KR101714164B1 - 차량용 복합재 멤버 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 복합재 멤버에 관한 것으로, 베이스를 이루는 합성수지에 복수의 강화섬유가 개재된 형태이며, 강화섬유는 멤버의 길이방향을 기준으로 사선으로 배열되되 각각의 강화섬유가 이루는 기울기는 멤버의 길이방향을 따라 점진적으로 변하는 연속변화층; 및 연속변화층과 면착되어 멤버를 구성하고, 베이스를 이루는 합성수지에 복수의 강화섬유가 상호 교차된 직물 형상으로 개재되는 보강층;을 포함하는 차량용 복합재 멤버가 소개된다.

Description

차량용 복합재 멤버 및 그 제조방법 {FIBER REINFORCED PLASTIC MEMBER OF VEHICLE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 차량의 충돌안전성능을 높이기 위한 부위별 요구강도를 만족하면서 차체의 경량화를 가능하게 하고, 그 제조공정을 효율적으로 개선하는 차량용 복합재 멤버 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적인 차량용 멤버는 차체를 형성하는 구조체 역할을 하는 것을 말한다. 차체의 충돌 시 실내 탑승자의 안전을 고려하여 차량용 멤버는 외부로부터의 충격에너지를 흡수하거나, 충격에 의한 파손을 견디기 위하여 각 부위별로 차등되는 강도 특성이 요구된다.
이에 따라, 국부연화 핫 스템핑 공법 등을 이용한 금속부재의 멤버로서 각 부위별로 차별되는 요구성능을 만족시키는 기술이 일반적으로 이용되고 있다.
또한, 강화섬유가 합성수지에 개재된 형태로서 강화섬유가 배열되는 방향에 대하여 높은 강도를 가지면서 일반 금속부재보다 가벼운 복합재를 이용하거나, 금속부재와 접합하여 멤버형상으로 성형함으로써 부위별로 차등되는 요구강도를 만족시킴과 동시에 차체 경량화를 달성할 수 있다.
이러한 일반적인 강화섬유를 이용한 복합재는 RTM공법 (RESIN TRANSFER MOLDING)을 통하여 제조할 수 있다. RTM공법이란, 미리 제작된 강화섬유의 직물판을 금형틀에 적층하고 합성수지를 함침시켜서 복합재를 성형하는 방식을 말한다. 또는 합성수지를 함침시킨 직물판을 적층하여 성형할 수도 있다.
RTM공법으로 강화섬유를 포함하는 복합재를 성형하는 경우, 성형하는 각 부위별로 강화섬유의 방향을 고려하여 직물판을 회전 배치하거나, 부위별로 강화섬유 직물판의 적층수를 조정하여 각 부위별로 차별되는 요구강도를 만족시키도록 성형할 수 있다.
이와 관련하여 한국공개특허공보 제 10-2013-0012871호인 '상용차용 크로스멤버 제조방법'이 참조될 수 있다.
그러나, 이러한 공법에 의하여 복합재를 제조하는 경우 강화섬유의 방향을 다르게 하여 각각의 강화섬유판을 적층하는 방식은, 각 부위별로 요구되는 강도의 연속적인 변화를 충실히 만족시키기 어렵고, 강화섬유간의 단절부가 생기므로 효율적인 응력전달이 이루어지지 않는다. 따라서 요구강도를 만족시키기 위하여 강화섬유판의 적층 수를 증가시켜야 하므로 비효율적이다. 또한, 금형틀에 배치되는 강화섬유 직물판에 합성수지를 함침시키는 과정이 별도의 공정으로서 이루어진다는 점에서 전체 공정이 증가하는 문제점이 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2013-00112871 A
본 발명은 차체의 충돌안전성능을 높이기 위한 부위별 강도를 만족하면서 차체의 경량화를 가능하게 하고, 제조공정을 효율적으로 개선하는 차량용 복합재 멤버 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 복합재 멤버는 베이스를 이루는 합성수지에 복수의 강화섬유가 개재된 형태이며, 강화섬유는 멤버의 길이방향을 기준으로 사선으로 배열되되 각각의 강화섬유가 이루는 기울기는 멤버의 길이방향을 따라 점진적으로 변하는 연속변화층; 및 연속변화층과 면착되어 멤버를 구성하고, 베이스를 이루는 합성수지에 복수의 강화섬유가 상호 교차된 직물 형상으로 개재되는 보강층;을 포함한다.
