KR102295794B1 - 탄소섬유 smc 시트 제조 방법을 적용하여 차량용 일체형 루프박스를 형성하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 난연성이 향상된 SMC 시트의 제조 과정을 이용하여 탄소섬유 SMC 적용 차량용 일체형 루프박스를 형성하는 방법은 차량용 루프 박스의 제조를 위하여 금형 조립체 상에 이형 처리를 실시하는 단계; 상기 금형 조립체를 이루는 상금형을 개방한 다음에 하금형 상에 상기 차량용 루프 박스를 안착하고, 안착된 차량용 루프 박스를 덮도록 SMC 시트 소재를 챠징하는 단계; 및 상금형의 하강 작동을 통해 상기 차량용 루프 박스과 SMC 시트 소재 간의 프레싱 작업을 행하는 단계;를 포함하고, 상기 SMC 시트 소재의 형성 과정은, 원필름 상에 Compound를 1차적으로 투입하는 단계; Carbon Fiber를 순차적으로 복수회 공급하는 단계; 상기 원필름 상에 Compound를 2차적으로 투입하는 단계; 및원필름을 순차적으로 복수회 함침하는 단계;를 통해 난연성 SMC 시트를 제조하는 것을 특징으로 한다.

Description

탄소섬유 SMC 시트 제조 방법을 적용하여 차량용 일체형 루프박스를 형성하는 방법{Method for forming an integrated roof box for a vehicle by applying carbon fiber SMC sheet manufacturing method}

본 발명은 난연성이 향상된 SMC 시트의 제조 과정을 이용하여 탄소섬유 SMC 적용 차량용 일체형 루프박스 제조 방안에 관한 것이다.

소득수준의 향상과 근로시간 단축으로 인하여 시간적 여유를 지나 좋은 자연 환경 및 쾌적한 분위기를 찾아 자연과의 교감을 추구하는 인식의 변화와 삶의 가치와 여가를 중시하는 문화가 형성되면서 여가활동의 가치에 대한 인식이 확산되고 있다. 이에 따라 캠핑 레저 수요가 가파르게 증가하여 매년 200만명 이상이 캠핑 레저를 즐기고 있으며, 관련 산업도 5,000억 이상의 시장으로 금속하게 성장하고 있다. 캠핑은 과거 낚시 및 등산 등을 통해 단순히 야외 취침을 하는 개념에서 최근에는 자연에서 식사와 휴식을 위하는 야외 생활 개념의 주거형 오토캠핑으로 변화하는 추세이다.

캠핑족이 증가하고 캠핑 장비의 구입이 늘어나면서 부피가 크고 무거운 장비의 이동과 차량 내 수납에 어려움을 겪는 사용자들이 많아짐에 따라 루프 백, 루프박스, 트레일러, 카고 캐리어 등 차량 외부 수납이 가능한 장비의 사용이 늘어나고 있는 추세이다.

기존의 차량 외부 수납을 목적으로 하는 장비의 경우 루프 백, 루프박스, 루프 바스켓, 트레일러, 카고 캐리어 등이 있고, 상기 장비들은 차량과의 결함으로 좁은 트렁크 공간 이외에 수납이 가능한 추가 공간을 제공하는 장점을 가지고 있다.

자동차를 이용한 장거리 여행이나 트렁크에 적재하기 곤란한 스키와 같은 물품을 운반하기 위하여 별도의 수납공간이 구비된 루프박스가 사용되고 있으며, 레저인구의 증가로 이 루프박스의 사용자는 점차적으로 증가하고 있는 추세이다..

한편, 차량의 경량화를 가능하게 하는 차원에서 루프박스의 무게를 감소하는 것과 동시에 강도를 강화하고자 하는 시도가 이루어진다. 즉, 기존의 FRP 와 같은 소재 대비 경량화되고 생산성 달성이 가능한 탄소섬유 기반의 SMC 적용 일체형 루프박스 개발이 요구된다.

SMC 공정기술은 자동차 내외장 부품 및 건축 자재의 용도로 사용되고 있으며, 고강도 내구성을 요하는 부품산업에 적극적으로 적용되고 있다.

최근에 친환경 운송수단에 대한 전세계 환경 산업적 니즈가 반영된 경량화와 내구성을 확보한 다양한 운송수단 부품의 하나로써, 모터 사이클 차체 뿐만 아니라 탑박스를 경량화하려는 경향이 포착된다.

