WO2017003070A1 - 폴리올레핀 수지와 그 제조방법 및 이를 이용한 자동차용 후방 범퍼 빔 - Google Patents

폴리올레핀 수지와 그 제조방법 및 이를 이용한 자동차용 후방 범퍼 빔 Download PDF

Info

Publication number
WO2017003070A1
WO2017003070A1 PCT/KR2016/003443 KR2016003443W WO2017003070A1 WO 2017003070 A1 WO2017003070 A1 WO 2017003070A1 KR 2016003443 W KR2016003443 W KR 2016003443W WO 2017003070 A1 WO2017003070 A1 WO 2017003070A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
polyolefin resin
bumper beam
fiber reinforcing
reinforcing material
rear bumper
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2016/003443
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김영범
소철원
박승욱
이인광
김동욱
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lotte Chemical Corp
Seoyon E Hwa Co Ltd
Original Assignee
Lotte Chemical Corp
Seoyon E Hwa Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020150092074A external-priority patent/KR101688320B1/ko
Priority claimed from KR1020150115596A external-priority patent/KR101721767B1/ko
Priority claimed from KR1020160039019A external-priority patent/KR101860629B1/ko
Application filed by Lotte Chemical Corp, Seoyon E Hwa Co Ltd filed Critical Lotte Chemical Corp
Priority to CN201680038367.XA priority Critical patent/CN107889496B/zh
Priority to EP16818103.0A priority patent/EP3315541B1/en
Priority to JP2018519659A priority patent/JP6582131B2/ja
Priority to US15/740,891 priority patent/US10696830B2/en
Publication of WO2017003070A1 publication Critical patent/WO2017003070A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C08L23/12—Polypropene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R19/00—Wheel guards; Radiator guards, e.g. grilles; Obstruction removers; Fittings damping bouncing force in collisions
    • B60R19/02—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R19/00—Wheel guards; Radiator guards, e.g. grilles; Obstruction removers; Fittings damping bouncing force in collisions
    • B60R19/02—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects
    • B60R19/03—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects characterised by material, e.g. composite
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R19/00—Wheel guards; Radiator guards, e.g. grilles; Obstruction removers; Fittings damping bouncing force in collisions
    • B60R19/02—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects
    • B60R19/18—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects characterised by the cross-section; Means within the bumper to absorb impact
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/043—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with glass fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R19/00—Wheel guards; Radiator guards, e.g. grilles; Obstruction removers; Fittings damping bouncing force in collisions
    • B60R19/02—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects
    • B60R19/18—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects characterised by the cross-section; Means within the bumper to absorb impact
    • B60R2019/1806—Structural beams therefor, e.g. shock-absorbing
    • B60R2019/1833—Structural beams therefor, e.g. shock-absorbing made of plastic material
    • B60R2019/1853—Structural beams therefor, e.g. shock-absorbing made of plastic material of reinforced plastic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R19/00—Wheel guards; Radiator guards, e.g. grilles; Obstruction removers; Fittings damping bouncing force in collisions
    • B60R19/02—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects
    • B60R19/18—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects characterised by the cross-section; Means within the bumper to absorb impact
    • B60R2019/186—Additional energy absorbing means supported on bumber beams, e.g. cellular structures or material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2323/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
    • C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
    • C08J2323/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C08J2323/12—Polypropene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2453/00—Characterised by the use of block copolymers containing at least one sequence of a polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Derivatives of such polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/14—Glass