보강층을 구성하는 강화섬유는 제 1군 섬유와 제 2군 섬유로 구성되며, 제 1군 섬유는 연속변화측의 일측에 개재된 강화섬유들을 가로지르는 방향으로 배치되고, 제 2군 섬유는 연속변화층의 타측에 개재된 강화섬유들을 가로지르는 방향으로 배치되며, 제 1군 섬유 및 제 2군 섬유가 상호 교차된 직물형상을 이루도록 마련될 수 있다.
또한, 연속변화층과 보강층은 차량의 필러를 구성하며, 연속변화층을 구성하는 강화섬유는 필러의 상단부에서 차량의 상하방향으로 배열되되, 하단부로 갈수록 점차 섬유의 배열각이 커지면서 차량의 전후방향에 가깝게 배열될 수 있고,
보강층을 구성하는 강화섬유는 제 1군 섬유와 제 2군 섬유로 구성되며, 제 1군 섬유는 필러 하단부의 연속변화층에 개재되는 강화섬유들을 가로지르는 방향으로 배치되고, 제 2군 섬유는 필러 상단부의 연속변화층에 개재되는 강화섬유들을 가로지르는 방향으로 배치되며, 제 1군 섬유 및 제 2군 섬유가 상호 교차된 직물형상을 이루도록 마련될 수 있다.
이를 이용한 본 발명의 차량용 멤버는 연속변화층 및 보강층과 함께 적층되는 금속층;을 더 포함하고, 연속변화층, 보강층 및 금속층은 판상의 형태로 상호 적층된 후, 열 프레스 공법에 의하여 멤버로 성형할 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 복합재 멤버의 제조방법은 강화섬유를 합성수지에 함침한 후 멘드렐에 감아 파이프 형상의 연속변화층을 성형하되, 강화섬유가 이루는 기울기는 멘드렐의 길이방향을 따라 점진적으로 변하도록 강화섬유를 감는 와인딩 단계; 파이프 형상의 연속변화층을 평판형상으로 가공하는 평판화 단계; 및 베이스를 이루는 합성수지에 복수의 강화섬유가 상호 교차된 직물 형상으로 개재되는 보강층을 평판형상의 연속변화층과 함께 적층하고 열 프레스 공법을 이용하여 일체의 멤버로 형성하는 성형 단계;를 포함할 수 있다.
와인딩 단계에서는 멘드렐의 회전속도를 조절하여 연속변화층의 강화섬유가 이루는 기울기를 변화시킬 수 있고,
와인딩 단계에서는 멘드렐의 길이방향 이동속도를 조절하여 연속변화층의 강화섬유가 이루는 기울기를 변화시킬 수 있으며,
와인딩 단계에서는 강화섬유를 멘드렐로 안내하는 섬유위치기의 멘드렐 길이방향에 대한 이동속도를 조절하여 연속변화층의 강화섬유가 이루는 기울기를 변화시킬 수 있다.
이를 이용한 본 발명의 차량용 멤버 제조방법은 성형 단계에서 평판형상의 연속변화층, 보강층 및 금속층을 상호 적층하고 열 프레스 공법을 이용하여 일체의 멤버로 형성할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 복합재 멤버 및 그 제조방법에 따르면, 차체의 충돌안전성능을 높이기 위한 부위별 강도를 만족하면서 차체의 경량화가 가능하며, 제조공정을 효율적으로 개선할 수 있다.
특히 멤버의 길이방향을 기준으로 사선으로 배열되되 각각의 강화섬유가 이루는 기울기는 멤버의 길이방향을 따라 점진적으로 변하는 연속변화층을 직물형상의 강화섬유가 개재된 보강판과 적층함으로써 부위별로 차등되는 요구강도를 각각 만족하면서도 차체의 경량화가 가능하게 된다.
동시에, 강화섬유에 합성수지를 함침시키는 과정이 생략되어, 공정상의 경제성과 효율성을 도모할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 복합재 멤버의 연속변화층과 보강층의 결합관계를 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시된 연속변화층과 보강층이 필러에 적용된 상태를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 복합재 멤버의 연속변화층, 보강층 및 금속층의 결합관계를 나타낸 도면.
