KR101736906B1 - 연속섬유 보강 박막 언더커버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속섬유 보강 박막 언더커버에 관한 것으로, 차량용 언더커버에 있어서; IXI 단면 형상의 박막 GMT로 된 메인기재층과; 상기 메인기재층 위에 합판되어 강도를 보강하는 상부보강층과; 상기 메인기재층 아래에 일체로 성형되어 강도를 보강하는 하부보강층;을 포함하고, 상기 상부보강층과 하부보강층 중 적어도 하나 이상은 CFRTPC로 제조된 것을 특징으로 하는 연속섬유 보강 박막 언더커버를 제공한다.

Description

연속섬유 보강 박막 언더커버{Continuous fiber reinforced thin-film Undercover}

본 발명은 연속섬유 보강 박막 언더커버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저비중 박막 GMT를 이용하여 험로구간 주행시, 연석 충돌시 파손을 방지할 수 있도록 개선된 고강도 연속섬유 보강 박막 언더커버에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 언더커버는 엔진의 하부는 물론 차체의 하부에 구비된 각종 구성부품을 보호하고, 차량의 주행시 공기와의 저항을 감소시키며, 노면에서의 비산물을 차단시킬 수 있게 하고, 차량의 제품신뢰도를 높일 수 있도록 한 자동차 부품중 하나이다.

이러한 언더커버는 차량의 공력성능 향상 및 엔진룸 내부 부속품의 보호를 위하여 프론트 범퍼 하측 크로스멤버에 통상 장착하고 있으며, 이를 통해 차량 주행 중 기타 이물질이나 지상의 돌출물로부터 엔진 및 새시부품을 보호하는 동시에, 차량 저부의 공기 흐름을 원활하게 한다.

이와 관련된 언더커버 관련 기술로 공개특허 제2005-0024653호, 공개특허 제2006-0003423호를 비롯한 다수의 특허 기술들이 개시되어 있다.

예컨대, 도 1에 예시된 바와 같이, 차량에 따라 그 형상이 다르기는 하지만 차량의 하부에 장착될 수 있도록 다수의 장착홀(11)이 형성되는 언더커버(1)는 합성수지로 이루어지고, 언더커버(1)의 상면에는 흡음을 위해 상대적으로 부드러우면서 다공성을 갖는 재질의 흡음부(2)가 고정 장착된다.

그리고, 상기 장착홀(11)을 통해 차량 하부에 언더커버(1)를 고정하게 된다.

그런데, 종래 언더커버(1)는 주로 차체의 하부를 보호하는 기능만 요구되었기 때문에 전용 소재가 개발되지 않았으며, 통상 저급(low grade) 복합소재를 사용하여 제조하고 있었다.

즉, 저급 복합소재는 두께가 얇고 저렴하기 때문에 성능 부품이 아닌 언더커버 소재로 적당하지만, 현재 자동차 범퍼빔에 적용되고 있는 두께가 두껍고 고가이며 내구성이 높고 흐름성형이 가능한 GMT(Glass fiber Mat reinforced Thermoplastics)와 달리 흐름성이 나빠 주로 스템핑 공법으로 제조되고 있다.

여기에서, 스템핑 공법이란 금형 보다 큰 사이즈로 찍은 후 테두리를 커팅하여 제조하는 방법으로 포밍 가공만 가능할 뿐 내부가 채워지는 구조인 중실체는 성형할 수 없는 공법을 말한다.

그런데, 갈수록 고급화를 요구하는 고객 니즈의 변화로 인해 언더커버도 고강도, 내구성 향상, 공력개선, 흡음효과 증대, 진동흡수력 증대 등의 기능을 갖춰야 하는 성능 부품으로 변화되고 있다.

특히, 험로 주행이나 연석 충돌시 파손되지 않을 정도의 고강도를 요구하고 있는 것이 현실이다.

그럼에도 불구하고, 종래 언더커버는 이러한 고객 니즈의 변화에 대응하지 못하고 여전히 저급 사양에 머물고 있어 이에 대한 개선이 필요하게 되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, GMT를 얇게 하되 이를 테면, IXI 단면 형상의 구조를 갖도록 하고, 부분적인 강도 보강을 이루어 내구성 증대는 물론 험로주행이나 고속방지턱 혹은 연석이나 도로 요철면 등과의 충돌시에도 쉽게 파손되지 않아 성능 부품으로서 손색이 없도록 개선한 연속섬유 보강 박막 언더커버를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 차량용 언더커버에 있어서; IXI 단면 형상을 갖고 박막 GMT로 된 메인기재층과; 상기 메인기재층 위에 합판되어 강도를 보강하는 상부보강층과; 상기 메인기재층 아래에 일체로 성형되어 강도를 보강하는 하부보강층;을 포함하고, 상기 상부보강층과 하부보강층 중 적어도 하나 이상은 CFRTPC로 제조된 것을 특징으로 하는 연속섬유 보강 박막 언더커버를 제공한다.

