KR101664623B1 - Cfrp 플레이트 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 CFRP 플레이트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웰드너트가 용접된 스틸플레이트가 일체로 적층된 CFRP 플레이트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은, 서로 인접하는 두 CFRP 층(32,33) 사이에는 웰드너트(52)가 하면에 용접된 스틸플레이트(51)가 개재되고, 스틸플레이트(51)가 올려져 있는 층(32)과 그 아래 층(31) 사이에는 발포 폼(40)이 개재되며, 상기 스틸플레이트(51)와 제2층(32)과 상기 발포 폼(40)에는 가이드핀(54)이 끼워지고, 상기 웰드너트가 위치하는 제2층(32) 부분은 구멍이 형성되고 상기 구멍의 아래에 위치하는 발포 폼(40)에는 상기 웰드너트(52)를 수용하는 홈이 형성되며, 상기 웰드너트(52)에는 임시볼트(53)가 끼워진 상태에서 레진이 주입되며, 상기 임시볼트(53)는 레진 주입 후 제거어 형성된 CFRP 플레이트를 제공한다.

Description

CFRP 플레이트 및 그 제조방법{CFRP Plate and Manufacturing Method thereof}
본 발명은 CFRP 플레이트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웰드너트가 용접된 스틸플레이트가 일체로 적층된 CFRP 플레이트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
웰드너트는 플레이트에 일체로 용접되는 너트를 말한다. 웰드너트는 볼트와 체결하는 시점에서 너트를 필요한 위치에 위치시킬 수 없는 경우나 손이 닿을 수 없는 경우, 볼트와 너트의 체결 공정을 자동화하기 위해 필요한 경우 등 여려 경우에 사용된다.
도 1은 종래의 웰드너트 구조를 나타낸 단면도이다. 도 1에 도시된 구조는 판넬(80)과 멤버(90)이 도시된 바와 같이 폐단면을 이루며 결합하기 때문에, 외부로부터 멤버의 이면에 너트를 집어 넣거나 고정시킬 수 없는 복잡한 구조가 된다. 따라서 이럴 때에는 먼저 멤버(90)에 웰드너트(70)를 용접하고, 그 후 멤버(90)와 판넬(80)을 스팟용접(S)하는 방식으로 제조를 하게 된다.
도 2는 CFRP 적층형 성형 공법의 순서를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, CFRP 원단을 미리 형상에 맞게 재단하고 금형 틀에 적층한 상태에서 레진(접착제)을 주입하면, 금형 내에 잔류하던 공기는 레진에 의해 밀려나오고 금형 내의 모든 공간이 레진과 CFRP로 채워진 채로 굳어지게 되고, 이를 취출하면 원하는 형상물을 얻게 된다.
CFRP 플레이트로 차량을 제조할 때, 강판으로 차량을 제조하는 것에 대비하여 제조 공정을 크게 변경하지 않기 위해서는, 강판으로 차량을 제조할 때 사용되던 웰드너트 구조가 필수적이라 할 것인데, CFRP는 용접이 될 수 있는 재질이 아닐 뿐더러, 너트를 도 2에 도시된 바와 같은 금형에 CFRP 원단과 일체로 넣고 레진을 주입했다가는, 너트 내부 공간이 레진으로 채워져 버리게 되어 너트를 사용할 수 없게 된다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 웰드너트 구조를 적용할 수 있는 CFRP 플레이트 구조 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 서로 인접하는 CFRP 층(32,33) 사이에 웰드너트(52)가 용접된 스틸플레이트(51)가 개재되고, 상기 웰드너트(52)에는 임시볼트(53)가 끼워진 상태에서 레진이 주입되어 형성된 CFRP 플레이트를 제공한다.
상기 스틸플레이트(51)가 올려져 있는 층(32)과 그 아래 층(31) 사이에는 발포 폼(40)이 개재될 수 있다.
상기 스틸플레이트(51)와 제2층(32)과 상기 발포 폼(40)에는 가이드핀(54)이 끼워질 수 있다.
상기 웰드너트(52)는 스틸플레이트(51)의 하면에 용접된 상태로 두 층(32,33) 사이에 개재된 것이며, 상기 웰드너트가 위치하는 제2층(32) 부분은 구멍이 형성되고, 상기 구멍의 아래에 위치하는 발포 폼(40)에는 상기 웰드너트(52)를 수용하는 홈이 형성될 수 있다.
상기 제3층에는 임시볼트(53)가 관통하는 구멍이 형성될 수 있다.
상기 임시볼트(53)는 레진 주입 후 제거될 수 있다.
또한 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 하형 금형과 상형 금형 사이에 적어도 두 CFRP 층(32,33)을 적층하되, 두 층 사이에, 임시볼트(53)가 끼워지는 웰드너트(52)가 용접된 스틸플레이트(51)가 개재하는 단계; 금형을 닫고 레진을 주입하는 단계; 및 레진 주입 후 금형을 열고 임시볼트(53)를 제거하는 단계를 포함하는 CFRP 플레이트 제조 방법을 제공한다.