도 4는 도 1에 도시된 연속변화층의 제조공정을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 복합재 멤버의 제조과정을 설명하는 순서도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 복합재 멤버의 연속변화층(100)과 보강층(200)의 결합관계를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 연속변화층(100)과 보강층(200)이 필러에 적용된 상태를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 복합재 멤버의 연속변화층(100), 보강층(200) 및 금속층(300)의 결합관계를 나타낸 도면이다. 또한, 도 4는 도 1에 도시된 연속변화층(100)의 제조공정을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 복합재 멤버의 제조과정을 설명하는 순서도이다.
도 1 내지 3과 같이, 본 발명에 따른 차량용 복합재 멤버는, 베이스를 이루는 합성수지(110)에 복수의 강화섬유(120)가 개재된 형태이며, 강화섬유(120)는 멤버의 길이방향을 기준으로 사선으로 배열되되 각각의 강화섬유(120)가 이루는 기울기(α)는 멤버의 길이방향을 따라 점진적으로 변하는 연속변화층(100); 및 연속변화층(100)과 면착되어 멤버를 구성하고, 베이스를 이루는 합성수지(210)에 복수의 강화섬유가 상호 교차된 직물 형상으로 개재되는 보강층(200);을 포함한다.
본 발명의 차량용 복합재 멤버는 연속변화층(100)과 보강층(200)으로 구성되고, 각각의 합성수지는 그 종류가 다양할 수 있으며, 강화섬유 또한 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드 섬유 등 그 종류가 다양할 수 있음은 물론이다.
특히, 지금까지는 일반 금속재의 멤버를 이용하여 멤버의 하중이 지나치게 크거나, 부위별 강도변화가 없는 비효율적인 복합재를 이용하는 것이 일반적이었다. 본 발명은 멤버의 길이방향으로 점진적인 강도변화를 가지는 연속변화층(100)을 이용하는 바, 연속적으로 변화하는 멤버의 부위별 요구강도를 충족시킴과 동시에 차량용 멤버의 하중을 감소시키도록 개선한다.
또한, 본 발명의 차량용 복합재 멤버는 연속변화층(100)에 보강층(200)을 적층하여 강도의 증가 및 섬유간 분리현상을 방지하여 내구성을 향상시키는 장점이 있다.
구체적으로, 연속변화층(100)은 베이스를 이루는 합성수지(110)에 복수의 강화섬유(120)가 개재된 형태로서 평판의 형상으로 구비될 수 있다. 또한 강화섬유(120)가 개재된 평판의 두께를 조절하거나, 복수의 연속변화층(100)을 적층하여 요구강도 및 하중을 조절하도록 구성할 수 있다.
특히, 연속변화층(100)의 강화섬유(120)는 멤버의 길이방향을 기준으로 사선 형태로서 배열될 수 있고, 강화섬유(120)가 멤버와 이루는 기울기(α)는 멤버의 길이방향을 따라 점진적으로 변하도록 구성된다.
멤버의 길이방향에 대한 중심선(L)과의 관계에서 강화섬유(120)의 기울기(α)를 설정하며, 멤버의 부위별 요구강도에 따라서 강화섬유(120) 각각의 기울기(α)를 변화시키는 것이다. 이러한 연속변화층(100)의 강화섬유(120)는 단일방향으로 구성되는 1군의 섬유(120)만으로 이루어지거나, 멤버의 길이방향으로 기울기가 변하는 또 다른 2군의 섬유와 함께 이루어질 수 있다.
차량용 멤버는 각 부위별로 하중이나 가해지는 충격 등이 상이하여 국부적으로 각각 상이한 강도를 요구하는데, 섬유의 길이방향으로 높은 강도를 가지는 강화섬유를 하중 및 충격의 전달방향으로 배치하여 멤버의 강도를 높이거나, 이와 다른 방향으로 섬유를 배치하여 강도를 낮추고 연성을 높이는 것이다.
또한 멤버의 부위별로 차등되는 요구강도는 하중 및 충격의 전달방향을 따라서 연속적으로 변화하는 특징을 가지는데, 강화섬유(120)의 길이방향과 멤버가 이루는 기울기(α)를 점진적으로 변화시켜 배치함으로써, 멤버의 연속적으로 변화하는 요구강도를 만족시키는 것이다.
