KR101398433B1 - 차량용 하이브리드 범퍼빔과 그 제조방법 - Google Patents

차량용 하이브리드 범퍼빔과 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

차량용 하이브리드 범퍼빔의 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼빔의 제조방법은 매트릭스 섬유들로 매트릭스 부직포들을 형성하고, 강화섬유들을 직조하여 강화섬유매트들을 제조하고, 매트릭스 부직포들 사이에 강화섬유매트들이 개재되도록 적층한 후, 이들을 열간압축성형하여 복합재료매트를 형성하는 단계; 가열된 상기 복합재료매트를 하부금형의 상부에 적층하는 단계; 일정한 형상으로 롤포밍 성형된 스틸 파이프를 적층된 상기 복합재료매트 상부에 안착시키는 단계; 상기 스틸 파이프 상부에 다시 가열된 복합재료매트를 적층하고, 상부금형을 합형하여 가압성형하는 단계;를 포함한다.

Description

차량용 하이브리드 범퍼빔과 그 제조방법{HYBRID BUMPER BEAM FOR VEHICLES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 차량용 범퍼빔과 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강화섬유 매트 형태를 갖는 복합소재 또는 GMT 소재에 롤 포밍으로 형성된 스틸 파이프를 하이브리드 형태로 일체화한 차량용 하이브리드 범퍼빔 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에서의 범퍼는 자동차가 다른 자동차나 고정체와의 충돌 시, 그 충격을 흡수하여 승객의 안전을 도모하며, 동시에 차체의 변형을 최소화 할 수 있도록 차체 전,후방의 소정 부위에 설치되는 완충장치이다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 범퍼(100)는 차량의 전,후방에서 차폭 방향으로 배치되는 범퍼빔(101)과, 범퍼빔(101)을 차체측 사이드 멤버(111)에 연결하는 스테이(103)와, 범퍼빔(101)의 전방에 배치되어 충격력을 흡수하는 에너지 업소버(107), 그리고 범퍼빔(101)과 에너지 업소버(107)를 감싸는 범퍼 커버(109) 등으로 이루어진다.
여기서, 상기 범퍼빔(101)은 스틸, 알루미늄, 섬유 강화 플라스틱 등의 소재로 제작되며, 에너지 업소버를 지지해주는 역할을 함과 동시에, 범퍼빔 자체가 변형되면서 외부에서 인가되는 충격 에너지를 흡수하는 역할을 수행한다.
최근에는 플라스틱 재질의 하나로, 물성이 매우 높아 차량의 충돌시 에너지를 흡수하여 피해를 최소화 할 수 있는 GMT(강화 열가소성 플라스틱) 소재로 형성된 범퍼빔(101)이 각광을 받고 있다.
상기 GMT 소재의 범퍼빔(101)은 폴리프로필렌 시트 위에 유리섬유를 함침시키고, 다시 그 위에 폴리프로필렌 시트를 함침시키는 방법으로 수지 시트를 제조한 후 진공 성형하는 과정을 통해 만들어진다.
이러한 GMT 소재의 범퍼빔(101)은 연비 향상을 위한 차량의 경량화 및 법규가 엄격한 북미 수출용 자동차에 많이 채용되고 있으나, 피로한계를 벗어나는 고속 충돌 시에는 빔이 파단되는 단점이 있다.
또한, GMT 소재의 범퍼빔(101)은 필요로 하는 강성 및 강도를 부여하기 위하여 전체적으로 두께를 두껍게 성형해야 하므로, 강재 빔과 비교할 때 장착 공간이나 중량 감소 효과가 그다지 크지 않다는 문제점이 있다.