상기 금형 내에 두 CFRP 층(32,33)을 적층함에 있어서, 스틸플레이트(51)가 올려져 있는 층(32)과 그 아래 층(31) 사이에 발포 폼(40)을 개재하며 두 층(31,32)을 적층할 수 있다.
상기 스틸플레이트(51)와 제2층(32)과 상기 발포 폼(40)에는 가이드핀(54)을 끼울 수 있다.
제2층(32) 부분의 구멍 및 이와 대응하는 위치에 형성된 발포 폼(40)의 홈에 상기 웰드너트(52)를 끼운 채로 스틸플레이트(51)를 두 층(32,33) 사이에 적층할 수 있다.
상기 제3층에는 임시볼트(53)가 관통하는 구멍을 형성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 웰드너트가 일체로 성형되는 CFRP 플레이트를 제작할 수 있어 제조 공정에 큰 변경 없이 CFRP 플레이트를 적용하여 차량을 제작하는 것이 가능하다.
또한 이 외에도 본 발명이 가지는 효과에 대해서, 이하 구체적인 실시예의 설명과 함께 기술하기로 한다.
도 1은 종래의 웰드너트 구조를 나타낸 단면도,
도 2는 CFRP 적층형 성형 공법의 순서를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 CFRP 폐단면 멤버를 나타낸 도면,
도 4는 도 3의 CFRP 폐단면 멤버 안에 너트플레이트가 용접된 스틸플레이트를 일체로 적층한 상태를 나타낸 a-a 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 CFRP 폐단면 멤버를 나타낸 도면, 그리고 도 4는 도 3의 CFRP 폐단면 멤버 안에 너트플레이트가 용접된 스틸플레이트를 일체로 적층한 상태를 나타낸 a-a 단면도이다.
도 4를 참조하면 본 발명의 CFRP 플레이트는, 하형 금형(10)과 상형 금형(20) 사이의 공간에 도시된 바와 같이 CFRP 제1층(31), CFRP 제2층(32), CFRP 제3층(33)이 적층되어 제조된다.
또한 본 발명에서는 일체로 성형되어야 할 웰드너트를 정확한 위치에 일체로 견고하게 성형하기 위해, 웰드너트(52)를 단독으로 삽입하지 않고, 웰드너트(52)를 스틸플레이트(51)에 용접한 형태로 삽입하게 된다.
또한 웰드너트(52)의 중앙부가 비어 있는 상태로 너트를 삽입하면, 그 중공부로 레진이 흘러들어 막히게 되고, 또한 CFRP 플레이트 외부 면에서 이러한 너트 구멍에 접근하는 부분 역시 막혀 버리게 되어 너트를 활용할 수 없게 된다.
이에 본 발명은 웰드너트에 도시된 바와 같이 임시로 볼트(53)를 체결한 상태에서 레진을 주입하는 공정을 진행하되, 볼트(53)의 상부가 도시된 바와 같이 CFRP 플레이트의 외부 면을 이룰 제3층을 뚫고 외부로 돌출된 형태에서 공정을 진행하고(도 4의 상형 금형에는 이러한 볼트의 돌출부위를 수용하는 홈이 형성되어 있음), 추후 임시 볼트를 CFRP 플레이트 외부 면으로부터 분리해 내도록 하였다.
또한 웰드너트가 원하는 위치에 배치될 수 있도록 하기 위해, 웰드너트가 일체로 성형되어야 할 부분 근방의 제1층과 제2층 사이에, 도시된 바와 같이 스틸플레이트(51)의 저면을 받쳐주고 스텔플레이트(51)의 저면에 용접된 웰드너트를 수용하는 홈이 형상이 형성된 발포 폼(40)을 개재한 후, 제2층을 적층하고 그 위에 스틸프레이트(51) 및 웰드너트(52)를 적층하였다.
여기서 발포 폼은 발포 폴리프로필렌 재질로 구성할 수 있다.
그리고 적층한 스틸플레이트 및 웰드너트의 위치를 정확히 유지하기 위해, 스틸플레이트(51)와 제2층(32)과 발포 폼(40)에 가이드핀(54)을 끼운다. 가이드핀은 도시된 바와 같이 적어도 2개 이상 끼워야 정확히 그 위치를 유지할 수 있다.
이 상태에서 제3층을 적층하고, 레진을 주입하여 원하는 형상물을 성형하게 된다.
형상물이 성형된 후 임시볼트(53)는 제거된다. 그러면 도 3과 같은 형태의 CFRP 플레이트를 제작할 수 있게 된다.
이하 본 발명에 따른 CFRP 플레이트의 제조방법을 설명한다.