RTM공법을 이용한 종래의 방식은 멤버의 부위별 하중 및 충격의 전달방향에 대한 섬유의 기울기를 고려하여 강화섬유의 직조물을 멤버의 부위별로 재단 및 회전배치하여 적층하였으나, 이는 멤버의 연속적인 요구강도 변화를 만족하는 기울기 변화를 구현하기 어렵고, 직조물간에 강화섬유의 단절부가 존재하므로 응력전달이 비효율적이어서 복합재의 강도특성이 낮아진다.
그러나, 본 발명은 강화섬유(120)마다 멤버의 길이방향 중심선(L)과 이루는 기울기(α)를 점진적으로 변화시킴으로써 연속적인 멤버의 요구강도 변화를 충실히 만족시킬 수 있고, 복합재 내부에서 강화섬유(120)의 단절부가 없어 효율적인 응력전달에 따른 높은 강도특성을 가지게 되는 것이다.
한편, 보강층(200)은 평판 형상으로 구비될 수 있으며, 연속변화층(100)과 면착되어 멤버를 구성한다. 베이스를 이루는 합성수지(210)에 복수의 강화섬유가 상호 교차된 직물 형상으로 개재되어 전 방향으로 동일한 강도를 가지도록 구성될 수 있다.
특히, 강화섬유는 섬유간 결합에 있어서 충격에 의한 섬유간 분리현상이 발생할 수 있는데, 보강층(200)의 강화섬유는 직물형상으로 배치되어 전 방향에 대한 섬유간 분리형상이 방지됨은 물론이며 함께 적층되는 연속변화층(100)의 섬유간 분리현상 또한 방지하는 역할을 함으로써 차량용 복합재 멤버의 전체적인 내구성을 높이는 역할을 하는 것이다.
즉, 강화섬유(120)마다 기울기(α)가 변화함에 따라 섬유간 결합방향이 변화하는 연속변화층(100)의 다양한 섬유간 결합방향에 대하여 발생할 수 있는 섬유간 분리현상을 보강층(200)을 통하여 방지하는 것이다.
또한, 연속변화층에 의하여 특정방향에 대한 강도가 증가되는 것과 달리 보강층은 전방향으로 일정하게 차량용 복합재 멤버의 강도를 보강할 수 있어, 차량용 복합재 멤버의 전반적인 강도 증가가 가능한 것이다.
한편, 도 1 내지 3과 같이, 본 발명의 경우 보강층(200)을 구성하는 강화섬유는 제 1군 섬유(220)와 제 2군 섬유(230)로 구성되며, 제 1군 섬유(220)는 연속변화측의 일측에 개재된 강화섬유(120)들을 가로지르는 방향으로 배치되고, 제 2군 섬유(230)는 연속변화층(100)의 타측에 개재된 강화섬유(120)들을 가로지르는 방향으로 배치되며, 제 1군 섬유(220) 및 제 2군 섬유(230)가 상호 교차된 직물형상을 이루도록 배열될 수 있다.
연속변화층(100)의 강화섬유(120)는 멤버의 길이방향에 대한 기울기(α)가 점진적으로 변화함에 따라 일측 및 타측간의 기울기(α)가 서로 상이할 수 있는데, 보강층(200)에서 직물형상의 강화섬유 배열은 구체적으로 연속변화층(100)의 강화섬유(120) 배열과의 관계에서 결정될 수 있다.
특히, 보강층(200)의 강화섬유는 배열되는 방향에 따라 제 1군 섬유(220) 및 제 2군 섬유(230)로 구분될 수 있으며, 제 1군 섬유(220)는 보강층(200) 전체에 개재되되 연속변화층(100)의 일측에 배열되는 강화섬유(120)들을 가로지르는 방향으로 배열되어 일측의 강화섬유(120)간 분리현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 제 2군 섬유(230)는 보강층(200) 전체에 개재되되 연속변화층(100)의 타측에 배열되는 강화섬유(120)들을 가로지는 방향으로 배열되어 타측의 강화섬유(120)간 분리현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
따라서 보강층(200) 전체에 개재되며 상호 방향을 달리 할 수 있는 제 1군 섬유(220)와 제 2군 섬유(230)는 상호 교차하는 직물 형상을 가지게 되고, 이러한 직물형상을 이루는 섬유간의 결합각도(β) 및 구체적인 형상은 연속변화층(100)의 일측과 타측에 개재되는 강화섬유(120)의 기울기(α)에 의해 결정될 수 있는 것이다.