Definitions

  • the present invention relates to the production of polyolefin resin and its application, and more particularly, to a polyolefin resin, a method for producing the same, and a method for manufacturing the same, and a rear bumper beam for automobiles using the same while maintaining low specific gravity. .
  • a bumper beam for a vehicle requires satisfaction of a low speed crash test, which is a legal item, and a test of non-life insurance company (RCAR, IIHS), which is a legal item.
  • RAR non-life insurance company
  • the required performance of the non-life insurer is higher than that required by law, which requires both, or only low speed crash tests, depending on the region. Therefore, most automakers apply high-strength bumper beams to bumper beams to respond to tests by non-life insurance companies, but inexpensive bumper beams are applied to bumper beams in areas requiring only low-speed crash tests. It is secured.
  • bumper beams for low-speed collisions are usually manufactured by the injection method, various materials that can be injected in terms of materials can be applied.
  • the bumper beam should satisfy the statutory performance with the same low-speed collision performance in various seasons and environments, and ensure dimensional stability so that there is no problem in production, assembly and repair. Therefore, injection bumper beams made of PP material and PC and PBT materials are mainly used in regions where the seasonal and temperature changes are not large.
  • the composite plastic material including glass fiber can be press-molded and injection-molded according to the fiber length.
  • Patent No. 10-0917651 Patent No. 10-1457995
  • Patent No. 10-1365057 Patent No. 10-1365057
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a polyolefin resin having a high impact strength and excellent impact absorption performance in high-speed impact and a manufacturing method thereof.
  • Another object of the present invention is to improve the impact energy absorption performance injection molding is possible in a composite plastic material containing glass fiber, thereby reducing the processing cost to minimize the product price as well as dimensions in room temperature and low temperature environment And it is to provide a rear bumper beam for the automobile to ensure the performance stability to satisfy the low-speed collision law performance.
  • the present invention is a polymer substrate comprising a propylene homopolymer and a colorant having a molecular weight distribution of 2 to 10; And a 5 to 20 mm long fiber reinforcing material impregnated with the polymer substrate.
  • a polyolefin resin comprising a thermoplastic resin composite, wherein the fiber reinforcing material is contained in an amount of 10 to 50 wt% based on the polyolefin resin. to provide.
  • the polyolefin resin may have an impact strength (ASTM D256) of 200 J / m or more.
  • the weight ratio of the fiber reinforcing material and the propylene homopolymer may be 1: 1.5 to 1:10.
  • the weight ratio of the colorant and the fiber reinforcement may be 1: 1 to 1:50.
  • the polymer substrate may further include at least one additive selected from the group consisting of impact modifiers, inorganic fillers, sunscreen agents, antioxidants, lubricants, antistatic agents, compatibilizers and fine particles.
  • the impact modifier may include an olefin block copolymer including an ethylene repeating unit and an ⁇ -olefin repeating unit having 4 to 30 carbon atoms.
  • the olefin block copolymer may have a melt index (ASTM D1238, 230 ?, measured at a load of 2.16 kg) of 2 to 50 g / 10 min.
  • the polyolefin resin may be a pellet having a length of 1 to 500mm, the cross-sectional diameter of 0.1 to 50mm.
  • the present invention provides a method for producing a polyolefin resin, characterized in that the thermoplastic resin composite is formed by impregnating a fiber reinforcing material having a length of 5 to 20 mm in a molten mixture including a propylene homopolymer having a molecular weight distribution of 2 to 10 and a colorant.
  • the present invention is an automobile rear bumper beam injection-molded using the polyolefin resin, having a H-shaped cross-section structure consisting of two vertical plates arranged in parallel with each other, and a horizontal plate connecting the two vertical plates.
  • a support portion having one end mounted on the vehicle; And an energy absorbing part formed at the other end of the support part.
  • a polymer base including a propylene homopolymer and a colorant having a specific molecular weight distribution and a fiber reinforcement of a predetermined length impregnated with a polymer base can be obtained while maintaining a low specific gravity and obtaining a certain level of mechanical properties and high impact strength.
  • Polyolefin and a process for producing the same can be obtained while maintaining a low specific gravity and obtaining a certain level of mechanical properties and high impact strength.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a rear bumper beam for a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of the rear bumper beam for a vehicle shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG.
  • FIG. 4 is a view showing a modification of the energy absorbing portion of the rear bumper beam for a vehicle shown in FIG.
