KR102010617B1 - 차량용 프론트 엔드 모듈의 캐리어 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 차량용 프론트 엔드 모듈의 캐리어는, 경량화 및 원가 절감이 가능하고, 우수한 기계적 물성과 구조 강성을 제공하여 상품성 향상의 이점을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 연속섬유복합소재(CFT)로 프론트 엔드 모듈의 캐리어 형상으로 제작되는 인서트본체와, 인서트본체에 인서트 사출되는 사출레진을 포함하는 것이다.

Description

차량용 프론트 엔드 모듈의 캐리어{FRONT END MODULE CARRIER FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 프론트 엔드 모듈의 캐리어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경량화 및 원가 절감이 가능하고, 우수한 기계적 물성을 가지는 차량용 프론트 엔드 모듈의 캐리어에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 차체는 길이 방향을 따라 전방차체와 중심차체 및 후방차체로 구분될 수 있다.

여기서 전방차체는 헤드램프, 후드 래치, 범퍼, 라디에이터 및 팬 등 다수의 부품이 설치되는 바, 최근에는 현장에서의 조립 대상 부품수를 감소시켜 작업성을 향상시키기 위해 다수의 부품을 미리 설치하여 일체화시켜 프론트 엔드 모듈(Front End Module:FEM)이 제조되고 있다.

이러한 프론트 엔드 모듈은 차량의 전면부에 구비되고 프레임을 이루는 캐리어와 이 캐리어에 장착되는 헤드램프, 범퍼, 라디에이터 및 팬 등을 포함하여 구성된다.

도 1에서 도시된 바와 같이, 일반적인 차량의 프론트 엔드 모듈은, 차량의 차체프레임(F)에서 전면부를 구성하는 캐리어(10)가 단품으로 제조되며, 캐리어(10)에 응축기(20), 라디에이터(30) 및 냉각팬(40) 등을 장착하여 프론트 엔드 모듈(Front End Module:FEM)을 완성하고, 이 모듈을 차체프레임(F)에 장착하게 된다.

대체적으로 프론트 엔드 모듈의 캐리어는 강성이 요구되어 골격을 이루는 본체를 금속재로 하고, 이 금속재의 본체 외부를 유리섬유가 함침된 폴리프로필렌(PP)과 글라스파이버(GF)로 인서트 사출 성형하는 것이다.

그러나 금속재로 이루어진 본체는 전체적인 차량의 중량을 높이게 되고, 폴리프로필렌과 같은 수지를 금속재 본체에 덧씌우는 방법으로는 수지가 너무 두꺼울 경우 전체적인 중량이 많이 나가게 되고, 반면에 두께가 얇을 경우에는 사출금형 내에서 높은 사출압이 요구되어 비성형이 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2003-0064940호(2003.08.06)가 있으며, 상기 선행문헌에서는 캐리어를 구성하는 합성수지재와 금속부재간의 접합 강도를 높일 수 있고, 폐기시 합성수지재와 금속부재간의 분리가 용이하도록 한 기술이 개시되어 있다.

또한, 대한민국 공개특허 제10-2010-0091534호(2010.08.19)에서는, 나일론6/EPR 나노 복합체를 포함하는 자동차용 부품이 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 경량화 및 원가 절감이 가능하고, 우수한 기계적 물성과 구조 강성을 제공하여 상품성 향상의 이점이 있는 차량용 프론트 엔드 모듈의 캐리어를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 차량용 프론트 엔드 모듈의 캐리어는, 연속섬유복합소재(CFT)로 프론트 엔드 모듈의 캐리어 형상으로 제작되는 인서트본체와, 인서트본체에 인서트 사출되는 사출레진을 포함하는 것이다.