또한, 도 2와 같이, 본 발명의 차량용 복합재 멤버는 필러를 구성하며, 연속변화층(100)을 구성하는 강화섬유(120)가 필러의 하단부에서 차량의 전후방향으로 배열되고, 필러의 상단부에서 차량의 상하방향으로 배열될 수 있다.
본 발명은 A-필러, B-필러, C-필러 및 D-필러 등의 다양한 차량의 필러에 적용될 수 있으며, 도시된 실시예의 경우는 이 중 B-필러를 나타낸다.
위와 같이, 본 발명이 적용될 수 있는 차량의 필러 중 본 발명의 설명을 위한 예로서 도 2에 도시된 B-필러는 차량의 전방도어와 후방도어 사이에서 차체의 상하방향으로 구비되며, 차량에 발생할 수 있는 충격 및 하중의 작용방향을 고려하여 상단과 하단에서 서로 다른 강도특성과 섬유의 배열방향을 요구할 수 있다.
이에 따라, 연속변화층(100)의 강화섬유(120)는 B-필러의 상단에서 차량의 상하방향으로 배열되고 B-필러의 하단에서 차량의 전후방향으로 배열되어 각 단의 충격 및 하중의 작용방향에 대응하도록 강화섬유(120)를 배열하여 각 부위의 강도특성을 충족시키는 것이다. 다만, 앞서 설명한 바와 같이, 상기의 내용은 본 발명의 설명을 위해 B-필러를 예로서 설명한 것일 뿐, B-필러와 같이 차체의 상하방향으로 구비되는 다양한 필러에 상기의 설명이 공통적으로 적용될 수 있음은 물론이다.
이와 더불어, 도 2와 같이 본 발명에 따른 차량용 복합재 멤버로서 필러의 보강층(200)을 구성하는 강화섬유는 제 1군 섬유(220)와 제 2군 섬유(230)로 구성되며, 제 1군 섬유(220)는 필러 하단부의 연속변화층(100)에 개재되는 강화섬유(120)들을 가로지르는 방향으로 배치되고, 제 2군 섬유(230)는 필러 상단부의 연속변화층(100)에 개재되는 강화섬유(120)들을 가로지르는 방향으로 배치되며, 제 1군 섬유(220) 및 제 2군 섬유(230)가 상호 교차된 직물형상을 이룰 수 있다.
따라서, 보강층(200)의 제 1군 섬유(220)는 B-필러의 보강층(200) 전체에 개재되되 하단에서 차량의 전후방향으로 개재되는 연속변화층(100)의 강화섬유(120)를 가로지르도록 차량의 상하방향으로 배치되어 연속변화층(100) 하단의 강화섬유(120)간 분리현상을 방지한다.
또한, 보강층(200)의 제 2군 섬유(230)는 B-필러의 보강층(200) 전체에 개재되되 B-필러의 상단에서 차량의 상하방향으로 개재되는 연속변화층(100)의 강화섬유(120)를 가로지르도록 차량의 전후방향으로 배치되어 연속변화층(100) 상단의 강화섬유간 분리현상을 방지한다.
따라서 보강층(200) 전체에 개재되며 차량의 상하방향으로 배치되는 제 1군 섬유(220)와 차량의 전후방향으로 배치되는 제 2군 섬유(230)는 연속변화층(100)의 강화섬유 배열에 따라서 차량의 전후방향 및 상하방향으로 상호 교차하는 직물 형상을 갖게 되는 것이다.
한편, 도 3과 같이, 본 발명을 이용한 차량용 복합재 멤버는 연속변화층(100) 및 보강층(200)과 함께 적층되는 금속층(300)을 더 포함하고, 연속변화층(100), 보강층(200) 및 금속층(300)은 판상의 형태로 상호 적층된 후, 열 프레스 공법에 의하여 멤버로 성형될 수 있다.
이 때, 연속변화층(100), 보강층(200) 및 금속층(300)이 적층되는 순서 및 층의 수는 다양해 질 수 있으며, 금속층(300)은 다양한 재질로 구성할 수 있다. 열 프레스 공법에 의한 성형을 위하여 연속변화층(100)과 보강층(200)의 합성수지는 열경화성으로 구성할 수 있다.