  • FIG. 6 is a view showing the results of the collision structural analysis when the LFT material is applied to the bumper beam of the press molding method
  • FIG. 7 is a view showing the impact structural analysis results when the LFT material is applied to the bumper beam of the injection molding method according to the present invention.
  • '(alone) polymer' means a polymer polymerized with only one monomer of ethylene, propylene or ⁇ -olefin
  • '(olefin) block copolymer' is a polymer in which ethylene or propylene and ⁇ -olefin are copolymerized.
  • Physical or chemical properties such as ethylene or propylene and one or more of the property values of the content (molar fraction), crystallinity, density, or melting point of the repeating units respectively derived from the ⁇ -olefin It means a copolymer comprising a plurality of repeating unit blocks or segments that can be distinguished from each other in the polymer.
  • the polyolefin resin of the present invention consists of a thermoplastic resin composite comprising a polymeric substrate comprising a propylene homopolymer and a colorant having a molecular weight distribution of 2 to 10 and a fiber reinforcement of 5 to 20 mm length impregnated with such polymeric substrate.
  • the thermoplastic resin composite may be formed, for example, by impregnating a fiber reinforcement of 5 to 20 mm in length in a melt mixture comprising a propylene homopolymer having a molecular weight distribution of 2 to 10 and a colorant.
  • the polyolefin resin composed of the thermoplastic resin composite formed in this way can be produced in pellets having a length of 1 to 500 mm and a cross section diameter of 0.1 to 50 mm to be used for automobile rear bumper beam injection molding.
  • the impact strength of the polyolefin resin thus prepared may have excellent strength as the impact strength measured by ASTM D256 or more based on the injection molded specimens 200J / m or more.
  • the propylene homopolymer has a molecular weight distribution of 2 to 10 as a molecular weight distribution (MWD) suitable for injection molding of a rear bumper beam for automobiles, which will be described later, and preferably may have a molecular weight distribution of 4 to 6.
  • MWD molecular weight distribution
  • the molecular weight distribution is less than 2, injection molding processability may be reduced due to the long fiber component, and when the molecular weight distribution is greater than 10, the strength may be decreased.
  • Colorants are added for color realization according to the use of the rear bumper beam for automobiles, but the kind is not particularly limited.
  • carbon black, titanium black, chromium oxide, aniline black, iron oxide, manganese oxide, graphite or their Compounds containing two or more kinds may be included.
  • the fiber reinforcing material is to maintain a low specific gravity to have an impact strength of an appropriate level or more, in the present invention is used a fiber reinforcing material in the form of a long fiber of 5 to 20mm length, preferably 9 to 13mm length in consideration of injection molding Fiber reinforcing material may be used.
  • the fiber reinforcing material is preferably 100 ⁇ m or less in diameter, and more preferably, fiber filaments having a diameter of 1 to 50 ⁇ m may be used.
  • the fiber reinforcement may further include a functional group on the surface. Although it does not specifically limit as a functional group, For example, an epoxy group, a urethane group, a silane group, an acryl group, or the compound in which 2 or more types were mixed can be used.
  • the fiber reinforcement may include such functional groups to improve compatibility in the course of mixing with the propylene homopolymer.
  • the fiber reinforcing material for example, glass fiber, carbon fiber, metal fiber, aramid fiber, ultra high molecular weight polyethylene fiber, polyacrylonitrile fiber, arylate fiber, polyether ketone fiber, etc. can be used, Preferably glass fiber or carbon fiber can be used.
  • Such fiber reinforcing material is preferably contained 10 to 50% by weight, more preferably 10 to 30% by weight, and most preferably 15 to 25% by weight relative to the polyolefin resin. If the content of the fiber reinforcing material is less than 10% by weight, the degree of impact strength improvement may not be satisfactory. If the content of the fiber reinforcement is more than 50% by weight, the impact strength improvement efficiency may not be good in terms of efficiency, but may adversely affect the molding processability.
  • an optimal content ratio of the components constituting the polyolefin resin can be suggested so as to be optimized in an injection molding process while using a fiber reinforcing material in a long fiber state. It will be described in detail below.
  • the weight ratio of the fiber reinforcing material and the propylene homopolymer is preferably 1: 1.5 to 1:10, more preferably 1: 2 to 1: 6, and most preferably 1: 3 to 1: 5.
  • the weight ratio of the colorant and the fiber reinforcing material is preferably 1: 1 to 1:50, more preferably 1: 5 to 1:30, and most preferably 1:10 to 1:20.
  • the thermoplastic resin composite may further include an additive according to a specific use, for example, impact modifiers, inorganic fillers, sunscreens, antioxidants, lubricants, antistatic agents, fine particles or a mixture of two or more thereof. It may be included in an amount of 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the thermoplastic resin composite.