이때, 상기 상부보강층은 테이프 형상의 CFRTPC로 이루어지고, 상기 하부보강층은 로드 형상의 CFRTPC로 이루어진 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 CFRTPC는 폴리프로필렌수지:연속섬유 형태의 글래스 화이버가 40-50:50-60의 중량비를 유지하면서 폴리프로필렌수지가 연속섬유 형태의 글래스 화이버에 함침된 소재인 것에도 그 특징이 있다.

또한, 본 발명은 차량용 언더커버에 있어서; 박막 GMT로 된 메인기재층과; 상기 메인기재층 위에 합판되어 강도를 보강하도록 테이프 형상의 CFRTPC로 이루어진 상부보강층;을 포함하고, 상기 CFRTPC는 폴리프로필렌수지:연속섬유 형태의 글래스 화이버가 40-50:50-60의 중량비를 유지하면서 폴리프로필렌수지가 연속섬유 형태의 글래스 화이버에 함침된 소재인 것을 특징으로 하는 연속섬유 보강 박막 언더커버를 제공한다.

또한, 본 발명은 차량용 언더커버에 있어서; IXI 단면 형상을 갖고 박막 GMT로 된 메인기재층과; 상기 메인기재층 아래에 일체로 성형되어 강도를 보강하도록 로드 형상의 CFRTPC로 이루어진 하부보강층;을 포함하고, 상기 CFRTPC는 폴리프로필렌수지:연속섬유 형태의 글래스 화이버가 40-50:50-60의 중량비를 유지하면서 폴리프로필렌수지가 연속섬유 형태의 글래스 화이버에 함침된 소재인 것을 특징으로 하는 연속섬유 보강 박막 언더커버를 제공한다.

뿐만 아니라, 본 발명은 차량용 언더커버에 있어서; 언더커버의 앞부분은 상부보강층-메인기재층-하부보강층으로 이루어진 3중 층상구조로 형성되고; 언더커버의 앞부분을 제외한 둘레부분은 메인기재층-하부보강층으로 이루어진 2중 층상구조로 형성되며; 상기 상부보강층은 테이프 형상의 CFRTPC로 이루어지고, 상기 메인기재층은 IXI 단면 형상의 박막 GMT로 이루어지며, 상기 하부보강층은 로드 형상의 CFRTPC로 이루어진 것을 특징으로 하는 연속섬유 보강 박막 언더커버를 제공한다.

이때, 상기 언더커버의 NACA홀 주변은 메인기재층-하부보강층으로 이루어진 2중 층상구조로 형성된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 언더커버에는 로드 형상의 CFRTPC를 일체로 성형하여 적어도 하나 이상의 리드형 돌출부를 더 포함하는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, IXI 단면 형상을 갖는 박막 GMT를 사용하면서도 부분적인 강도 보강을 이루어 내구성 증대는 물론 험로주행이나 고속방지턱 혹은 연석이나 도로 요철면 등과의 충돌시에도 쉽게 파손되지 않고, 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 언더커버의 예시도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 연속섬유 보강 박막 언더커버의 층상구조를 보인 예시적인 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 연속섬유 보강 박막 언더커버의 구현예를 보인 예시도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

주지된 바와 같이, 언더커버의 특성상 언더커버 중에서도 차량 앞쪽에 해당되는 부분은 항상 충돌에 노출된 상태이다.

이때, 충돌은 과속방지턱이나 연석 또는 도로 요철면 등과의 충돌을 예시할 수 있고, 또한 험로 주행시에도 발생한다.

특히, 도 5의 예시와 같이, 언더커버(100)의 앞쪽에는 공력 개선을 위해 공기 및 물의 유입을 위한 NACA(National Advisory Committee for Aeronautics)홀(110)이 형성되어 있으므로 상기와 같은 충돌에 매우 취약한 특징이 있다.

더구나, 언더커버(100)는 얇은 두께를 갖기 때문에 특성상 프레스 가공이 어려워 스템핑공법으로 성형되므로 두께 증가에 제약이 따라 강도가 취약한 부분은 국부적으로 보강해야 한다.

또한, 스템핑공법의 특성상 중실체인 리브(Rib)와 같은 구조물을 성형하기 어렵기 때문에 단순한 포밍구조만 가능하므로 강도가 취약할 수 밖에 없다.

이러한 구조의 경우, 기존 개념의 언더커버에서는 전혀 문제가 되지 않았으나 상술하였듯이 고객 니즈가 커진 최근의 자동차 시장에서는 성능 부품으로서 고강도 언더커버들이 요구되고 있기 때문에 문제가 된다.