연속변화층(100), 보강층(200) 및 금속층(300) 중 어느 하나 이상의 층을 개별적으로 성형하여 이들을 결합시키는 것은 별도의 접착과정이 필요하고 그 결합력 또한 낮을 수 있어 비효율적이다.
따라서 연속변화층(100), 보강층(200) 및 금속층(300)을 적층하고 일체로 열 프레스 공법을 이용하여 성형함으로써, 별도의 접착과정이 생략될 뿐만 아니라 층간의 형상 규제에 의한 결합강도 증가의 효과를 가지며, 성형의 정밀도 또한 높아지는 것이다.
한편, 도 4 내지 5와 같이, 본 발명에 따른 차량용 복합재 멤버의 제조방법은 합성수지(110)에 함침된 강화섬유(120)를 멘드렐(440)에 감아 파이프 형상의 연속변화층(100)을 성형하되, 강화섬유(120)가 이루는 기울기(α)는 멘드렐(440)의 길이방향을 따라 점진적으로 변하도록 강화섬유(120)를 감는 와인딩 단계(S100), 파이프 형상의 연속변화층(100)을 평판형상으로 가공하는 평판화 단계(S200) 및 베이스를 이루는 합성수지(210)에 복수의 강화섬유가 상호 교차된 직물 형상으로 개재되는 보강층(200)을 평판형상의 연속변화층(100)과 함께 적층하고 열 프레스 공법을 이용하여 일체의 멤버로 형성하는 성형 단계(S300)를 포함할 수 있다.
성형단계에서 강화섬유(120)는 공급기를 통하여 제공되면서 곧바로 함침기(420)를 거치는데, 이로써 연속변화층(100) 제조공정상 별도의 합성수지(110) 함침과정을 생략하여 전체공정을 단순화하고 제조시간을 단축하는 이점이 있는 것이다. 이러한 합성수지(110)의 함침은 함침기(420)를 거치는 방식 외에도 강화섬유(120)가 감기는 멘드렐(440)에서 직접 합성수지(110)를 제공하는 등 다양한 실시예가 가능하다.
멘드렐(440)은 원통의 형상으로서 함침기(420)를 통과한 강화섬유(120)를 감아 적층하는 역할을 하며, 멘드렐(440)의 길이방향에 대하여 강화섬유(120)가 감기는 기울기(α)를 조정하는 것으로 연속변화층(100)에 개재되는 강화섬유(120)의 기울기(α)를 결정하는 것이다. 따라서, 도 4와 같이 멘드렐(440)에 감기는 강화섬유(120)는 멘드렐(440)의 길이방향에 대하여 점진적으로 기울기(α)가 변화하도록 감길 수 있다.
이에 따라 멘드렐(440)에 의하여 형성되는 연속변화층(100)은 멘드렐(440)의 표면 형상에 대응하여 파이프 형상으로 구비 될 수 있다.
한편, 평판화 단계(S200)에서는 와인딩 단계(S100)에서 구비되는 파이프 형상의 연속변화층(100)을 멘드렐(440)로부터 분리하여 평판의 형상으로 성형한다.
평판 형상으로 성형 시에는 파이프 형상의 측면을 절개하여 평판의 형상으로 성형하거나 파이프 형상의 측면을 평면으로 압착하여 평판 형상으로 성형할 수 있다.
다만, 파이프 형상으로 구비된 연속변화층(100)의 측면을 절개하여 평판 형상으로 성형하는 경우, 멘드렐(440)의 크기 및 형상과 멤버에 따라 일측만을 절개할 수 있고, 또는 중심축을 기준으로 대면하는 측부를 재차 절개하는 등 절개되는 형상이나 절개횟수는 다양할 수 있다. 측부를 절개한 파이프 형상의 연속변화층(100)은 경화되기 이전의 상태로서 평판 형상으로 구비할 수 있다.
또한, 파이프 형상으로 구비된 연속변화층(100)의 측면을 평면으로 압착하여 평판 형상으로 성형하는 경우, 절개작업이 생략되어 작업소요가 감소되며 측면의 압착과정에서 이중의 평판 형상이 상호 적층되는 것을 고려하여 멘드렐(440)로 강화섬유(120)를 외인딩하는 횟수를 감소시킬 수 있는 바, 공정에 필요한 소요시간을 단축시키는 이점이 있다.
