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전기차 인너벨트 웨더스트립용 EPDM/PP Thermoplastic Vulcanizates 재료설계인자에 따른 점탄성과 글라스 마찰 소음 상관관계 연구
Investigation of Viscoelastic Properties of EPDM/PP Thermoplastic Vulcanizates for Reducing Innerbelt Weatherstrip Squeak Noise of Electric Vehicles 원문보기

Composites research = 복합재료, v.34 no.3, 2021년, pp.192 - 198  

조승현 (Department of Polymer Science and Engineering, Sungkyunkwan University) ,  윤범용 (Department of Polymer Science and Engineering, Sungkyunkwan University) ,  이상현 (School of Mechanical Engineering, Sungkyunkwan University) ,  홍경민 (TPE Development Team, Hwaseung Material) ,  이상현 (TPE Development Team, Hwaseung Material) ,  서종환 (Department of Polymer Science and Engineering, Sungkyunkwan University)

초록
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전기차의 수요 및 보급이 확대됨에 따라 차량 내 이음(buzz, squeak, rattle, BSR) 개선에 대한 요구가 커지고 있다. 이에 풍절음, 도어 글라스 및 차량 진동을 차단하는 인너벨트 웨더스트립(innerbelt weatherstrip)의 댐핑(damping) 특성 향상을 통해 BSR을 저감하는 기술 개발이 필수적이다. 기존 열경화성(thermoset) 탄성체 대비 가볍고 재활용이 가능한 열가소성(thermoplastic) 탄성체가 주목을 받고 있지만 낮은 소재 댐핑과 영구압축줄음률(compression set)로 인해 도어 글라스와 웨더스트립 간 마찰 소음을 발생하는 문제가 있다. 고분자 댐핑 특성은 점탄성(viscoelastic)에 좌우되므로, 본 연구에서는 인너벨트 웨더스트립과 도어 글라스 간 마찰 소음을 개선하기 위해 EPDM (ethylene-propylene-diene monomer)/PP (polypropylene) thermoplastic vulcanizates (TPV)의 재료설계인자(EPDM/PP 비율, EPDM 내 ENB 함량)에 따른 점탄성 분석을 통해 소재 댐핑 특성을 평가하였다. EPDM/PP 비율에 따른 분석을 통해 PP 비율이 낮을수록 소재가 연화되고, 탄성회복력(resilience)이 증가하여 저장탄성률(storage modulus)은 10.8% 감소하고 댐핑 특성을 의미하는 감쇠계수(tanδ)는 88.2% 증가함을 확인하였다. 또한 EPDM 내 ENB 함량이 높을수록 소재의 가교밀도(crosslink density)가 증가하지만, 동적가교(dynamic vulcanizate) 과정 중 PP에 분산된 EPDM particle의 크기가 감소한다. 이로 인해 증가된 EPDM/PP 계면 간 면적 증가로 인해 계면 미끄러짐에서 기인한 손실탄성률(loss modulus)이 24.7% 증가하여 댐핑 특성이 향상되었다. 재료설계인자에 따른 물성분석을 바탕으로 최적 소재(낮은 PP 비율(14 wt%), 높은 ENB 함량 (8.9 wt%))를 배합한 결과 소재 댐핑 특성(tanδ peak)은 기존 소재(PP27, EPDM/PP 30/27, ENB content 5.7 wt%) 대비 140% 증가하여 재료설계인자에 따라 댐핑 특성을 제어할 수 있음을 확인하였다. 설계된 소재의 글라스 마찰 소음 개선 효과를 확인하기 위해 stick-slip 시험을 통해 마찰 소음을 평가하였다. 소재 댐핑 특성이 향상됨에 따라 마찰 진동의 가속도 peak가 약 57.9% 감소하였다. 이러한 결과로부터 재료설계인자에 따른 소재 댐핑 특성 향상을 통해 인너벨트 웨더스트립의 글라스 마찰 소음을 개선할 수 있음을 확인하였으며, 향후 소재 재료설계인자에 따른 물성 제어를 통해 부품의 요구 성능에 맞는 다양한 재료설계에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Due to enormous market growing of electric vehicles without combustion engine, reducing unwanted BSR (buzz, squeak, and rattle) noise is highly demanded for vehicle quality and performance. Particularly, innerbelt weatherstrips which not only block wind noise, rain, and dust from outside, but also r...

주제어

#인너벨트 웨더스트립   #열가소성 탄성체   #점탄성   #마찰소음  

표/그림 (9)

참고문헌 (10)

  1. Ryu, M.H., Jang, G., Lee, S.H., Lee, J.S., and Choi, H., "A Development of the Inside Belt Weather-strip Mount Structure for Improved BSR Performance," Autumn Conference Proceedings, KSAE, 2017, pp. 1045-1049. 

  2. Choi, B., Lee, D., and Jin, C., "Study of Plastic Deformation of Steel Wire for Weight Reduction of Automotive Weather Strip," Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, Vol. 21, No. 5, 2013, pp. 82-86. 

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  3. Babu, R.R., Singha, N.K., and Naskar, K., "Dynamically Vulcanized Blends of Polypropylene and Ethylene Octene Copolymer: Influence of Various Coagents on Thermal and Rheological Characteristics," Journal of Applied Polymer Science, Vol. 117, No. 3, 2010, pp. 1578-1590. 

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  4. Choi, S.H., and Yoon, S.H., "Prediction of Long-term Viscoelastic Performance of PET Film Using RH-DMA," Composites Research, Vol. 32, No. 6, 2019, pp. 382-387. 

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  7. Naskar, K., Gohs, U., Wagenknecht, U., and Heinrich, G., "PPEPDM Thermoplastic Vulcanisates (TPVs) by Electron Induced Reactive Processing," eXPRESS Polymer Letters, Vol. 3, No. 11, 2009, pp. 677-683. 

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  8. Lim, J., Park, J.I., Park, J.C., Jo, M.Y., Bae, J.Y., Choi, S.J., and Kim, I., "Revisit of Thermoplastic EPDM/PP Dynamic Vulcanizates," Elastomers and Composites, Vol. 52, No. 1, 2017, pp. 35-47. 

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  9. Katbab, A.A., Nazockdast, H., and Bazgir, S., "Carbon Black-reinforced Dynamically Cured EPDM/PP Thermoplastic Elastomers. I. Morphology, Rheology, and Dynamic Mechanical Properties," Journal of Applied Polymer Science, Vol. 75, No. 9, 2000, pp. 1127-1137. 

    상세보기 crossref

  10. Patermann, S., and Altstadt, V., "PP/EPDM-blends by Dynamic Vulcanization: Influence of Increasing Peroxide Concentration on Mechanical, Morphological and Rheological Characteristics," AIP Conference Proceedings, Vol. 1593, American Institute of Physics, 2014. 

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