KR102142614B1 - 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임에 관한 것으로, 열가소성 플라스틱을 포함하는 두께 보강층, 그리고 상기 두께 보강층의 일면 및 타면에 각각 결합되어 있으며, 연속 섬유강화 열가소성 복합소재(Continuous Fiber Thermoplastics; CFT)를 포함하는 표면층을 포함한다.
상기 두께 보강층의 외부 둘레를 따라 배치되어 상기 표면층의 일부분을 덮고 있으며, 장섬유 강화 열가소성 복합소재(Long Fiber Thermoplastics; LFT)를 포함하는 마감층을 더 포함할 수 있다.

Description

샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임 및 그 제조방법{Seat back frame with sandwich panel structure and processes for the preparation thereof}

본 발명은 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임 및 그 제조방법에 관한 것이다.

자동차 실내에는 탑승자가 앉을 수 있도록 프런트 시트(FRONT SEAT)와 리어 시트(REAR SEAT)가 배치되어 있다. 이러한 시트는 크게 탑승자가 앉는 시트 쿠션(SEAT CUSHION)과 등을 기대는 시트백(Seatback) 및 머리를 지지하는 헤드레스트(headrest)로 구분되어 있다. 시트백은 탑승객에게 안락함을 주는 패드와 시트백의 골격을 형성하고 패드를 지지하는 시트백 프레임으로 이루어져 있다.

한편, 레저용 차량(Recreational Vehicle; RV), 미니밴(Multi-Purpose Vehicle; MPV), 스포츠 유틸리티 차량(Sport Utility Vehicle; SUV)과 같은 차종의 경우 트렁크와 연결된 2열, 3열의 리어 시트는 차량의 급제동, 추돌 사고 시 트렁크에 있는 물건에 의해 충격을 받을 수 있으며 충격 때문에 리어 시트백 프레임이 파손되면서 탑승자의 안전을 위협할 수 있다. 이 중 2열의 리어 시트의 시트백 프레임은 구조적 요구 성능이 매우 높다.

이에, 리어 시트백 프레임은 충격 때문에 변형, 파손 등의 문제가 발생하지 않아야 하므로 금속(Steel) 또는 플라스틱(Plastic) 따위를 이용해 만들어지며, 구조적 성능을 만족시키기 위해, 리브(Rib) 또는 채널(Channel)을 형성된다.

리어 금속 시트백 프레임은 금속 재질로 인해 중량이 많이 나가므로 결과적으로는 차체의 무게를 증대시켜 연비를 저하시키는 문제점이 있다. 반면, 리어 플라스틱 시트백 프레임의 경우 금속보다 가벼워 차체의 중량을 줄이고 연비를 높일 수 있는 장점이 있다. 리어 플라스틱 시트백 프레임은 열가소성 소재(Glass fiber Mat Thermoplastics; GMT), 열가소성 연속섬유 복합소재(Continuous Fiber Thermoplastics; CFT)으로 제작된다.

그러나 열가소성 복합소재를 사용한 리어 플라스틱 시트백 프레임의 경우, 원가가 높은 CFT를 다량 사용하므로 리어 금속 시트백 프레임 및 GMT 시트백 프레임보다 원가가 높아 시장 경쟁력이 떨어졌다. 또한 시트백 특성상 부품의 굽힘 거동이 크게 발생되기 때문에 굽힘 성능을 향상시킬 수 있도록 CFT를 평평한 상태가 아닌 다양한 형태의 포밍(FORMING)을 적용하므로 성형 완성도가 떨어졌다.

대한민국 등록특허 제10-1759206호 (2017.07.12.) 일본 공개특허 제1996-08258201호 (1996.10.08)

본 발명은 리어 시트백 프레임의 굽힘 성능을 향상시킬 수 있도록 두께를 증가시키면서 중량 절감 효과를 발휘할 수 있는 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임은, 열가소성 플라스틱을 포함하는 두께 보강층, 그리고 상기 두께 보강층의 일면 및 타면에 각각 결합되어 있으며, 연속 섬유강화 열가소성 복합소재(Continuous Fiber Thermoplastics; CFT)를 포함하는 표면층을 포함한다.

