보고서 정보
주관연구기관 |
한국교통대학교 |
연구책임자 |
이호상
|
참여연구자 |
유영은
,
김종선
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2019-11 |
과제시작연도 |
2019 |
주관부처 |
산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 |
TRKO202200006458 |
과제고유번호 |
1415161708 |
사업명 |
산업소재핵심기술개발(R&D) |
DB 구축일자 |
2022-08-19
|
키워드 |
리얼우드 필름.사출성형.인몰드 클리어 코팅.금형.
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초록
▼
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 자동차 내장부품을 대상으로 리얼우드 필름 배면에 사출성형, 필름표면에 두께 0.8mm 후막 코팅을 금형 안에서 동시에 구현 가능한 인몰드 클리어 코팅 복합금형과 성형기술 개발
- 0.8mm이상 후막 코팅이 가능한 2액형 폴리우레탄 코팅제 공급장치 구축
· 코팅제 토출 반복편차: 3% 이내
· 코팅두께: 0.8mm
· 코팅두께 균일도: 92% 이상
- 리얼소재 적층 및 가열 접합·성형기술 개발
- 금형내부 코팅채널, 실링장치, 오버플로우 영역 등 핵심요소
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 자동차 내장부품을 대상으로 리얼우드 필름 배면에 사출성형, 필름표면에 두께 0.8mm 후막 코팅을 금형 안에서 동시에 구현 가능한 인몰드 클리어 코팅 복합금형과 성형기술 개발
- 0.8mm이상 후막 코팅이 가능한 2액형 폴리우레탄 코팅제 공급장치 구축
· 코팅제 토출 반복편차: 3% 이내
· 코팅두께: 0.8mm
· 코팅두께 균일도: 92% 이상
- 리얼소재 적층 및 가열 접합·성형기술 개발
- 금형내부 코팅채널, 실링장치, 오버플로우 영역 등 핵심요소 설계기술 개발
- 리얼소재 인서트 사출성형 및 코팅 복합금형 구조설계/제작 기술 개발
- 센서 적용 사출·코팅공정 모니터링 및 제어기술 개발
□ 개발내용 및 결과
○ 후막 코팅을 위한 코팅제 공급장치 시스템 설계
○ 사출성형/인몰드코팅 복합공정 해석기술 개발
○ 코팅두께 변화에 따른 코팅액 토출반복 편차, 코팅두께 균일도, 코팅제 경화특성, 표면특성 등 실험적 고찰
○ 예비성형체 제작을 위한 리얼소재 필름 특성 분석
○ 예비성형체 구조 및 소재 구성 설계를 위한 해석/분석 기반 기술 개발
○ 예비성형체 제작 공정별 특성 분석 및 핵심 요소 도출
○ 사출 및 코팅 시 발생하는 금형 내부 압력 모사
○ CAE를 이용한 금형 내부 압력 적용 금형 구조해석
○ 금형 이동 시 발생하는 충격 등을 고려한 가동부 금형 취부 설계
○ CAE 해석 결과를 바탕으로 표준 금형 형상 및 구조 설정
○ 사출금형 및 코팅 금형 간 이동 방안 개념 설계
○ 사출금형 및 코팅 금형 이동 및 구조 장치 설계
○ 이중자켓 구조를 갖는 원료저장 탱크, 저압 피드펌프, 고압 미터링 펌프, 믹싱헤드 등으로 구성된 시스템 구축
○ 코팅제의 교란방지/실링을 고려한 코팅채널 설계 및 코팅제 누설방지를 위한 금형 파팅면의 실링장치 설계기술 개발
○ 최대유동길이 250mm인 제품에 대하여 리얼우드를 적용하고, 코팅 두께 0.8mm일 경우 코팅액 토출반복 편차, 코팅두께 균일도, 휨 변형량, 코팅제 경화특성, 표면특성 등 실험적 고찰
○ 예비성형체 구조 설계 및 주요 특성 분석(예비성형체 특성 크기 250mm)
○ 예비성형체 가공/성형 공정 개발 및 시작품 제작
○ 예비성형체 인서트 사출 성형 공정 기반 기술 개발(인서트 사출품 변형 < ±2mm)
○ 인서트 사출성형 및 인몰드 크리어 코팅 이중 사출성형 금형 제작 및 성형성 연구
- 사출 및 코팅 금형 간 이동 장치 설계/제작
- 적용제품 특성 크기 250이상 금형 구조 설계
- 적용제품 특성 크기 250이상 금형 제작
- 적용제품 특성 크기 250이상 이중사출 성형 테스트
○ 토출정밀도 향상을 위한 유량센서 기반 폐회로 피드백 제어 기술 개발
○ 기포제거를 위한 오버플로우 영역 및 진공장치 설계기술 개발
○ 최대유동길이 500mm인 제품에 대하여 리얼우드를 적용
○ 리얼소재 적용 예비성형체 및 제작 공정 최적화
○ 예비성형체 적용 리얼소재 외관 부품 변형 최소화
○ 기술공유 대상 제품에 대한 예비성형체 개발
○ 양산 적용을 위한 적용 제품별 금형 구조 설계 및 제작
- 부등 열전달을 고려한 3차원 냉각채널 설계 기술 개발
- 휨 저감을 위한 3차원 냉각채널 제작 기술 개발
○ 압력/온도/유량 모니터링 및 공정 최적화기술 개발
○ 센서 적용 사출·코팅공정 모니터링 및 제어기술 개발
○ 최대유동길이 500mm인 제품에 대하여 리얼우드를 적용하고, 코팅 두께 0.8mm일 경우 코팅액 토출반복 편차, 코팅두께 균일도, 휨 변형량, 내스크래치성, VOC 테스트, 내열성 등 실험적 분석 및 평가
○ 리얼소재 적용 예비성형체 및 제품 최적 설계 및 공정 기술
○ 예비성형체 적용 리얼소재 외관 부품 변형 최소화 및 계면 접합 성능 구현
○ 기술공유 대상 제품에 대한 예비성형체 개발
○ 실제 제품을 고려한 수정 금형제작