이에, 본 발명은 도 2의 예시와 같은 언더커버(100) 종단면 구조를 포함한다.

도 2의 예에 따르면, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예의 언더커버(100)는 IXI 단면 구조를 갖는 박막 GMT로 된 메인기재층(120)과, 상기 메인기재층(120)의 상면에 합판되어 일체화 된 상부보강층(130)과, 상기 메인기재층(120)의 하면에 일체화 된 하부보강층(140)을 포함한다.

이때, 상기 메인기재층(120)은 IXI 단면 형상을 갖는 박막 GMT를 기본 소재로 하는 바, 상기 박막 GMT는 최근 변화하고 있는 고객 니즈에 따라 충분한 강도를 가지면서 스템핑공법이 가능하도록 두께를 얇게 개발한 소재로서, 폴리프로필렌수지:글래스 화이버가 75-80:20-25의 중량비를 유지하면서 폴리프로필렌수지가 글래스 화이버에 함침된 소재이다.

이 경우, 상기 글래스 화이버는 2-3mm 길이를 갖는 단섬유가 사용된다.

여기에서, 상기 박막 GMT에 대한 개념을 보충 설명하자면, 하기의 [참고도면]에서와 같이, 통상 GF mat가 적층되어 두껍게 제조되는 GMT의 구조에서 언더커버의 특성에 맞게 한 층의 GF mat로만 이루어질 수 있도록 글래스 화이버와 폴리프로필렌 등의 조성을 새롭게 재조정하고, 오랜 기간의 성능시험을 통해 완성한 신개념의 소재로서 종단면으로 보이는 그 형상으로부터 'IXI형 단면을 갖는 박막 GMT'라 통칭하고 있는 소재이다.

아울러, 이하 설명되는 '박막 GMT'라는 용어는 모두 'IXI형 단면을 갖는 박막 GMT'를 의미한다.

[참고도면]

그리고, 상기 상부보강층(130)은 테이프 형상의 CFRTPC(Continuous glass Fiber Reinforced thermoplastics)로 이루어진다.

여기에서, 상기 테이프 형상의 CFRTPC는 폴리프로필렌수지:연속섬유 형태의 글래스 화이버가 40-50:50-60의 중량비를 유지하면서 폴리프로필렌수지가 연속섬유 형태의 글래스 화이버에 함침된 소재이다.

특히, 상기 테이프 형상의 CFRTPC는 고강도 실현을 위해 CFRTPC를 제조하는 과정에서 생성되는 중간재인 연속섬유 프리프레그(Prepreg)를 0°- 90°- 0°의 각도로 교차 적층하여 테이프 형상으로 만든 것을 사용하여야 한다.

뿐만 아니라, 상기 상부보강층(130)은 CFRTPC를 기본 소재로 사용하기 때문에 강화되는 글래스 화이버가 끊기지 않고 연속된 섬유를 사용하여야 하며, 이는 박막 GMT가 끊어진 단섬유를 사용하는 것과는 강성 측면에서 완전히 다른 것이다.

또한, 상기 하부보강층(140)은 로드 형상의 CFRTPC(Continuous glass Fiber Reinforced thermoplastics)로 이루어진다.

여기에서, 상기 로드 형상의 CFRTPC는 폴리프로필렌수지:연속섬유 형태의 글래스 화이버가 40-50:50-60의 중량비를 유지하면서 폴리프로필렌수지가 연속섬유 형태의 글래스 화이버에 함침된 소재로서, 연속섬유 프리프레그를 로드(Rod) 형태로 만든 것이다.

이러한 층상 구조는 하부보강층(140) 위에 메인기재층(120)이 놓여지고, 그 위에 상부보강층(120)이 놓여진 상태에서 스템핑공법으로 포밍 가공하게 되면 3개의 층은 서로 동질의 폴리프로필렌수지를 포함하고 있기 때문에 합지성이 좋아 견고히 일체화된다.

한편, 본 발명에 따른 언더커버(100)는 도 3의 예시와 같이, 메인기재층(120)과, 상기 메인기재층(120)의 하부에 하부보강층(140)이 일체화된 층상구조도 포함할 수 있다.

이와 같은 층상구조는 앞서 설명한 3중 구조 보다는 강도가 낮지만 통상적인 박막 GMT에 비해서는 현저히 높은 강도를 유지하므로 국부적인 보강, 바람직하기로는 언더커버(100)의 둘레부 또는 리브형 돌출부를 형성하여 보강할 때 좋다.