  • an additive for example, impact modifiers, inorganic fillers, sunscreens, antioxidants, lubricants, antistatic agents, fine particles or a mixture of two or more thereof. It may be included in an amount of 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the thermoplastic resin composite.
  • an olefin block copolymer including an ethylene repeating unit and an ⁇ -olefin repeating unit having 4 to 30 carbon atoms may be preferably used, and the olefin block copolymer may have a melt index (ASTM D1238, 230 ° C., It is more preferable to use the thing of 2-50 g / 10min) measured at the load of 2.16 kg.
  • Polyolefin resin according to the present invention is a composite plastic material (LFT: Long glass Fiber reinforced Thermoplastic) containing a fiber reinforcing material such as glass fiber can be applied to the injection molding of the rear bumper beam for automobiles The bumper beam will be described.
  • LFT Long glass Fiber reinforced Thermoplastic
  • the bumper beam In order to apply the glass-fiber composite plastic material to the injection molding process, the bumper beam absorbs the collision energy sufficiently during the collision so that the fracture does not occur. In order to prevent breakage of the bumper beam, it is necessary to increase the elongation or breaking strength of the material.Increasing the elongation of the material decreases the strength of the material. The hard thing is the reality.
  • the strength of the material is usually increased to allow the collision energy absorption.
  • the increase in the length of the glass fiber for improving the strength of the material makes injection molding difficult, the bumper beam of the glass fiber composite plastic material, which is currently mass-produced, is being developed by a press method having a high processing cost.
  • the injection molding method can satisfy the low-speed collision performance of the bumper beam, it can be price competitive.
  • the bumper beam absorbs the collision energy sufficiently when the material forming the bumper beam is sufficiently deformed as a whole to absorb enough energy and then breaks.
  • the bumper beam breaks, the sheared surface will damage the body and cannot meet the required legal performance. Therefore, the present inventors have studied and developed a structure that can absorb the collision energy to the maximum without breaking the bumper beam, and then derive a bumper beam structure that can satisfy such performance when injection molding the polyolefin resin described above. It is done.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a rear bumper beam for automobiles according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of the rear bumper beam for automobiles shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is an AA sectional view of FIG. 2
  • FIG. 4 is FIG. 3.
  • 4 is a view showing a modified example of the energy absorbing part of the rear bumper beam for automobile shown in FIG.
  • the rear bumper beam 100 for a vehicle includes a support 110 and an energy absorber 120.
  • the supporting unit 110 is for supporting the energy absorbing unit 120 during a collision, and two vertical plates 111 and 112 arranged in parallel with each other and a horizontal plate connecting two vertical plates 111 and 112. Including the 113, as a whole has an H-shaped cross-section, and is mounted on a vehicle (not shown) by using fastening members 115 provided at both rear ends.
  • the support 110 should have sufficient strength and rigidity so that the energy absorbing unit 120 may be compressed and broken in a collision. Accordingly, the thicknesses of the vertical plates 111 and 112 and the horizontal plate 113 are preferably about 3 to 6 mm in consideration of strength, rigidity, and moldability. If the thickness of the plates 111, 112 and 113 is less than 3 mm, the supporting force is not sufficient at low speed collisions. If the thickness of the plates 111, 112 and 113 is less than 6 mm, it is difficult to express the required strength and rigidity by generating a sink by cooling by injection molding. Because.
  • the support portion 110 since the support portion 110, the smaller the curvature of the vertical plate (111, 112) improves the bearing capacity, and reflects as small as possible in the 1500 ⁇ 5000mm range in consideration of the assembly, etc., the bumper beam according to the conditions of small to large vehicles Since the distance between both ends of the body member to fasten the change is taken into account to determine the curvature.
  • the interval between the vertical plates 111 and 112 is preferably 30 ⁇ 40mm. This is because, if the distance between the vertical plates 111 and 112 is less than 30 mm, the supporting force is not sufficient during low-speed collisions, and if it is more than 40 mm, the vehicle body panel is close to the vehicle panel panel and deformation may occur due to deformation of the bumper beam after the collision. . Meanwhile, ribs 116 for absorbing collision energy may be formed between the vertical plates 111 and 112.
  • X-shaped ribs 114 are formed at regular intervals along the width direction in upper and lower inner spaces formed by the vertical plates 111 and 112 and the horizontal plate 113 of the support 110.