○ 실 제품화를 위한 성형품 후처리 공정 연구
□ 기술개발 배경
○ 플라스틱은 저비용으로 대량생산에 유리하고, 가벼우며, 다양한 물성을 구현할 수 있기 때문에 국내외 산업을 주도하고 있는 대부분의 제품에서 핵심소재로 활용되고 있음
○ 최근 플라스틱 제품의 고급화/다기능화 추세에 따라 자동차, 모바일, 가전 뿐 아니라 선박, 항공 및 건축 내외장재에 이르기까지 고광택, 다양한 색상구현 등 외관 중심의 제품디자인에서 더 나아가 질감?촉감을 포함하는 고감성, 그리고 전자파 차단/내스크래치성/내화학성/내후성 등 다양한 기능성 구현이 요구되고 있음
○ 이러한 문제를 극복하기 위하여 적층필름에 다양한 형상의 패턴을 사전에 인쇄한 후, 열?진공성형과 트리밍(trimming)공정을 거쳐 제품의 표면형상을 만들고, 프리포밍된 필름을 금형에 삽입한 후 열가소성 수지를 사출성형하는 FIM(Film Insert Molding) 공법이 플라스틱 제품의 고감성 기술로 각광을 받고 있으며, FIM 공법은 사전에 인쇄된 인서트 필름을 사용하기 때문에 패턴 형상 및 색상의 유지가 용이하고, 유기화합물이 배출되지 않는 친환경 성형 공법이라는 장점을 갖고 있음
○ 그러나 일반적으로 나무무늬, 카본패턴 등 사진으로 촬영한 형상을 필름에 인쇄하여 사용하기 때문에, 천연적인 리얼소재의 독특하고 미려한 무늬, 형상, 질감 및 촉감 등을 구현하는데 한계가 있음
○ 따라서 최근에는 리얼우드, 리얼카본 직조 필름, 한지, 자개 등 다양한 종류의 실제 천연소재를 직접 적용하여 리얼소재 고유의 표면질감 및 패턴을 표현하고, 이를 통하여 제품의 고급화와 친환경 이미지를 구현하는 요구가 크게 증가하고 있음
□ 핵심개발 기술의 의의
○ 본 연구를 통하여 리얼소재 성형기술, 인서트 사출성형기술, 인몰드 클리어 코팅 등 복합금형설계 및 성형관련 요소기술을 자체 개발하였음
○ 인몰드 클리어 코팅기술은 자동차·전자산업 등 산업전반에 걸쳐 고감성 외관품질을 구현하는데 활용될 수 있으며, 리얼 소재로서 리어우드 뿐만 아니라 리얼카본, 인쇄필름, 스틸, 알루미늄, 가죽, 한지 등 매우 다양하게 접목시킬 수 있음
○ 인몰드 코팅 공법을 적용한 사출/코팅 일체화 성형기술 개발로 인해 플라스틱 품질 및 가격 경쟁력을 획기적으로 높일 수 있을 것임
□ 적용 분야
○ 개발한 기술을 자동차 내장부품에 적용함으로써 표면품질의 향상과 고급화 및 고감성화를 실현할 수 있음. 특히, 제조공정의 단순화를 통해 불량률 감소 및 획기적인 생산성 향상이 기대됨
○ 기존 리얼우드 적용 자동차 내장부품의 제조원가를 30% 이상 낮출 수 있기 때문에 가격경쟁력 우위를 확보하는 계기를 마련할 수 있을 것임
○ 또한 고부가가치부품 생산과 친환경 제조공법을 구축하여 국내 자동차부품 시장은 물론 해외시장까지 사업영역을 크게 확대할 수 있을 것으로 기대됨
○ 자동차 내장재 뿐 아니라 가전, 모바일 외장제품 등 다양한 분야에 확대 적용할 수 있음
(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 2
- 최종보고서 초록 ... 3
- 기술개발사업 주요 연구성과 ... 19
- 목차 ... 25
- 제 1 장 서론 ... 26
- 제 1 절 과제의 개요 ... 26
- 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 29
- 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 29
- 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 40
- 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 43
- 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 67
- 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 68
- 제 3 장 결과 ... 69
- 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 69
- 1. 연구개발 추진 일정 ... 69
- 2. 연구개발 추진 실적 ... 72
- 3. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재 ... 148
- 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 158
- 1. 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 158
- 제 3 절 고용 창출 효과 ... 160
- 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 161
- 제 4 장 사업화 계획 ... 164
- 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 164
- 제 2 절 사업화 계획 ... 168
- 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획(개발기술 응용 등) ... 169
- 부록 ... 170
- 끝페이지 ... 229
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