먼저 금형을 열고 하형 금형(10) 상에 CFRP 제1층(31)을 적층한다.
그 다음에는 금형을 기준 삼아 발포 폼을 정렬하여 적층하고, 그 상부에 다시 CFRP 제2층(32)을 적층한다. 이 때 CFRP 제2층의 구멍과 발포 폼의 홈이 서로 일치하도록 정렬한다.
다음으로는 상기 제2층의 구멍을 통해 스틸플레이트와 일체로 용접된 웰드너트(웰드너트에는 임시볼트가 임시로 끼워져 있는 상태임)가 삽입되도록 하면서 스틸플레이트를 제2층 상의 정렬 위치에 적층한다. 그리고 가이드핀(54)을 끼워 스틸플레이트의 위치를 고정한다.
이 상태에서 제3층을 적층하되 제3층의 구멍이 임시볼트에 끼워지도록 한다.
그리고 상형 금형을 닫은 후 레진을 주입한다.
공기가 배출되고 성형물이 완성되면, 금형을 열고 부품을 취출한 후, 임시 볼트(53)를 제거한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이, 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.
10: 하형 금형
20: 상형 금형
31: CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱; carbon fiber reinforced plastics)제1층
32: CFRP 제2층
33: CFRP 제3층
40: EPP(발포폴리프로필렌; expanded polypropylene) 폼
51: 스틸플레이트
52: 웰드너트
53: 임시볼트
54: 가이드핀
70: 웰드너트
80: 판넬
90: 멤버
S: 스팟용접 개소

Claims (15)

  1. 서로 인접하는 CFRP 층 사이에 웰드너트가 용접된 스틸플레이트가 개재되고,
    상기 웰드너트에는 임시볼트가 끼워진 상태에서 레진이 주입되어 형성된 CFRP 플레이트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 서로 인접하는 CFRP 층은 제2층과 제3층으로 이루어지며,
    상기 스틸플레이트가 올려져 있는 제2층과, 상기 제2층 아래에 추가로 구비되는 제1층 사이에는 발포 폼이 개재된 CFRP 플레이트.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 스틸플레이트와 제2층에는 가이드핀이 끼워진 CFRP 플레이트.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 스틸플레이트와 제2층과 상기 발포 폼에는 가이드핀이 끼워진 CFRP 플레이트.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 웰드너트는 스틸플레이트의 하면에 용접된 상태로 두 층 사이에 개재된 것이며, 상기 웰드너트가 위치하는 제2층 부분은 구멍이 형성된 CFRP 플레이트.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 웰드너트는 스틸플레이트의 하면에 용접된 상태로 두 층 사이에 개재된 것이며, 상기 웰드너트가 위치하는 제2층 부분은 구멍이 형성되고, 상기 구멍의 아래에 위치하는 발포 폼에는 상기 웰드너트를 수용하는 홈이 형성된 CFRP 플레이트.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 제3층에는 임시볼트가 관통하는 구멍이 형성된 CFRP 플레이트.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 임시볼트는 레진 주입 후 제거된 CFRP 플레이트.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항의 CFRP 플레이트를 제조하는 방법으로서,
    하형 금형과 상형 금형 사이에 적어도 두 CFRP 층을 적층하되, 두 층 사이에, 임시볼트가 끼워지는 웰드너트가 용접된 스틸플레이트가 개재하는 단계;
    금형을 닫고 레진을 주입하는 단계; 및
    레진 주입 후 금형을 열고 임시볼트를 제거하는 단계를 포함하는 CFRP 플레이트 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 금형 내에 두 CFRP 층을 적층함에 있어서, 상기 두 CFRP 층은 제2층과 제3층으로 이루어져 스틸플레이트가 올려져 있는 제2층과, 상기 제2층 아래에 추가로 구비되는 제1층 사이에 발포 폼을 개재하며 두 층을 적층하는 것을 특징으로 하는 CFRP 플레이트 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 스틸플레이트와 제2층에는 가이드핀을 끼우는 것을 특징으로 하는 CFRP 플레이트 제조 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 스틸플레이트와 제2층과 상기 발포 폼에 가이드핀을 끼우는 것을 특징으로 하는 CFRP 플레이트 제조 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2층 부분의 구멍에 상기 웰드너트를 끼운 채로 스틸플레이트를 두 층 사이에 적층하는 것을 특징으로 하는 CFRP 플레이트 제조 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2층 부분의 구멍 및 이와 대응하는 위치에 형성된 발포 폼의 홈에 상기 웰드너트를 끼운 채로 스틸플레이트를 두 층 사이에 적층하는 것을 특징으로 하는 CFRP 플레이트 제조 방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 제3층에는 임시볼트가 관통하는 구멍을 형성하는 것을 특징으로 하는 CFRP 플레이트 제조 방법.
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