여기서 인서트본체는, 나일론6 40~60 중량% 및 글라스 파이버(GF) 40~60 중량%을 포함하는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는, 나일론6 50 중량% 및 글라스 파이버(GF) 50 중량%을 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱이 인서트본체는 2.0~3.5mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 사출레진은, 나일론6 70~90 중량% 과 카본파이버 및 카본나노튜브(CF/CNT) 10~30 중량%을 포함하는 것을 특징으로 하고, 바람직하게는 나일론6 80 중량% 과 카본파이버 및 카본나노튜브(CF/CNT) 20 중량%을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 차량용 프론트 엔드 모듈의 캐리어는 기계적 물성이 우수한 연속섬유복합소재를 인서트본체로 사용하고, 인서트본체에 외부 사출레진물인 나일론6+카본파이버 및 카본나노튜브(CF/CNT)를 인서트 사출시켜서 제작함으로써 경량화 및 원가 절감의 효과가 있다.

도 1은 일반적인 차량의 프론트 엔드 모듈의 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 프론트 엔드 모듈의 캐리어의 사시도이고,
도 3은 도 2의 A-A선의 일부 확대 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 차량용 프론트 엔드 모듈의 캐리어를 첨부된 도면에 의거하여 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.

여기서 도 2는 본 발명에 따른 차량용 프론트 엔드 모듈의 캐리어의 사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A선의 일부 확대 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 차량용 프론트 엔드 모듈의 캐리어(100)는, 연속섬유복합소재(CFT)로 프론트 엔드 모듈의 캐리어 형상으로 제작되는 인서트본체(110)와, 인서트본체(110)의 전체 면적에 인서트 사출되는 사출레진(112)을 포함하는 것이다.

여기서 프론트 엔드 모듈의 캐리어(100)는 도 1에서와 같이 응축기, 라디에이터 및 냉각팬 등을 장착함으로써 프론트 엔트 모듈(Front End Module:FEM)을 완성하고, 이 모듈을 차체프레임에 장착하게 된다.

이러한 캐리어(100)는 인서트 사출된 완제품으로 기본적인 캐리어 형상의 골격을 가지는 인서트본체(110)와, 인서트본체(110)의 전체 면적에 사출레진(112)이 인서트 사출되어 일체화될 수 있다.

인서트본체(110)는 대략 직사각형의 틀 형상을 가지는데, 전체적인 형상이 프론트 엔드 모듈의 캐리어 형상을 가지도록 제작된다.

즉, 인서트본체(110)는 고강성 소재로 별도 제작된 뒤 캐리어의 성형시에 골격이 되도록 인서트 사출 이전에 프로 포밍공정을 거치게 되는데, 연속섬유복합소재의 원단을 준비한 후 대략 225℃로 1차 가열하고, 가열된 원단을 적어도 2개 이상을 적층시키게 된다.

그리고 적층된 원단을 다시 225℃로 2차 가열하고, 이어서 사출레진(112)를 안착시켜서 인서트 사출이 이루어지게 된다.

이러한 소재의 섬유는 유리섬유(glass fiber), 천연섬유(natural fiber), 탄소섬유(carbon fiber), 아라미드 섬유(aramid fiber), 초분자량 폴리에틸렌(ultrahigh molecular weight polyethylene:UHMWPE) 섬유들 중 하나 이상이 선택되는 것이 바람직하다.

또한, 연속섬유복합소재(CFT)의 열가소성 수지 조성물은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리에스테르 및 폴리페닐렌셜파이드 조성물들 중 하나 이상이 선택되는 것이 바람직하다.

가장 바람직하게는 나일론6, 나일론66 중 연속섬유복합소재(Continuous Fiber Thermoplastic:CFT)로 단섬유인 나일론6 40~60 중량% 및 글라스 파이버(Glass Fiber) 40~60 중량%을 포함할 수 있다.

더욱 좋게는 나일론6 50 중량% 및 글라스 파이버(GF) 50 중량%을 포함할 수 있다.

또한, 바람직하게 인서트본체(110)는 2.0~3.5mm의 두께를 가질 수 있다.