상기 두께 보강층과 상기 표면층은 서로 접하는 경계면이 열에 의해 녹아 서로 결합될 수 있다.

상기 두께 보강층의 상하 높이는 5mm 내지 40mm이고, 상기 표면층의 상하 높이는 0.5mm 내지 3mm일 수 있다.

상기 표면층은 교차 방식으로 복수 적층 되어 다층으로 이루어질 수 있다.

상기 두께 보강층은 허니콤(Honeycomb), 원통(Tubular) 및 사각형 중 선택된 어느 한 형상을 포함할 수 있다.

상기 원통의 지름은 6mm 내지 13mm이고, 두께는 0.5mm 내지 2mm이며, 밀도는 80㎏/㎥ 내지 120㎏/㎥일 수 있다.

상기 두께 보강층은 열가소성 수지를 포함할 수 있다.

상기 표면층은, 열가소성 수지 100 중량부 기준으로, 연속섬유 100 ~ 235 중량부를 포함하고, 상기 연속섬유는, 유리섬유(Glss fiber), 탄소섬유(Carbon fiber), 그리고 아라미드섬유(Aramid fiber)로 구성된 그룹에서 선택된 1 종 이상일 수 있다.

상기 열가소성 수지는, 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리아미드(Polyamide), 폴리아세탈(Polyacetal), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리페닐렌 옥사이드(Polyphenylene oxide), 그리고 폴리브티렌 테레프탈레이트(Polybutyrene terephthalate)로 구성된 그룹에서 선택된 1 종 이상일 수 있다.

상기 두께 보강층의 외부 둘레를 따라 배치되어 상기 표면층의 일부분을 덮고 있으며, 장섬유 강화 열가소성 복합소재(Long Fiber Thermoplastics; LFT)를 포함하는 마감층을 더 포함할 수 있다.

상기 마감층은, 열가소성 수지 100 중량부 기준으로, 장섬유(Long fiber thermoplastic) 25 ~ 67 중량부를 포함할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임 제조 방법은, 두께 보강층의 일면과 타면에 각각 표면층을 배치하는 준비 단계, 적층된 상기 두께 보강층과 상기 표면층을 가압하여 프레임 본체를 형성하는 단계 및 사출성형으로 상기 프레임 본체의 둘레를 따라 마감층을 형성하는 사출성형 단계를 포함한다.