성형단계에서는 평판으로 구비되는 연속변화층(100)과 평판 형상의 보강층(200)을 함께 적층하고 열 프레스 공법을 이용하여 일체의 멤버로 형성하는 성형 단계(S300)를 포함할 수 있다. 경화 이전의 상태에 있는 보강층(200)과 연속변화층(100)을 일체로서 열 프레싱하여 멤버의 형상으로 성형하는 것은 각 층의 결합성과 성형의 정밀도를 향상시키는 데 유리하다.
한편, 도 4와 같이 와인딩 단계(S100)에서는 멘드렐(440)의 회전속도를 조절하여 연속변화층(100)의 강화섬유(120)가 이루는 기울기(α)를 변화시킬 수 있다.
강화섬유(120)의 기울기(α)는 합성수지(110)가 함침된 강화수지를 멘드렐(440)로 제공하는 섬유위치기(430)의 이동속도에 대하여 강화수지를 감는 멘드렐(440)의 회전속도를 변화시킴으로서 조절할 수 있는데, 멘드렐(440)의 회전속도를 늦추게 되면 멘드렐(440)에 의해 감기는 강화섬유(120)는 멘드렐(440)의 길이방향에 더 가까운 기울기(α)를 갖게 되고, 멘드렐(440)의 회전속도를 증가시키면 멘드렐(440)에 의해 감기는 강화섬유(120)는 멘드렐(440)의 폭 방향에 더 가까운 기울기(α)를 갖게 되는 것이다.
또한, 도 4와 같이 와인딩 단계(S100)에서는 멘드렐(440)의 길이방향 이동속도를 조절하여 연속변화층(100)의 강화섬유(120)가 이루는 기울기(α)를 변화시킬 수 있다.
합성수지(110)가 함침된 강화수지를 멘드렐(440)로 제공하는 섬유위치기(430)의 위치를 고정시키면서 멘드렐(440)이 회전 및 수평이동을 하는 경우, 멘드렐(440)의 이동속도를 증가시키면 강화섬유(120)는 멘드렐(440)의 길이방향에 더 가까운 기울기(α)를 갖게 되고, 멘드렐(440)의 이동속도를 감소시키면 강화섬유(120)는 멘드렐(440)의 폭 방향에 더 가까운 기울기(α)를 갖게 되는 것이다.
또한, 도 4와 같이, 와인딩 단계(S100)에서는 강화섬유(120)를 멘드렐(440)로 안내하는 섬유위치기(430)의 멘드렐(440) 길이방향에 대한 이동속도를 조절하여 연속변화층(100)의 강화섬유(120)가 이루는 기울기(α)를 변화시킬수 있다.
합성수지(110)가 함침된 강화수지를 멘드렐(440)로 제공하는 섬유위치기(430)의 이동속도를 증가시키면 강화섬유(120)는 멘드렐(440)의 길이방향에 더 가까운 기울기(α)를 갖게 되고, 섬유위치기(430)의 이동속도를 감소시키면 강화섬유(120)는 멘드렐(440)의 폭 방향에 더 가까운 기울기(α)를 갖게 되는 것이다.
상기한 바와 같이, 연속변화층(100)에 대한 강화섬유(120)의 기울기(α)는 멘드렐(440)의 이동속도, 회전속도 및 섬유위치기(430)의 이동속도의 상대적 크기에 따라 결정되는 것이며, 이는 각각의 실시예로서 구성될 수 있고, 각각의 속도를 모두 변화시키는 실시예도 가능하다.
한편, 도 3 또는 5와 같이, 성형 단계(S300)에서는 평판형상의 연속변화층(100), 보강층(200) 및 금속층(300)을 상호 적층하고 열 프레스 공법을 이용하여 일체의 멤버로 형성할 수 있다.
이 때, 연속변화층(100), 보강층(200) 및 금속층(300)이 적층되는 순서 및 층의 수는 다양해 질 수 있으며, 금속층(300)은 다양한 재질로 구성할 수 있다. 열 프레스 공법에 의한 성형을 위하여 연속변화층(100)과 보강층(200)의 합성수지(210)는 열경화성으로 구성할 수 있다.
