는 것이 바람직하다. 유리섬유를 별도로 투입함으로써 섬유의 과다한 절단 현상을 방지하여 기저부 내에서 2 mm 이상의 길이를 유지할 수 있다.
실린더 내부에서는 연속적으로 컴파운딩된 혼합수지는 용융상태로 노즐 부위에 배치된 이송로를 통해 사출성형 금형으로 전달된다. 사출성형시 금형에는 언더커버 기저부의 중량 만큼의 혼합수지를 계량하여 투입하며, 계량 후 사출하는 동안 용융상태의 혼합수지를 받지 못하는 경우 추가적인 실린더 내부에 일시적으로 저장했다가 다음 계량 단계에서 이송을 수행함으로써 연속적인 공정을 구성하는 것이 바람직하다.
사출성형이 끝나면, 사출된 혼합수지를 사출금형에서 취출하지 않고, 사출금형을 연 상태에서 회전시켜, 사출된 혼합수지를 발포금형으로 이송하게 된다. 사출금형은 사출기와 발포기 사이에 위치한 회전하는 코어 부위를 하형이라 할 때, 이러한 하형이 혼합수지의 사출이 이루어지는 게이트가 존재하는 상형 및 발포 재료를 주입하는 게이트가 존재하는 상형 각각에 대해 회전을 통해 순차적으로 금형 개폐가 가능한 구조이다. 기저부 사출품의 성형을 사출 게이트를 통해 수행한 후 하형을 회전시켜 발포 게이트 방향으로 돌림으로써 사출된 혼합수지를 발포금형으로 이송한다.
이후, 발포금형 내에서 혼합수지를 화염처리하는 단계를 수행한다. 화염처리를 통하여 사출물의 표면을 계면활성화시켜, 접착제 없이도 흡음구조부인 발포부를 기저부에 부착시킬 수 있다. 화염처리는 기저부가 부착되어 있는 하형이 발포기 상형쪽으로 회전 후 정지하였을 때, 사출기 및 발포기 외곽에 위치한 화염기가 장착되어 있는 로봇 등을 이용하여 흡음재가 부착될 기저부의 부분에 화염처리를 하는 방법으로 수행한다.
다음으로, 발포금형을 닫고 상기 화염처리된 혼합수지 표면에서 폴리우레탄을 발포성형하는 단계를 거쳐 언더커버를 제조할 수 있다. 이때, 폴리우레탄이 발포되면서 흡음구조부를 형성하며, 이러한 흡음구조부는 사출성형된 혼합수지인 기저부에 부착된다. 발포시 압력은 150 ~ 200 bar가 바람직한데, 압력이 150 bar 미만이면 발포제의 원료인 폴리올과 이소시아네이트의 불균형 혼합으로 발포성능 저하의 문제가 있을 수 있으며, 200 bar를 초과하면 공정효율이 떨어지고 제조단가가 상승하는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 따른 언더커버의 제조방법에 의하면 단일화된 한번의 압출-사출-발포 연속성형 공정을 통해 언더커버의 제조가 가능하여 공정효율을 높일 수 있으며, 제조된 언더커버는 접착제를 함유하지 않으므로 기존의 제조방법에 의한 제품 대비 동등 내지 우수한 물성을 갖는다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
폴리프로필렌 72 중량%, 상용화제(CM-1120W(호남석유화학 社)) 3 중량% 및 고무인 폴리올레핀 엘라스토머(Dow chemical company) 5 중량%를 호퍼를 통해 압출기에 투입하고, 유리섬유는 압출기 실린더의 압출방향으로 60%를 지난 위치에서 실린더 내부로 직접 투입하였다. 실린더 내부는 지저부 원료의 용융을 위해 210℃의 상태로 유지하였으며, 스크류의 회전속도는 150 rpm으로 조정하여 혼합수지를 압출하였다.
용융된 혼합수지를 사출 게이트를 통해 50 mm/s 의 사출속도로 사출금형에 주입하여 혼합수지를 사출성형 한 다음, 사출성형된 혼합수지를 사출금형에서 취출하지 않고, 사출금형을 연 상태에서 발포 게이트 방향으로 회전시켰다.