  • the X-shaped rib 114 serves to secure the dimensional stability by preventing the overall up and down twisting of the bumper beam during collision and at the same time minimizes deformation after injection molding.
  • the energy absorbing part 120 is for absorbing the collision energy through compression and fracture at the time of collision, and the first plate 121 and the first plate 121 extending horizontally from the vertical plate 112 of the support part 110. It is composed of a second plate 122 extending upwardly or downwardly from).
  • the second plate 122 is formed in both the upper and lower portions of the first plate 121, as shown in Figure 3 according to the shape of the bumper cover (not shown) in the first contact with the impact material or As shown in FIG. 4, only one bumper cover may be formed at the top or the bottom of the bumper cover.
  • the thickness of the second plate 122 is 1.5 to 2 mm, and the drainage factor is preferably 1 to 3 degrees in consideration of the production process. If the thickness of the second plate 122 is less than 1.5 mm, unmolding occurs in the product, which is not good for impact performance and aesthetic quality. If the thickness of the second plate 122 is greater than 2 mm, compression and deformation do not occur during collision, and thus sufficient energy absorption is not achieved. Because.
  • the shape of the second plate 122 is not particularly limited, but is determined by securing a gap of about 3 to 5 mm with the bumper cover. If the gap between the bumper beam and the bumper cover is less than 3 mm, the bumper beam may be deformed due to the deformation and dimensional tolerance of the bumper beam. This is because if a gap occurs and the gap is too large, it is difficult to satisfy the collision law.
  • a rib 123 may be formed between the first plate 121 and the second plate 122.
  • the rib 123 serves to absorb energy to the breaking strength allowed by the material while being crushed when the impact material intrudes, and normally supports the second plate 122 to maintain the bumping or shape of the bumper cover.
  • the thickness is 1.5 to 2 mm in consideration of the compression and crushing in the low-speed crash test, and the drainage pipe is preferably reflected to 1 to 3 degrees in consideration of the production process.
  • the amount of energy absorbed by the energy absorber 120 depends on the length of the rib 123 described above, that is, the distance from the vertical plate 112 of the support 110 to the second plate 122 of the energy absorber 120. Although determined in the present invention, the impact energy is considered in the range of 10 to 100 mm.
  • the vertical plate 112 has a constant curvature, and the second plate 122 forms a curvature at a predetermined gap with the bumper cover. Therefore, even if the distance of each plate is applied to the center portion 10mm the distance increases as the distance from the center. In this case, if the distance of the center portion is less than 10 mm, sufficient collision energy may not be absorbed and the center portion of the bumper beam may be broken.
  • the distance between the vertical plate 112 and the second plate 122 is greater than 100 mm for sufficient energy absorption, the first plate 121 and the rib between the vertical plate 112 and the second plate 122 are As the size increases, the weight and cost of the bumper beams increase, and the vehicle body panel and the bumper beams approach each other, which may cause vehicle panel damage after a collision.
  • the rear bumper beam for automobiles according to the present invention is configured to apply the LFT material to the injection molding process by improving the collision performance by configuring the bumper beam in double.
  • collision structural analysis was performed, and the method and results are as follows.
  • CFT PENDULUM TEST of the low speed collision law test was performed by applying the LFT material manufactured by the following method to the shape of the plastic rear bumper beam corresponding to the low speed collision law with a weight of about 2.3 kg, and the results are shown in FIGS. 5 to 7. Shown in
  • Propylene homopolymer (molecular weight distribution 5), colorant (carbon black) and impact modifier (including olefin block copolymer, ethylene repeat unit and butylene repeat unit, melt index (measured at ASTM D1238, 230 ° C, 2.16 kg load) 10g / 10min) of the melt mixture was impregnated with a fiber reinforcing material (glass fiber, length 9 ⁇ 13mm, epoxy group on the surface), and LFT of pellet yarn having a length of 10 ⁇ 30mm, cross section diameter 1 ⁇ 5mm by using a known method. .
  • the final composition ratio is 60: 15: 1: 1 by weight of propylene homopolymer: fiber reinforcement: coloring agent: impact reinforcing agent.
  • 5 shows that the breakage of the bumper beam occurs as a result of the collision structure analysis when the LFT material is applied to the bumper beam of the injection molding method, and the body damage and the dissatisfaction of the law are expected from this.
  • 6 is a case where the LFT material is applied to the bumper beam of the press molding method, and breakage of the bumper beam is generated as in the injection method, and damage to the vehicle body and unsatisfactory law are expected.
  • first plate 122 second plate