상기 두께 보강층과 상기 표면층은, 서로 접하고 있는 경계면이 녹아 결합될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 두께 보강층을 기설정된 두께로 형성하면서 두께 보강층의 일면과 타면에 각각 연속 섬유강화 열가소성 복합소재로 이루어진 표면층을 배치하였다. 이에 연속 섬유강화 열가소성 복합소재의 사용을 최소화하면서 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임의 굽힘 성능을 향상시킬 수 있는 두께로 형성할 수 있다. 두께 보강층이 튜브, 허니콤, 사각형 따위로 형성되면서 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임은 강도를 유지하면서 중량 절감 효과를 발휘한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 두께 보강층을 이용하여 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임의 두께를 유지하고 두께 보강층의 일면과 타면에 연속 섬유강화 열가소성 복합소재로 이루어진 표면층을 배치함으로써, 연속 섬유강화 열가소성 복합소재의 사용을 최소화면서 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임의 굽힘 성능 향상을 위한 두께를 유지할 수 있다. 이에 연속 섬유강화 열가소성 복합소재 사용 증가로 발생하는 원가 상승 요인을 예방한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 기설정된 두께를 가지는 두께 보강층에 연속 섬유강화 열가소성 복합소재로 이루어진 표면층을 배치하고, 표면층에 장섬유 강화 열가소성 복합소재(Long Fiber Thermoplastics; LFT)를 포함하는 마감층을 형성함으로써, 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임의 굽힘 성능이 향상된다. 이에, 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임은 강도를 유지하면서 중량 절감 효과를 발휘한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 두께 보강층, 표면층 및 마감층은 열가소성 수지를 동일하게 포함한다. 이에 두께 보강층, 표면층 및 마감층은 서로 접하고 있는 경계면이 열에 의해 국부적으로 녹아 서로 결합된다. 두께 보강층, 표면층 및 마감층은 접착제 따위를 사용하지 않고 서로 결합되므로 접착제 등의 사용으로 인한 원가 상승, 공정 증가 등이 최소화된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 두께 보강층이 성형이 용이한 열가소성 수지로 이루어져 리어 시트백을 결합하기 위한 체결부, 디자인 자유도, 강도 등을 확보하기 위한 다양한 포밍구간을 연출할 수 있다. 두께 보강층이 확보하지 못한 체결부 및 기타 디자인을 마감층의 형성을 위한 사출공정에서 형성할 수 있어 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임의 제조 용이하다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임을 나타낸 개략도.
도 2는 도 1의 정면도.
도 3은 도 1의 분해도.
도 4는 도 3의 두께 보강층을 나타낸 개략도.
도 5는 도 2를 V-V선을 따라 자른 단면도.
도 6은 도 2를 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 자른 단면도.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임에 대하여 도 1 내지 도 6을 참고하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임을 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1의 정면도이며, 도 3은 도 1의 분해도이고, 도 4는 도 3의 두께 보강층을 나타낸 개략도이며, 도 5는 도 2를 V-V선을 따라 자른 단면도이고, 도 6은 도 2를 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 자른 단면도이다.

도 1 내지 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임(1)은 굽힘 성능을 향상시킬 수 있도록 두께를 증가시키면서 중량 절감 효과를 발휘할 수 있는 구조를 갖는다. 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임(1)은 두께 보강층(10), 그리고 표면층(20a, 20b)을 포함한다. 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임(1)은 마감층(30)을 더 포함할 수 있다.

표면층(20a, 20b)은 두께 보강층(10)의 일면과 타면에 각각 결합되어 있으며, 마감층(30)은 두께 보강층(10)의 외부 둘레를 따라 배치되어 표면층(20a, 20b)의 가장자리 일 부분을 덮고 있다. 마감층(30)은 표면층(20a, 20b)과 두께 보강층(10)의 외곽에 대한 마감과 더불어 보강한다. 마감층(30)은 표면층(20a, 20b)과 두께 보강층(10)의 외곽 형상에 따라 다양한 형상을 갖는다.

두께 보강층(10)과 표면층(20a, 20b)은 적층된 상태에서 압축 성형된다. 그리고 마감층(30)은 사출성형을 통해 두께 보강층(10)의 둘레와 표면층(20a, 20b)의 외곽을 따라 배치되어 있다.

여기서, 일면 표면층(20a)은 리어 시트(도시하지 않음)의 내측에 위치하며 타면 표면층(20b)은 리어 시트의 외부에 위치하여 노출된다. 일면 표면층(20a)과 마감층(30)에는 시트 쿠션(도시하지 않음)과 연결을 위한 힌지 브래킷, 헤드레스트를 결합하기 위한 헤드레스트 브래킷, 시트 쿠션과 결합된 상태에서 각도 조절을 위한 래치 브래킷 따위가 결합될 수 있다. 브래켓들은 금속 따위로 이루어질 수 있다.

이에 두께 보강층(10)과 일면 표면층(20a)에는 시트백의 체결, 디자인 등을 확보하기 위한 다양한 포밍구간이 형성된다.

반면, 두께 보강층(10)의 타면과 타면 표면층(20b)은 평면으로 형성되어 있다. 표면층(20a, 20b)과 두께 보강층(10)의 형상은 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임(1)의 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

두께 보강층(10)은 표면층(20a, 20b)의 두께를 최소화하면서 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임(1)의 굽힘 성능이 향상되도록 두께를 증가시킨다. 두께 보강층(10)의 상하 높이는 5mm 내지 40mm일 수 있다.