연속변화층(100), 보강층(200) 및 금속층(300) 중 어느 하나 이상의 층을 개별적으로 성형하여 이들을 결합시키는 것은 별도의 접착과정이 필요하고 그 결합력 또한 낮을 수 있어 비효율적이다.
따라서 연속변화층(100), 보강층(200) 및 금속층(300)을 적층하고 일체로 열 프레스 공법을 이용하여 성형함으로써, 별도의 접착과정이 생략될 뿐만 아니라 층간의 형상 규제에 의한 결합강도 증가의 효과도 가지며, 성형의 정밀도 또한 높아지는 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 연속변화층 200 : 보강층
300 : 금속층 400 : 강화섬유 와인딩 장치

Claims (10)

  1. 베이스를 이루는 합성수지에 복수의 강화섬유가 개재된 형태이며, 강화섬유는 멤버의 길이방향을 기준으로 사선으로 배열되되 각각의 강화섬유가 이루는 기울기는 멤버의 길이방향을 따라 점진적으로 변하는 연속변화층; 및
    연속변화층과 면착되어 멤버를 구성하고, 베이스를 이루는 합성수지에 복수의 강화섬유가 상호 교차된 직물 형상으로 개재되는 보강층;을 포함하며,
    연속변화층과 보강층은 차량의 필러를 구성하고, 연속변화층을 구성하는 강화섬유는 필러의 하단부에서 차량의 전후방향으로 배열되되, 필러의 상단부에서는 차량의 상하방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 멤버.
  2. 청구항 1에 있어서,
    보강층을 구성하는 강화섬유는 제 1군 섬유와 제 2군 섬유로 구성되며, 제 1군 섬유는 연속변화층의 일측에 개재된 강화섬유들을 가로지르는 방향으로 배치되고, 제 2군 섬유는 연속변화층의 타측에 개재된 강화섬유들을 가로지르는 방향으로 배치되며, 제 1군 섬유 및 제 2군 섬유가 상호 교차된 직물형상을 이루는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 멤버.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    보강층을 구성하는 강화섬유는 제 1군 섬유와 제 2군 섬유로 구성되며, 제 1군 섬유는 필러 하단부의 연속변화층에 개재되는 강화섬유들을 가로지르는 방향으로 배치되고, 제 2군 섬유는 필러 상단부의 연속변화층에 개재되는 강화섬유들을 가로지르는 방향으로 배치되며, 제 1군 섬유 및 제 2군 섬유가 상호 교차된 직물형상을 이루는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 멤버.
  5. 청구항 1에 있어서,
    연속변화층 및 보강층과 함께 적층되는 금속층;을 더 포함하고, 연속변화층, 보강층 및 금속층은 판상의 형태로 상호 적층된 후, 열 프레스 공법에 의하여 멤버로 성형되는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 멤버.
  6. 강화섬유를 합성수지에 함침한 후 멘드렐에 감아 파이프 형상의 연속변화층을 성형하되, 강화섬유가 이루는 기울기는 멘드렐의 길이방향을 따라 점진적으로 변하도록 강화섬유를 감는 와인딩 단계;
    파이프 형상의 연속변화층을 평판형상으로 가공하는 평판화 단계; 및
    베이스를 이루는 합성수지에 복수의 강화섬유가 상호 교차된 직물 형상으로 개재되는 보강층을 평판형상의 연속변화층과 함께 적층하고 열 프레스 공법을 이용하여 일체의 멤버로 형성하는 성형 단계;를 포함하는 차량용 복합재 멤버의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    와인딩 단계에서는 멘드렐의 회전속도를 조절하여 연속변화층의 강화섬유가 이루는 기울기를 변화시키는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 멤버의 제조방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    와인딩 단계에서는 멘드렐의 길이방향 이동속도를 조절하여 연속변화층의 강화섬유가 이루는 기울기를 변화시키는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 멤버의 제조방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    와인딩 단계에서는 강화섬유를 멘드렐로 안내하는 섬유위치기의 멘드렐 길이방향에 대한 이동속도를 조절하여 연속변화층의 강화섬유가 이루는 기울기를 변화시키는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 멤버의 제조방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    성형 단계에서는 평판형상의 연속변화층 및 보강층에 금속층을 상호 적층하고 열 프레스 공법을 이용하여 일체의 멤버로 형성하는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 멤버의 제조방법.
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