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)

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
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.
* 부호의 설명
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.
PCT/KR2016/003443 2015-06-29 2016-04-04 폴리올레핀 수지와 그 제조방법 및 이를 이용한 자동차용 후방 범퍼 빔 Ceased WO2017003070A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201680038367.XA CN107889496B (zh) 2015-06-29 2016-04-04 聚烯烃树脂、其制备方法及使用其的车辆后保险杠梁
EP16818103.0A EP3315541B1 (en) 2015-06-29 2016-04-04 Polyolefin resin, preparation method therefor, and vehicle rear bumper beam using same
JP2018519659A JP6582131B2 (ja) 2015-06-29 2016-04-04 自動車用リアバンパービーム
US15/740,891 US10696830B2 (en) 2015-06-29 2016-04-04 Polyolefin resin, preparation method therefor, and vehicle rear bumper beam using same

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150092074A KR101688320B1 (ko) 2015-06-29 2015-06-29 자동차용 후방 범퍼 빔 구조
KR10-2015-0092074 2015-06-29
KR1020150115596A KR101721767B1 (ko) 2015-08-17 2015-08-17 자동차 후방 범퍼 빔 사출성형용 폴리올레핀 수지
KR10-2015-0115596 2015-08-17
KR1020160039019A KR101860629B1 (ko) 2016-03-31 2016-03-31 폴리올레핀 수지와 그 제조방법 및 이를 이용한 자동차용 후방 범퍼 빔
KR10-2016-0039019 2016-03-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017003070A1 true WO2017003070A1 (ko) 2017-01-05

Family

ID=57608454

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2016/003443 Ceased WO2017003070A1 (ko) 2015-06-29 2016-04-04 폴리올레핀 수지와 그 제조방법 및 이를 이용한 자동차용 후방 범퍼 빔

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10696830B2 (ko)
EP (1) EP3315541B1 (ko)
JP (1) JP6582131B2 (ko)
CN (1) CN107889496B (ko)
WO (1) WO2017003070A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2552888A (en) * 2016-06-27 2018-02-14 Ford Global Tech Llc Bumper assembly

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102194218B1 (ko) 2017-11-29 2020-12-22 롯데케미칼 주식회사 자동차용 범퍼 빔
DE102018114344A1 (de) * 2018-06-15 2020-04-23 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Frontstruktur für eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs
CN112977309A (zh) * 2019-12-13 2021-06-18 观致汽车有限公司 前防撞梁及前防撞梁的制造方法
US20220118928A1 (en) * 2020-10-15 2022-04-21 Productive Research Llc Vehicle bumper, composite materials for vehicle bumpers, and methods thereof
US20250074346A1 (en) * 2023-09-01 2025-03-06 Ford Global Technologies, Llc Vehicle bumper
FR3152766A1 (fr) * 2023-09-07 2025-03-14 Psa Automobiles Sa Absorbeur d'énergie pour poutre de pare-chocs avant d’un véhicule automobile