본 발명의 실시 예는 강화섬유 매트 형태를 갖는 복합소재 또는 GMT 수지매트에 롤포밍으로 형성된 스틸 파이프를 하이브리드 형태로 일체화하여서 빔의 강도를 높여 충돌 성능을 향상시키면서도 빔의 전체적인 중량은 감소시켜 연비를 향상시킬 수 있는 차량용 하이브리드 범퍼빔과 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 차량용 범퍼빔의 제조방법에 있어서, 매트릭스 섬유들로 매트릭스 부직포들을 형성하고, 강화섬유들을 직조하여 강화섬유매트들을 제조하고, 매트릭스 부직포들 사이에 강화섬유매트들이 개재되도록 적층한 후, 이들을 열간압축성형하여 복합재료매트를 형성하는 단계; 가열된 상기 복합재료매트를 하부금형의 상부에 적층하는 단계; 일정한 형상으로 롤포밍 성형된 스틸 파이프를 적층된 상기 복합재료매트 상부에 안착시키는 단계; 상기 스틸 파이프 상부에 다시 가열된 복합재료매트를 적층하고, 상부금형을 합형하여 가압성형하는 단계;를 포함하는 차량용 하이브리드 범퍼빔의 제조방법을 제공할 수 있다.
그리고, 본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 차량용 범퍼빔의 제조방법에 있어서, 가열된 GMT 수지매트를 하부금형의 상부에 적층하는 단계; 일정한 형상으로 롤포밍 성형된 스틸 파이프를 적층된 상기 GMT 수지매트 상부에 안착시키는 단계; 상기 스틸 파이프 상부에 다시 가열된 GMT 시트를 적층하고, 상부금형을 합형하여 가압성형하는 단계;를 포함하는 차량용 하이브리드 범퍼빔의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 매트릭스 부직포들은 니들펀치에 의해 펀칭되고, 상기 매트릭스 섬유가 녹아 상기 매트릭스 부직포들과 상기 강화섬유매트들이 상호 결합될 수 있다.
또한, 상기 스틸 파이프는 단면이 원형 또는 사각형으로 형성될 수 있다.
그리고, 본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 매트릭스 부직포들 사이에 강화섬유매트들이 개재되도록 적층한 후, 이들을 열간압축성형하여 형성된 복합재료매트를 적층하고, 상기 적층된 복합재료매트 사이에 일정 형상으로 롤포밍 성형된 스틸 파이프를 길이방향으로 삽입하고, 상기 적층된 복합재료매트와 스틸 파이프를 가압 성형하여 일체로 제조된 차량용 하이브리드 범퍼빔을 제공할 수 있다.
그리고, 그리고, 본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 GMT 수지매트를 적층하고, 상기 적층된 GMT 수지매트 사이에 일정 형상으로 롤포밍 성형된 스틸 파이프를 길이방향으로 삽입하고, 상기 적층된 복합재료매트와 스틸 파이프를 가압 성형하여 일체로 제조된 차량용 하이브리드 범퍼빔을 제공할 수 있다.
또한, 상기 매트릭스 부직포들은 니들펀치에 의해 펀칭되고, 상기 매트릭스 섬유가 녹아 상기 매트릭스 부직포들과 상기 강화섬유매트들이 상호 결합될 수 있다.
또한, 상기 스틸 파이프는 단면이 원형 또는 사각형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 강화섬유 매트 형태를 갖는 복합소재 또는 GMT 수지매트에 롤포밍 형상의 스틸 파이프를 하이브리드 형태로 일체화하여서 빔의 강도를 높여 충돌 성능을 향상시키고, 빔의 전체적인 중량은 감소시켜 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 차량용 범퍼의 분리 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼빔의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼빔의 분리 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼빔의 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼빔의 성형방법을 나타낸 예시도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼빔의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼빔의 분리 사시도이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼빔의 측단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼빔의 성형방법을 나타낸 예시도이다.