두께 보강층(10)은 도 4의 a)에서 도시한 바와 같이 원통(Tubular)들이 서로 결합되어 형성되어 있다. 여기서, 원통의 지름은 6mm 내지 13mm일 수 있다. 원통의 내부 둘레와 외부 둘레의 사이 두께는 0.5mm 내지 2mm일 수 있다. 원통의 밀도는 80㎏/㎥ 내지 120㎏/㎥일 수 있다. 원통의 지름이 6mm 미만인 경우 원통이 조밀하게 배치되어 두께 보강층(10)의 형성을 위한 원료 사용이 증가하며, 원통의 지름이 13mm를 초과할 경우 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임(1)의 내부에 공간이 증가하여 강도가 저하된다.

그러나 두께 보강층(10)은 도 4의 b)와 같이 허니콤(Honeycomb) 또는 도 4의 c)와 같이 사각형으로 형성될 수도 있다. 두께 보강층(10)의 형상은 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임(1)의 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

한편, 도면 도 5 및 도 7에서 일면 표면층(20a)과 타면 표면층(20b)을 1개 층으로 도시하였으나, 일면 표면층(20a)과 타면 표면층(20b)은 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임(1)의 요구 성능에 따라 복수 적층 되어 형성될 수 있다. 일면 표면층(20a)과 타면 표면층(20b)을 복수 적층 시 섬유의 결이 서로 교차하도록 배치되어 있다. 일면 표면층(20a)과 타면 표면층(20b)의 두께는 0.5mm 내지 3mm일 수 있다. 일면 표면층(20a)과 타면 표면층(20b)의 두께는 요구 성능에 따라 달라질 수 있다.

두께 보강층(10)과 표면층(20a, 20b)은 열가소성 수지를 포함한다.

표면층(20a, 20b)은 열가소성 수지 100 중량부 기준으로, 연속섬유 100 ~ 235 중량부를 포함한다. 연속섬유는, 유리섬유(Glss fiber), 탄소섬유(Carbon fiber), 그리고 아라미드섬유(Aramid fiber)로 구성된 그룹에서 선택된 1 종 이상일 수 있다. 이에 표면층(20a, 20b)은 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic; CFT)를 포함한다. 연속섬유강화 열가소성 수지는 열가소성 수지로 형성된 매트릭스 내에 연속섬유가 분산되어 있다. 구체적으로, 열가소성 수지가 모재를 구성하고, 그 안에 섬유가 함침되는 구조이다. 이는 열가소성 수지로만 형성된 시트보다 강도가 보강된 시트이다.

그리고 마감층(30)은 열가소성 수지 100 중량부 기준으로, 장섬유(Long fiber thermoplastic) 25 ~ 67 중량부를 포함한다. 이에 마감층(30)은 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic; LFT)를 포함한다. 장섬유강화 열가소성 수지는 열가소성 수지로 형성된 매트릭스 내에 장섬유(미도시)가 분산된 시트를 가리키며, 구체적으로, 열가소성 수지가 모재를 구성하고, 그 안에 섬유가 함침되는 구조이다.

장섬유(미도시)는 연속섬유보다 길이가 짧고, 소정의 길이로 절단된 섬유를 의미하며, 장섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유 및 천연 섬유 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 장섬유는 길이가 20~50mm인 것이 바람직하고, 장섬유의 길이가 이 범위를 초과하는 경우, 장섬유의 분산성이 저하되면서 적절한 수준의 강성 및 강도를 확보하기 어렵고, 섬유강화 복합재 제조 시 성형성이 저하될 수 있다.

열가소성 수지는 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리아미드(Polyamide), 폴리아세탈(Polyacetal), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리페닐렌 옥사이드(Polyphenylene oxide), 그리고 폴리브티렌 테레프탈레이트(Polybutyrene terephthalate)로 구성된 그룹에서 선택된 1 종 이상일 수 있다.