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040033044A (ko) * 2001-09-12 2004-04-17 제너럴 일렉트릭 캄파니 충격완화 범퍼 시스템, 범퍼 조립체용 비임, 및 자동차용범퍼 조립체
KR20090022835A (ko) * 2007-08-31 2009-03-04 지에스칼텍스 주식회사 무기물 함유 장섬유 강화 펠렛 및 이를 이용하여 제조된수지 성형품
KR20130011774A (ko) * 2011-07-22 2013-01-30 (주)삼박 섬유 강화 복합재료용 수지 조성물 및 이로부터 제조되는 프리프레그
JP2014208802A (ja) * 2013-03-29 2014-11-06 日本ポリプロ株式会社 繊維強化ポリプロピレン系難燃樹脂組成物及びそれを用いた成形体
KR101521147B1 (ko) * 2013-12-10 2015-05-20 현대모비스 주식회사 내충격성이 향상된 장섬유강화 열가소성 수지 조성물 및 이에 의해 제조된 성형품

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3242399B2 (ja) * 1990-07-25 2001-12-25 ポリプラスチックス株式会社 バンパービームおよびその製造法
JP2000109613A (ja) 1998-08-05 2000-04-18 Asahi Chem Ind Co Ltd 高強度熱可塑性樹脂組成物
JP4571790B2 (ja) * 2003-09-11 2010-10-27 株式会社プライムポリマー 長繊維強化樹脂ペレット及びその成形体
US20060264544A1 (en) * 2005-05-17 2006-11-23 Arnold Lustiger Cloth-like fiber reinforced polypropylene compositions and method of making thereof
JP5151134B2 (ja) * 2005-12-14 2013-02-27 住友化学株式会社 ポリオレフィン樹脂組成物およびその成形品
US8198373B2 (en) * 2006-10-02 2012-06-12 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Plastic toughened plastics
CN103739949B (zh) * 2006-12-20 2016-06-22 巴塞尔聚烯烃意大利有限责任公司 含填料和/或颜料的聚丙烯组合物
JP5446090B2 (ja) * 2006-12-26 2014-03-19 住友化学株式会社 プロピレン系樹脂組成物とそのペレットおよびそれらからなる成形体
KR100921332B1 (ko) * 2007-08-31 2009-10-13 지에스칼텍스 주식회사 착색 장섬유 강화 펠렛 및 이를 이용하여 제조된 착색 수지성형품
KR101365057B1 (ko) 2007-09-19 2014-02-19 한라비스테온공조 주식회사 자동차용 범퍼빔
KR100917651B1 (ko) 2007-12-17 2009-09-17 한화엘앤씨 주식회사 범퍼 시스템
US8084539B2 (en) 2008-12-18 2011-12-27 Sumitomo Chemical Company, Limited Resin composition and molded article comprising the same
JP2014208808A (ja) * 2013-03-27 2014-11-06 富士フイルム株式会社 着色組成物、感光性着色組成物、カラーフィルタ及びその製造方法、固体撮像素子、並びに画像表示装置
KR101457995B1 (ko) 2013-04-02 2014-11-07 주식회사 캠스 범퍼 백빔 성형 방법 및 이에 의한 범퍼 백빔
EP2821434A1 (en) * 2013-07-05 2015-01-07 Basell Poliolefine Italia S.r.l. Polypropylene compositions containing glass fiber fillers
KR101674609B1 (ko) 2015-05-07 2016-11-09 롯데케미칼 주식회사 폴리올레핀 수지 단일칩 제조방법 및 폴리올레핀 수지 단일칩