도 2에 도시된 본 발명의 실시 예들에 따른 차량용 범퍼빔 유닛(2)은 하이브리드 범퍼빔(4)(4a), 2개의 스테이(6)와 2장의 장착 플레이트(8)로 구성된다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼빔(4)은 복합재료매트(10) 또는 GMT 수지매트(10a)와 롤포밍 성형된 스틸 파이프(12)를 하이브리드 형태로 일체화하여서 복합재료매트(10) 또는 GMT 수지매트(10a)의 사용량은 줄이면서도 빔의 강도는 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼빔(4)은 도 5에 도시된 바와 같이, 복합재료매트(10)를 형성하는 단계, 하부금형의 상부에 복합재료매트(10)를 적층하는 단계, 적층된 복합재료매트(10)에 스틸 파이프(12)를 안착시키는 단계, 스틸 파이프(12)의 상부로 복합재료매트(10)를 적층하는 단계, 상부금형을 하부금형에 합형하여 가압성형하는 단계를 거쳐서 제조된다.
본 발명의 실시예에 따른 복합재료매트(10)는 매트릭스부직포와 강화섬유매트들로 구성된다.
매트릭스부직포는 복수의 매트릭스섬유들이 불규칙하게 배열되어 구성된다.
매트릭스부직포의 매트릭스섬유들은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 올리핀 수지로 구성될 수 있으나, 본 발명의 일 예에서는 폴리프로필렌으로 구성될 수 있다.
그리고, 강화섬유매트는 복수의 강화섬유들이 직조되어 있는 직물로 구성되며, 강화섬유들은 폴리프로필렌층이 표면처리되어 있는 유리섬유로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 복합재료매트(10)는 매트릭스부직포와 강화섬유를 각각 제조한 후, 매트릭스부직포들을 니들 펀치에 의해 펀칭하고, 매트릭스부직포들 사이에 강화섬유매트들이 개재되도록 적층하고, 이들을 열간압축성형하여 경화된 상태로 형성된다.
복합재료매트(10)는 열간압축성형 과정을 거치면서 매트릭스섬유들이 녹아 매트릭스부직포들과 강화섬유매트들은 상호 결합된다.
이러한 복합재료매트(10)는 중량이 가벼우면서도 충격흡수성능이 우수한 효과가 있다.
상기와 같은 구성에 의하여 제조된 복합재료매트(10)들은 가열되어 하부금형의 상부에 적층된다.
그리고, 적층된 복합재료매트(10)들의 상부에는 스틸 파이프(12)가 안착된다.
스틸 파이프(12)는 롤포밍 성형되어 단면이 원형 또는 사각형 형상으로 형성된다. 롤포밍 성형된 스틸 파이프(12)는 가벼우면서도 충격 흡수성능과 강도가 우수하다는 장점이 있다.
스틸 파이프(12)의 양단은 하이브리드 범퍼빔(4)의 외형에 맞게 굽어져 형성된다.
스틸 파이프(12)는 복수로 구비되어 적층된 복합재료매트(10)들의 상부에 길이방향으로 안착된다.
그리고, 스틸 파이프(12)는 그 상부로 다시 가열된 복합재료매트(10)가 적층되고, 상부금형을 하부금형에 합형하여 가압성형된다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼빔(4)은 도 4에 도시된 바와 같이, 스틸 파이프(12)가 하이브리드 범퍼빔(4)의 전면으로 돌출되어 구성되며, 돌출된 스틸 파이프(12)의 상면에는 복합재료매트가 적층된다.
이하, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼빔(4a)을 설명하며, 본 발명의 실시 예와 동일한 구성에 대하여는 동일한 부호를 사용하며 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼빔(4a)은 도 5에 도시된 바와 같이, 하부금형의 상부에 GMT 수지매트(10a)를 적층하는 단계, 적층된 GMT 수지매트(10a)에 스틸 파이프(12)를 안착시키는 단계, 스틸 파이프(12) 상부로 GMT 수지매트(10a)를 적층하는 단계, 상부금형을 하부금형에 합형하여 가압성형하는 단계를 거쳐서 제조된다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼빔(4a)은 복합재료매트(10) 대신에 GMT 수지매트(10a)를 스틸 파이프(12)와 일체화한 것이다.
GMT 수지매트(10a)는 폴리프로필렌 매트 위에 유리섬유를 함침시키고, 다시 그 위에 폴리프로필렌 매트를 함침시키는 방법으로 수지매트를 제조한 후, 진공 성형하는 과정을 통해 만들어진다.