이후, 사출성형된 혼합수지를 화염방사기가 부착된 로봇을 이용하여 화염처리한 후, 발포금형을 닫은 채 160 bar의 압력으로 폴리우레탄을 주입하여 사출된 혼합수지인 기저부에 발포 폴리우레탄인 흡음구조부을 부착시킨 일체형 언더커버를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 폴리프로필렌을 67 중량%, 유리섬유를 25 중량%로 사용하였다.
물성측정시험
1)굴곡탄성률
ASTM D790 규격에 의거하여 시험하였다. 단, 시험편의 크기는 127mm X 12.7mm X 6.4mm이며, 속도는 5 mm/min였다.
2)충격강도
*ASTM D256규격에 의거하여 시험하였다. 단, 시험편의 크기는 63.5mm X 12.7mm X 6.4mm이며 노치(notch)된 시험편을 사용하였다. 충격강도는 상온(25℃) 및 저온(-30℃)에서 각각 시험하였다.
3)주행소음시험
실시예 1에서 제조한 언더커버를 배기량 1991 cc, 총중량 1995 kg의 4기통 직접분사식 디젤엔진의 중형 승용차량에 부착하여 ISO-362 시험법을 이용하여 시험하였다.
4)냄새시험
80℃에서 MS 300-34 규격에 의거하여 시험하였다.
표 1
구분 실시예 1 실시예 2
굴곡탄성률 2.63 ~ 3.00 GPa 2.91 ~ 3.26 GPa
충격강도 25℃ 19 ~ 21 kJ/m2 20 ~ 23 kJ/m2
-30℃ 15 ~ 17 kJ/m2 18 ~ 23 kJ/m2
주행소음 75 dB 이하 75 dB 이하
냄새 2 등급 2 등급
상기 표 1은 실시예 1 ~ 2에서 제조한 언더커버의 물성측정 시험결과이다. 상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 기저부에 유리섬유가 상대적으로 많이 함유된 실시예 2가 굴곡탄성률, 충격강도 면에더 더 좋은 결과를 나타내었다. 그러나 실시예 1~2 모두 굴곡탄성률이 2.63 GPa를 넘는 우수한 결과를 갖는데, 이는 시판 언더커버의 굴곡탄성률과 비슷하거나 그보다 약간 높은 수치이다. 또한 충격강도 역시 실시예 1~2 모두 상온 충격강도가 19KJ/m2 이상인 우수한 결과를 보였으며, 저온 충격강도의 경우 시판 언더커버와 비슷한 결과를 보였다.
기타, 주행소음시험 결과 및 냄새 시험 결과도 차량에 적용하기 위해 요구되는 물성을 만족하므로, 본 발명의 언더커버 제조방법에 의하면 단일화된 한번의 공정을 통해, 기존의 언더커버와 동등 수준 이상의 기계적 강도 및 흡음성능을 언더커버를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.

Claims (6)

  1. 플라스틱, 유리섬유, 상용화제 및 고무를 포함하는 기저부 원료를 압출기에 투입하고 용융 및 혼합하여 혼합수지를 압출하는 단계;
    상기 압출된 혼합수지를 용융상태로 이송하여 사출성형하는 단계;
    상기 사출성형된 혼합수지를 사출금형에서 취출하지 않고, 사출금형을 연 상태에서 회전시켜, 사출된 혼합수지를 발포금형으로 이송하는 단계;
    상기 발포금형 내에서 혼합수지를 화염처리하는 단계; 및
    발포금형을 닫고 상기 화염처리된 혼합수지 표면에서 폴리우레탄을 발포성형하는 단계;
    를 포함하는 압출-사출-발포 연속성형 공법을 이용한 언더커버의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 플라스틱은 폴리프로필렌인 것을 특징으로 하는 언더커버의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 고무는 폴리올레핀 엘라스토머인 것을 특징으로 하는 언더커버의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 기저부 원료는 플라스틱 60 ~ 80 중량%, 유리섬유 15 ~ 30 중량%, 상용화제 1 ~ 5 중량% 및 고무 3 ~ 8 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 언더커버의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유리섬유는 압출기의 실린더 중간을 지난 위치에서 실린더 내부로 투입되는 것을 특징으로 하는 언더커버의 제조방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중에서 선택한 어느 한 항에 의해 제조된 언더커버.
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