두께 보강층(10), 표면층(20a, 20b) 및 마감층(30)은 열가소성 수지를 동일하게 포함한다. 이에 두께 보강층(10), 표면층(20a, 20b) 및 마감층(30)은 서로 접하고 있는 경계면이 열에 의해 국부적으로 녹아 서로 결합되어 있다. 두께 보강층(10), 표면층(20a, 20b) 및 마감층(30)은 접착성 필름(adhesive film) 또는 접착제 등을 사용하지 않고 서로 결합되므로 접착제 등의 사용으로 인한 원가 상승, 공정 증가 등을 최소화할 수 있다.

그리고 두께 보강층(10)이 열가소성 수지로 형성되므로 유연하여 다양한 형상 구현 및 압축성형이 용이하다.

열가소성 수지로 이루어져 성형이 용이한 두께 보강층(10)을 기설정된 두께로 형성하면서 두께 보강층(10)의 일면과 타면에 각각 연속 섬유강화 열가소성 복합소재로 이루어진 표면층(20a, 20b)을 배치함으로써, 연속 섬유강화 열가소성 복합소재의 사용을 최소화하면서 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임의 굽힘 성능을 향상시키는 두께로 증가시킨다. 아울러 두께 보강층(10)이 튜브, 허니콤, 사각형 따위로 형성되면서 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임(1)은 강도를 유지하면서 중량 절감 효과를 발휘한다.

이와 같은 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임은 인서트 오버몰딩(Insert Overmolding) 공정을 활용하여 제작할 수 있다. 인서트 오버몰딩은 두께 보강층과 표면층으로 이루어진 인서트물에 대하여 1차적인 형상을 구현할 수 있는 압축성형(Compression Molding)을 진행하여 주요 형상을 구현한다. 압축성형이 완료되면 인서트물을 사출금형에 삽입하여 사출성형을 진행한다. 사출성형을 통해 마감층과 체결부 등을 형성한다.

이러한 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임 제조 방법은 두께 보강층과 표면층 준비 단계, 압축성형으로 프레임 본체를 형성하는 단계 및 프레임 본체에 마감층을 형성하는 사출성형 단계를 포함한다.

준비 단계에서, 기설정된 두께를 갖는 두께 보강층(10)의 일면과 타면에 각각 표면층(20a, 20b)을 배치한다. 이때 표면층(20a, 20b)을 다층으로 적층하는 경우 적층되는 표면층(20a, 20b)들의 섬유 결이 서로 교차하도록 배치한다. 두께 보강층(10)과 표면층(20a, 20b)은 압축성형장치(도시하지 않음)에 적층한다.

프레임 본체를 형성하는 단계에서, 압축성형장치는 적층된 두께 보강층(10)과 표면층(20a, 20b)을 압축하여 두께 보강층(10)과 표면층(20a, 20b)이 서로 결합된 프레임 본체(두께 보강층과 표면층이 기설정된 형상으로 형성된 상태)를 형성한다. 프레임 본체는 리어 시트백을 결합하기 위한 체결부, 디자인 자유도, 강도 등을 확보하기 위한 다양한 포밍구간이 형성된다. 프레임 본체의 형상은 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임이 적용되는 차량에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

사출성형 단계에서, 인서트물인 압축 성형된 프레임 본체를 사출성형장치에 배치하여 사출성형을 진행한다. 이때 프레임 본체의 외곽을 따라 수지가 주입되어 마감층이 형성된다. 사출성형 단계는 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임의 주변 부품 형상을 구현할 수 있다. 그리고 프레임 본체의 둘레를 마감한다. 아울러, 압축성형에서 확보하기 어려운 형상 등을 형성하며 성능 보강 역할을 수행한다. 이에 마감층은 사출성형을 통해 다양한 단면을 갖는다.

한편, 사출성형 단계에서는 주입되는 수지 및 사출성형장치의 열에 의하여 서로 접하고 있는 프레임 본체의 두께 보강층과 표면층의 경계면에 녹으면서 서로 더욱 결합된다.