GMT 수지매트(10a)는 가격이 비교적 저렴하면서도 강성 및 인성이 우수하고, 특히, 저온에서의 우수한 내충격 특성을 가지며, 원하는 형상으로 성형이 용이한 특성을 갖는다.
상기와 같은 구성에 의하여 제조된 본 발명의 실시 예들에 의한 하이브리드 범퍼빔(4)(4a)의 양 측방 후측에는 스테이(6)가 조립된다.
그리고, 각 스테이(6)의 후단에는 장착 플레이트(8)가 용접되어 차체의 사이드 멤버(미도시)에 조립되도록 구성된다.
이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
2 : 범퍼빔 유닛 4 : 하이브리드 범퍼빔
6 : 스테이 8 : 장착 플레이트
10 : 복합재료매트 10a : GMT 수지매트
12 : 스틸 파이프

Claims (8)

  1. 차량용 범퍼빔의 제조방법에 있어서,
    매트릭스 섬유들로 매트릭스 부직포들을 형성하고, 강화섬유들을 직조하여 강화섬유매트들을 제조하고, 매트릭스 부직포들 사이에 강화섬유매트들이 개재되도록 적층한 후, 이들을 열간압축성형하여 복합재료매트를 형성하는 단계;
    가열된 상기 복합재료매트를 하부금형의 상부에 적층하는 단계;
    일정한 형상으로 롤포밍 성형된 스틸 파이프를 적층된 상기 복합재료매트 상부에 안착시키는 단계;
    상기 스틸 파이프 상부에 다시 가열된 복합재료매트를 적층하고, 상부금형을 합형하여 가압성형하는 단계;
    를 포함하는 차량용 하이브리드 범퍼빔의 제조방법.
  2. 차량용 범퍼빔의 제조방법에 있어서,
    가열된 GMT 수지매트를 하부금형의 상부에 적층하는 단계;
    일정한 형상으로 롤포밍 성형된 스틸 파이프를 적층된 상기 GMT 수지매트 상부에 안착시키는 단계;
    상기 스틸 파이프 상부에 다시 가열된 GMT 시트를 적층하고, 상부금형을 합형하여 가압성형하는 단계;
    를 포함하는 차량용 하이브리드 범퍼빔의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 매트릭스 부직포들은
    니들펀치에 의해 펀칭되고, 상기 매트릭스 섬유가 녹아 상기 매트릭스 부직포들과 상기 강화섬유매트들이 상호 결합되는 차량용 하이브리드 범퍼빔의 제조방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스틸 파이프는
    단면이 원형 또는 사각형으로 형성되는 차량용 하이브리드 범퍼빔의 제조방법.
  5. 차량용 범퍼빔에 있어서,
    매트릭스 부직포들 사이에 강화섬유매트들이 개재되도록 적층한 후, 이들을 열간압축성형하여 형성된 복합재료매트를 적층하고, 상기 적층된 복합재료매트 사이에 일정 형상으로 롤포밍 성형된 스틸 파이프를 길이방향으로 삽입하고, 상기 적층된 복합재료매트와 스틸 파이프를 가압 성형하여 일체로 제조된 차량용 하이브리드 범퍼빔.
  6. 차량용 범퍼빔에 있어서,
    GMT 수지매트를 적층하고, 상기 적층된 GMT 수지매트 사이에 일정 형상으로 롤포밍 성형된 스틸 파이프를 길이방향으로 삽입하고, 상기 적층된 복합재료매트와 스틸 파이프를 가압 성형하여 일체로 제조된 차량용 하이브리드 범퍼빔.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 매트릭스 부직포들은
    니들펀치에 의해 펀칭되고, 상기 매트릭스 섬유가 녹아 상기 매트릭스 부직포들과 상기 강화섬유매트들이 상호 결합되는 차량용 하이브리드 범퍼빔.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 스틸 파이프는
    단면이 원형 또는 사각형으로 형성되는 차량용 하이브리드 범퍼빔.
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