이 경우, 특히 리브형 돌출부는 도 5의 A-A선 단면도에서와 같이, 중실체인 로드를 붙여 일체화시킴으로써 마치 리브(Rib)를 일체로 형성한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있는 장점도 있다. 이것은 언더커버(100)의 판면에서 국부적인 보강이 더 필요한 부분을 독립적으로 보강하는 효과를 제공한다.

또다른 한편, 본 발명에 따른 언더커버(100)는 도 4의 예시와 같이, 메인기재층(120)과, 상기 메인기재층(120)의 상부에 상부보강층(130)이 합판되어 일체화된 층상구조도 포함할 수 있다.

이러한 층상구조는 국부적인 보강, 바람직하게는 NACA홀(110) 주변, 혹은 언더커버(100)의 판면 일부를 보강할 때 사용될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 앞서 설명한 도 2,3,4에 예시된 각 층상구조로 언더커버(100)를 제조할 수도 있지만, 가장 바람직하기로는 도 5와 같이 이들 층상구조를 병행하여 갖추는 것이 좋다.

예컨대, 도 5에 따르면, 언더커버(100)의 판면은 박막 GMT로 된 메인기재층(120)으로 이루어지고, 충돌이 잦아 내구성이 요구되는 부분인 언더커버(100)의 앞부분(P1)은 도 2의 예시와 같은 3중 층상구조를 갖도록 구성하며, 언더커버(100)의 둘레나 혹은 NACA홀(110) 주변, 혹은 판면에서 돌출된 돌출부(P2) 주변은 도 4의 예시와 같은 2중 층상구조를 갖도록 구성할 수 있다.

이 경우, 상기 NACA홀(110) 주변은 상술한 바와 달리, 단방향 연속섬유 복합재, 즉 도 3에서 예시한 로드 형상의 CFRTPC가 보강된 층상 구조를 갖도록 보강하면 강도 보강 특성을 더욱 증대시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 언더커버(100)의 판면은 도 4의 예시와 같은 2중 층상구조를 갖도록 구성하고, 충돌이 잦아 내구성이 요구되는 부분인 언더커버(100)의 앞부분(P1)은 도 2의 예시와 같은 3중 층상구조를 갖도록 구성하며, 언더커버(100)의 둘레는 도 3의 예시와 같은 2중 층상구조를 갖도록 구성할 수도 있다.

특히, 3중 층상구조를 갖는 부분은 로드 형상의 CFRTPC가 일체화 되면서 마치 리브처럼 내부가 채워진 중실체 형태(도 5의 A-A선 단면 참고)의 보강구조물을 이루게 되므로 강도 보강히 현저히 증대되게 되며, 이렇게 보강하게 되면 앞부분(P1)의 인장강도를 300-600MPa까지 유지할 수 있어 충돌성능도 우수해진다.

반면, 도 5의 B-B선 단면처럼 박막 GMT의 일반적인 스템핑공법에 따른 포밍은 내부가 비어 있는 형태이다.

또한, NACA홀(110) 주변의 경우에는 본 발명의 층상 구조를 갖게 되면 150-250MPa의 인장강도를 유지할 수 있어 쉽게 파손되지 않게 되는 장점이 있다.

이와 같이, 본 발명은 상술한 3가지 타입의 언더커버(100) 층상구조를 서로 혼용하여 다양한 방식으로 국부적인 보강형태의 언더커버(100)를 만들 수 있어 기존 언더커버 대비 최근 고객의 니즈를 충분히 만족시킬 수 있게 된다.

100: 언더커버 110: NACA홀
120: 메인기재층 130: 상부보강층
140: 하부보강층

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 차량용 언더커버에 있어서;
   언더커버의 앞부분은 상부보강층-메인기재층-하부보강층으로 이루어진 3중 층상구조로 형성되고;
   언더커버의 앞부분을 제외한 둘레부분은 메인기재층-하부보강층으로 이루어진 2중 층상구조로 형성되며;
   상기 상부보강층은 테이프 형상의 CFRTPC(Continuous glass Fiber Reinforced thermoplastics)로 이루어지고, 상기 메인기재층은 IXI 단면 형상의 박막 GMT(Glass fiber Mat reinforced Thermoplastics)로 이루어지며, 상기 하부보강층은 로드 형상의 CFRTPC(Continuous glass Fiber Reinforced thermoplastics)로 이루어진 것을 특징으로 하는 연속섬유 보강 박막 언더커버.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 언더커버의 NACA(National Advisory Committee for Aeronautics)홀 주변은 메인기재층-하부보강층으로 이루어진 2중 층상구조로 형성된 것을 특징으로 하는 연속섬유 보강 박막 언더커버.
   
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 언더커버에는 로드 형상의 CFRTPC(Continuous glass Fiber Reinforced thermoplastics)를 일체로 성형하여 적어도 하나 이상의 리드형 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속섬유 보강 박막 언더커버.

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