이와 같은 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임이 자동차에서 요구하는 법규 및 성능을 만족하는지 성능 검증을 위해 두께 보강층(10)의 두께를 26mm로 형성하고, 표면층(20a, 20b)의 두께를 2mm으로 성형하여 그 둘레를 마감층으로 마감한 샘플을 제작하였다. 제작한 샘플 모델 형상을 기반으로 자동차 분야에서 널리 사용되는 동적 충격 및 충돌 해석용 상용소프트웨어를 사용하여, 해석을 수행하였다. 그 결과 아래 표에서 나타낸 바와 같이 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임은 모든 성능 기준을 만족하는 결과를 도출하였다.

		Spec	Result
Seatbelt Anchorage		400mm 이내	317.1mm	Spec in
Cargo Securing		R-point 기준 150mm 이내	-36.1 mm	Spec in
Child Anchorage	TETHER-LOWER_RH	100mm 이내	57.0 mm	Spec in
	LOWER_FRONT_RH		78.0 mm	Spec in
	LOWER-SIDE_RH		70.5 mm	Spec in
	TETHER-LOWER_LH		51.1 mm	Spec in
	LOWER_FRONT_LH		60.4 mm	Spec in
	LOWER-SIDE_LH		72.2 mm	Spec in

한편, 두께 보강층(10)의 두께를 26mm로 하고, 표면층(20a, 20b)의 두께를 2mm으로 하고 그 둘레를 마감층으로 마감한 샘플을 제작하여 샘플 모델을 기반으로 볼팅 성능 검증을 위한 시험적 평가를 진행하였다.

시험 결과, 볼팅 1개소에서 최소 200kgf 내지 400kgf의 하중을 견딜 수 있는 것을 확인하였다. 이 하중은 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임 스틸 부품과 체결 시 향후 체결부 파손 등의 문제가 발생되지 않을 수준인 것으로 확인할 수 있었다.

샌드위치 패널에 대한 Bolt Pull-out Test는 시트백 프레임에 장착되는 Armrest Bracket 및 Hinge류를 체결할 때 사용되는 규격인 M8 사이즈의 볼트를 사용하였다. 샌드위치 패널에 홀을 가공하여, 볼트를 삽입 후 별도의 와셔 없이 너트로 체결한 상태로 시험을 진행하였다. 와셔를 삽입할 경우 성능이 더욱 향상될 수 있으나, 더욱 극한의 환경을 모사하기 위해 와셔를 제외한 상태로 시험을 진행하였다.

시험용 지그는 도면 도 7과 같은 형태로 제작되었으며, 집중하중이 발생될 수 있도록 시편의 대부분 영역을 LOWER-GUIDE_COVER가 누르는 형태로 구성이 되어 있다. 시험에 사용된 장비는 만능재료 시험기를 활용하였다.

시험 진행 결과, 하중 인가에 따라서 두 가지 피크(Peak) 거동이 발생되었다. 도면 도 8을 참고하면 1차 Peak 하중은 샌드위치 패널이 하중을 견디면서 샌드위치 패널 자체의 형상을 유지하는 단계이며, 1차 Peak 하중이 내려가는 구간은 샌드위치 패널 하부 보강층 형상이 무너지는 구간이다. 보강층이 하중으로 지속적으로 무너지다 더 이상 압축될 수 없을 정도의 변형이 이루어지면 2차 Peak 하중으로 다시 샌드위치 패널의 반력이 증가하게 된다. 2차 Peak하중이 감소하는 구간은 보강층의 파손이 아닌 스킨층의 파손이 발생되어 위와 같은 거동을 보이게 된다.