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040033044A (ko) * 2001-09-12 2004-04-17 제너럴 일렉트릭 캄파니 충격완화 범퍼 시스템, 범퍼 조립체용 비임, 및 자동차용범퍼 조립체
KR20090022835A (ko) * 2007-08-31 2009-03-04 지에스칼텍스 주식회사 무기물 함유 장섬유 강화 펠렛 및 이를 이용하여 제조된수지 성형품
KR20130011774A (ko) * 2011-07-22 2013-01-30 (주)삼박 섬유 강화 복합재료용 수지 조성물 및 이로부터 제조되는 프리프레그
JP2014208802A (ja) * 2013-03-29 2014-11-06 日本ポリプロ株式会社 繊維強化ポリプロピレン系難燃樹脂組成物及びそれを用いた成形体
KR101521147B1 (ko) * 2013-12-10 2015-05-20 현대모비스 주식회사 내충격성이 향상된 장섬유강화 열가소성 수지 조성물 및 이에 의해 제조된 성형품

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2552888A (en) * 2016-06-27 2018-02-14 Ford Global Tech Llc Bumper assembly
US9919667B2 (en) 2016-06-27 2018-03-20 Ford Global Technologies, Llc Bumper assembly

Also Published As

Publication number Publication date
CN107889496B (zh) 2021-12-17
JP6582131B2 (ja) 2019-09-25
US10696830B2 (en) 2020-06-30
JP2018521206A (ja) 2018-08-02
EP3315541A1 (en) 2018-05-02
US20180186984A1 (en) 2018-07-05
EP3315541B1 (en) 2023-11-22
CN107889496A (zh) 2018-04-06
EP3315541A4 (en) 2019-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017003070A1 (ko) 폴리올레핀 수지와 그 제조방법 및 이를 이용한 자동차용 후방 범퍼 빔
US8367753B2 (en) Polypropylene resin composition for creating fabric texture
US5219913A (en) Polypropylene-based resin composition
CN107793747B (zh) 用于泡沫注射的长碳纤维增强的热塑性树脂组合物和使用该组合物制备的模制品
CN105838063B (zh) 碳纤维增强的热塑性树脂组合物及使用其制造的模制品
US9499689B2 (en) Carbon fiber reinforced polypropylene resin composition with excellent molding property
KR0176298B1 (ko) 섬유강화 열가소성수지 성형체, 그 제조법 및 장섬유강화 열가소성수지 복합체
CN106752633A (zh) 一种易喷涂聚丙烯复合材料及其制备方法和应用
Olorunnishola et al. A comparative analysis of a blend of natural jute and glass fibers with synthetic glass fibers composites as car bumper materials
KR101860629B1 (ko) 폴리올레핀 수지와 그 제조방법 및 이를 이용한 자동차용 후방 범퍼 빔
CN111087702A (zh) 一种低密度、低收缩、超高韧性聚丙烯纳米复合材料及其制备方法
CN101875780A (zh) 聚酰胺复合材料及其制备方法
CN102367311A (zh) 一种低比重汽车保险杆用聚丙烯复合材料及其制备方法
KR101721767B1 (ko) 자동차 후방 범퍼 빔 사출성형용 폴리올레핀 수지
US9115278B2 (en) Polyolefin-based resin composition
JPH08108812A (ja) 樹脂製自動車用衝撃緩衝部材
CN108178877A (zh) 一种车用聚丙烯化学微发泡复合材料及其制备方法
CN103498435B (zh) 一种超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料公路护栏
GB2161493A (en) Interior parts for vehicles moulded from modified polypropylene
WO2018199420A1 (ko) 개방형 플라스틱 가드레일
CA2062397A1 (en) Plastic-made automobile bumper beam
KR100535026B1 (ko) 폐ｇｍｔ를 재활용한 재생수지 조성물
KR20100058227A (ko) 자동차 범퍼용 고유동 폴리프로필렌 수지 조성물
US11993702B2 (en) Thermoplastic resin composition having high rigidity and low coefficient of linear thermal expansion and molded article comprising same
KR100881102B1 (ko) 범퍼 백빔

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16818103

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018519659

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2016818103

Country of ref document: EP