본문내용
1. 범퍼의 개요
1.1. 범퍼의 정의
범퍼는 차체(Body)를 보호하기 위해서 자동차의 앞뒤에 장착된 장치로, 충돌한 순간 충격을 흡수하는 시스템이다. 범퍼의 소재는 충격 흡수와 복원력이 뛰어난 우레탄 따위의 합성수지이고, 차체(Body)와 일체된 디자인으로 차량 외관을 꾸미는 역할도 한다. 그리고 수리비를 최소화할 수 있게 해주며, 차량 간의 높이차를 최소화하고, 보행자의 안전도 보호해줄 수 있다.
1.2. 범퍼의 역사
자동차 범퍼가 널리 쓰이기 시작하였을 때는 1919년 한 미국인이 자동차 앞뒤에 쇠막대기 같은 구조물을 달아 판매하면서부터 전해진다. 이후 1920년대 중반, 미국의 'Hudson Motor Car Company'가 스프링 방식 범퍼를 출시했다. 그로부터 한참 후인 1974년 스웨덴의 '볼보'사가 충격 흡수 범퍼를 최초로 개발하였다. 즉, 스웨덴의 '볼보'사가 충격 흡수 범퍼를 최초로 개발하기 전까지 범퍼의 재질이 주로 철이었다는 점에서 위험성이 높다는 것을 알 수 있다. 1970년대 독일 'Volkswagen'이 내놓은 'Golf'에는 우레탄폼 플라스틱 범퍼가 최초로 적용되며 사고 시 보행자의 충격도 감소하게 되었다.
1.3. 자동차용 범퍼에 요구되는 물성
자동차용 범퍼에 요구되는 물성은 다음과 같다.
초기의 범퍼는 강철을 소재로 하며, 차체에서 조금 튀어나온 강철 범퍼가 주류였다. 이때 범퍼의 역할은 충격 흡수보다는 차체의 찌그러짐을 방지하기 위함이었다. 그래서 사람의 안전과는 무관하다는 이유로 곧바로 시장에서 퇴출되었다. 강철 범퍼의 뒤를 이어 목제 범퍼가 잠깐 사용되기도 했으며, 미국에서 안전을 위하여 대형 범퍼가 쓰이게 되면서 현재는 외부 충격 흡수가 가능한 충격 흡수 범퍼가 일반화되었다. 현재 사용되고 있는 범퍼의 재료는 충격 흡수와 복원력이 훌륭한 플라스틱과 우레탄 등이 대표적으로 사용된다.
구체적으로 자동차용 범퍼에 요구되는 물성은 다음과 같다.
첫째, 외부의 충격을 효과적으로 흡수할 수 있어야 한다. 자동차 충돌 시 범퍼는 가장 먼저 부딪히는 부분이므로 충격을 흡수하여 차체와 승객을 보호할 수 있어야 한다.
둘째, 복원력이 우수해야 한다. 충돌 후에도 원래의 형태를 유지할 수 있어야 하며, 이를 통해 수리비용을 최소화할 수 있다.
셋째, 보행자 보호 기능이 있어야 한다. 차량과 보행자가 충돌할 경우 보행자의 부상을 최소화할 수 있도록 범퍼의 설계가 이루어져야 한다.
이와 같은 물성을 고려하여 현재 자동차 제조업체들은 충격 흡수와 복원력이 우수한 플라스틱과 우레탄 등의 고분자 재료를 범퍼 제조에 주로 사용하고 있다.
2. 범퍼 제조를 위한 고분자 재료
2.1. 폴리올레핀의 정의와 특성
폴리올레핀은 올레핀계 단량체를 중합한 합성수지를 통틀어서 지칭하는 일반적인 용어이다. 폴리올레핀 군에는 Polypropylene(PP)과 Polyethylene(PE) 등을 포함한다. 폴리올레핀은 단량체들을 중합하여 수천 개의 연결고리를 가진 긴 중합체를 형성시킴으로 만들어진다. 기본 단량체인 프로필렌과 에틸렌은 실온에서는 기체상으로 존재한다. 하지만 그들이 결합하여 중합체라고 불리는 긴 사슬을 만들면 쓰임새가 매우 다양해지며, 단단하고 유연한 플라스틱 물질로 변화한다. 단량체들은 서로 연결되기 위해 높은 온도와 압력 그리고 촉매가 필요하다. 사용되는 촉매는 대개 티타늄(Ti)과 알루미늄(Al) 혼합물이다.
2.2. 폴리올레핀을 선정한 이유
폴리올레핀을 선정한 이유는 다음과 같다.
첫째, 가격 및 성능 측면에서 폴리올레핀이 최근에 쓰이는 플라스틱과 천연 물질들을 대체하면서 비용이 많이 줄어들었다. 또한 물질의 강도와 수명을 계속 개선한 결과, 생산자들은 이전보다 적은 양의 물질을 사용하여 같은 성능을 가진 제품들을 생산할 수 있게 되었다. 예를 들어, 1972~1990년 슈퍼마켓 봉투는 약 23g에서 6g으로 무게가 감소했고, 현재의 폴리프로필렌 요구르트 컵은 1980년대에 비해 3분의 2 미만의 무게를 사용한다. 자동차 범퍼 또한 무게가 더욱 감소하여 최근에는 두께가 얇은 "Thin-walled Bumper"가 개발되었다. 이처럼 적은 양의 물질을 사용하는 것 자체가 자원을 절약하고 여러 쓰레기를 감소시켜 환경친화적이다.
둘째, 폴리올레핀은 다양한 쓰임새를 갖고 있다. 가구나 자동차 부속품들에 사용되는 강하고 단단한 물질부터, 기저귀 같은 부드럽고 유연한 섬유까지 매우 광범위한 용도로 사용된다. 전자레인지용 음식 용기에 사용되는 소재는 열에 강하고, 식품을 포장할 때 쓰이는 소재는 열에 잘 녹는 특성을 갖고 있다. 계속된 연구와 개발...
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