그리고 사출레진(112)은 인서트본체(110)에 비해 강성을 높인 것, 즉 복합섬유의 함량이 동일 하거나 증가시킨 것이 사용될 수 있으며, 인서트본체(110)와 유사한 복합재가 사용되는 경우 접착제 또는 융착(welding)의 방법을 사용하지 않더라도 충분한 접착력을 확보할 수 있다.

예컨대, 사출레진(112)으로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리에스테르 및 폴리페닐렌셜파이드 조성물들 중 하나 이상이 선택되는 것이 바람직하나, 나일론6, 나일론66 중 가장 바람직하게는 나일론6 70~90 중량% 과 카본 파이버 및 카본나노튜브(CF/CNT) 10~30 중량%을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 나일론6 80 중량%과 카본 파이버 및 카본나노튜브(CF/CNT)20 중량%을 포함할 수 있다.

덧붙여, 인서트본체(110)와 사출레진(112)는 강화재로 이뤄져 냉연강판과 유사한 정도의 강도와 플라스틱 경량화를 동시에 만족시키는 것으로서 단면 구조나 두께, 형상 등을 변화시켜 다양하게 제작될 수 있으며, 참고로 나일론6은 ε-카프롤락탐을 합성하고 이를 고리열림중합(開環重合)시켜 제조한 것으로서, 탄소 6개로 이루어진 ε-카프롤락탐이 그대로 중합하여 고분자를 이루므로 나일론 6이라 부르게 되었으며, C₁₀H₂₀(CO)₂(NH)₂의 화학식을 가진다.

이와 같이 프론트 엔드 모듈의 캐리어(100)는 연속섬유복합소재인 인서트본체(110)와 인서트본체(110)의 전체 면적에 나일론6+카본 파이버 및 카본나노튜브(CF/CNT)의 사출레진(112)을 인서트 사출을 통해 제작됨으로써, 프론트 엔드 모듈의 캐리어(100)의 전체적인 구조 강성과 충돌 성능, 경량화 및 원가를 절감할 수 있으며, 더 나아가 헤드램프, 후드 래치, 범퍼, 라디에이터 및 팬 등 다수의 부품이 설치되는 어셈블리의 구조 강성과 충돌 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하므로 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 안에서 변경 가능한 것이며, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

100 : 캐리어 110 : 인서트본체
112 : 사출레진

Claims (10)

1. 연속섬유복합소재(CFT)로 프론트 엔드 모듈의 캐리어 형상으로 제작되는 인서트본체(110)와,
   상기 인서트본체(110)의 전체 면적에 인서트 사출되어 상기 인서트본체(110)가 내부에 수용되도록 일체화되는 사출레진(112)을 포함하며,
   상기 인서트본체(110)는 캐리어의 성형시 골격이 되도록 포밍공정을 통해 상기 연속섬유복합소재(CFT)의 원단을 225℃의 온도로 1차 가열한 다음 2개 이상으로 적층시켜 구성하고, 적층된 상기 연속섬유복합소재(CFT)의 원단을 다시 225℃의 온도로 2차 가열한 다음 상기 사출레진을 안착시켜 인서트 사출이 이루어지도록 하며,
   상기 인서트본체(110)는 나일론6 50 중량% 및 글라스 파이버(GF) 50 중량%을 포함하고,
   상기 인서트본체(110)는 골격을 위한 강도를 유지할 수 있도록 2.0~3.5mm의 두께로 구성되며,
   상기 사출레진(112)은 나일론6 80 중량% 과 카본파이버 및 카본나노튜브(CF/CNT) 20 중량%을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 프론트 엔드 모듈의 캐리어.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 연속섬유복합소재(CFT)의 열가소성 수지 조성물은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리에스테르 및 폴리페닐렌셜파이드 조성물들 중 하나 이상이 선택되는 것을 특징으로 하는 차량용 프론트 엔드 모듈의 캐리어.
   
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