이에, 본 발명은 두께 보강층을 5mm 내지 40mm의 두께로 형성하면서 두께 보강층의 일면과 타면에 각각 연속 섬유강화 열가소성 복합소재로 이루어진 0.5mm 내지 3mm 두께의 표면층을 배치하여 연속 섬유강화 열가소성 복합소재의 사용을 최소화하면서 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임의 굽힘 성능을 향상시킬 수 있는 두께를 증가시킬 수 있다. 그리고 두께 보강층이 튜브, 허니콤, 사각형 따위로 형성되면서 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임은 강도를 유지하면서 중량 절감 효과를 발휘할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1: 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임
10: 두께 보강층 20a: 일면 표면층
20b: 타면 표면층 30: 마감층

Claims (11)

1. 열가소성 플라스틱을 포함하는 두께 보강층(10);
   상기 두께 보강층(10)의 일면 및 타면에 각각 결합되어 있으며, 연속 섬유강화 열가소성 복합소재(Continuous Fiber Thermoplastics; CFT)를 포함하는 표면층(20a, 20b); 및
   상기 두께 보강층(10)의 외부 둘레를 따라 배치되어 상기 표면층(20a, 20b)의 외곽 일부분을 덮고 있는 마감층(30);
   을 포함하며,
   상기 두께 보강층(10), 상기 표면층(20a, 20b) 및 상기 마감층(30)은 열가소성 수지를 동일하게 포함하며 서로 접하는 경계면이 열에 의해 녹아 결합되고, 상기 마감층(30)은 상기 표면층(20a, 20b)과 상기 두께 보강층(10)의 외곽을 마감하고 보강하는
   샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임.
2. 제1항에서,
   상기 두께 보강층의 상하 높이는 5mm 내지 40mm이고,
   상기 표면층의 상하 높이는 0.5mm 내지 3mm인
   샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임.
3. 제2항에서,
   상기 표면층은 교차 방식으로 복수 적층 되어 다층으로 이루어진 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임.
4. 제1항에서,
   상기 두께 보강층은 허니콤(Honeycomb), 원통(Tubular) 및 사각형 중 선택된 어느 한 형상을 포함하는 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임.
5. 제4항에서,
   상기 원통의 지름은 6mm 내지 13mm이고, 두께는 0.5mm 내지 2mm이며, 밀도는 80㎏/㎥ 내지 120㎏/㎥인 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임.
6. 삭제
7. 제1항에서,
   상기 표면층은, 열가소성 수지 100 중량부 기준으로,
   연속섬유 100 ~ 235 중량부를 포함하고,
   상기 연속섬유는, 유리섬유(Glss fiber), 탄소섬유(Carbon fiber), 그리고 아라미드섬유(Aramid fiber)로 구성된 그룹에서 선택된 1 종 이상인
   샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임.
8. 제7항에서,
   상기 열가소성 수지는, 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리아미드(Polyamide), 폴리아세탈(Polyacetal), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리페닐렌 옥사이드(Polyphenylene oxide), 그리고 폴리브티렌 테레프탈레이트(Polybutyrene terephthalate)로 구성된 그룹에서 선택된 1 종 이상인
   샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임.
9. 제1항에서,
   상기 마감층은 장섬유 강화 열가소성 복합소재(Long Fiber Thermoplastics; LFT)를 포함하는 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임.
10. 제9항에서,
    상기 마감층은, 열가소성 수지 100 중량부 기준으로, 장섬유(Long fiber thermoplastic) 25 ~ 67 중량부를 포함하는 샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임.
11. 두께 보강층(10)의 일면과 타면에 각각 표면층(20a, 20b)을 배치하는 단계,
    적층된 상기 두께 보강층(10)과 상기 표면층(20a, 20b)을 가압하여 프레임 본체를 형성하는 단계 및
    사출성형으로 상기 프레임 본체의 둘레를 따라 마감층(30)을 형성하는 사출성형 단계
    를 포함하며,
    상기 마감층(30)은 상기 두께 보강층(10)의 외부 둘레를 따라 배치되어 상기 표면층(20a, 20b)의 외곽 일부분을 덮고, 열가소성 수지를 동일하게 포함하는 상기 두께 보강층(10), 상기 표면층(20a, 20b) 및 상기 마감층(30)은 서로 접하는 경계면이 열에 의해 녹아 결합되고, 상기 마감층(30)은 상기 표면층(20a, 20b)과 상기 두께 보강층(10)의 외곽을 마감하고 보강하는
    샌드위치 패널 구조의 리어 시트백 프레임 제조 방법.

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