대한민국 등록특허 10-2002137은 난연성 SMC 시트를 적층하여 성형품의 표면에 한지의 표면 질감이 유지되고 난연 특성이 우수한 난연성 한지융착형 SMC 성형품 제조 방안을 제안한다.

(특허문헌 1) KR 10-2002137 B

본 발명은 난연성이 향상된 SMC 시트의 제조 과정을 이용하여 탄소섬유 SMC 적용 차량용 일체형 루프박스를 형성하는 방안을 제공하는 것이 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 난연성이 향상된 SMC 시트의 제조 과정을 이용하여 탄소섬유 SMC 적용 차량용 일체형 루프박스를 형성하는 방법은 차량용 루프 박스의 제조를 위하여 금형 조립체 상에 이형 처리를 실시하는 단계; 상기 금형 조립체를 이루는 상금형을 개방한 다음에 하금형 상에 상기 차량용 루프 박스를 안착하고, 안착된 차량용 루프 박스를 덮도록 SMC 시트 소재를 챠징하는 단계; 및 상금형의 하강 작동을 통해 상기 차량용 루프 박스과 SMC 시트 소재 간의 프레싱 작업을 행하는 단계;를 포함하고, 상기 SMC 시트 소재의 형성 과정은, 원필름 상에 Compound를 1차적으로 투입하는 단계; Carbon Fiber를 순차적으로 복수회 공급하는 단계; 상기 원필름 상에 Compound를 2차적으로 투입하는 단계; 및원필름을 순차적으로 복수회 함침하는 단계;를 통해 난연성 SMC 시트를 제조하는 것을 특징으로 한다.

상기 차량용 루프 박스의 내부면 상에 보강 리브를 격자 형상으로 배치한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 난연성이 향상된 SMC 시트의 제조 과정을 이용하여 탄소섬유 SMC 적용 차량용 일체형 루프박스 제조 방안을 통해 루프 박스에 SMC를 적용할 경우 기존 제품에 비해 우수한 특성을 갖는 제품개발이 가능할 것이며, 타겟하고 있는 FRP 제품의 대체 및 우수한 생산성 및 기존 대비 낮은 가격을 장점으로 기존 국외기업들이 점령하고 있는 루프박스 시장에 국산제품으로서의 일부분의 시장선점이 가능할 것이다.

본 발명을 이용하여 SMC가 적용된 루프박스를 개발될 경우에는 현재의 FRP 제품 대비 10% 경량화가 가능할 것이며 디자인 자유도가 우수하여 다양한 형상을 갖는 루프박스의 성형이 가능할 것이고, 루프박스의 상하판을 연결시키기 위한 브라켓의 등 조립부품 삽입 일체 성형이 가능하여 불필요한 후 가공 공정이 필요하지 않아 공정시간 단축이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 SMC 시트 제조를 위한 성형장치를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 SMC 시트 제조를 위한 성형장치의 개략적인 구성요소를 나타내는 예시도이다.
도 3은 SMC 시트를 이용하여 차량의 루프 박스를 제조하는 공정을 보인다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 SMC 시트 제조 방법을 적용하여 차량용 일체형 루프박스를 형성하는 과정에서 사용하는 SMC는 수지, 섬유 강화재, 충전제와 다양한 첨가제로 이루어진 sheet 상의 복합재료로서, 기본적으로 높은 부식 저항성, 강도, 강성, 충격 저항성 등의 우수한 기계적 특성을 가지며, 매우 복잡한 형상의 부품도 최종 요구 형상에 일치하도록 단일 공정으로 생산이 가능하며, 연간 생산량이 작은 경우 원가적 장점을 갖게 하는 것이 SMC를 적용하는 결정적인 이유가 되기도 한다.

SMC는 가벼운 부품 중량, 매우 높은 치수 안전성, 금속 소재와 비슷한 정도의 매우 효율적인 열팽창 특성, 우수한 내열성, 우수한 디자인, 형상 자유도, 높은 생산성, 낮은 성형압력 등에서의 우수한 생산성 등의 장점을 고루 갖추고 있어 가전제품, 건자재, 자동차용 내·외장재 등으로 점차 사용이 확대되고 있는 추세이다.

SMC는 불포화 폴리에스테르 수지에 충진제, 첨가제 등을 혼합시킨 Compound에 약 1인치 크기로 절단한 보강재(Carbon Fiber 또는 Glass Fiber)를 함침시켜 두께 1~3㎜의 Sheet상으로 만든 열경화성 복합성형재료로서, 기존 소재의 단점인 표면 평활도, 도장성능, 수축율, 치수안정성, 충격강도, 접착성능, 가공성능 등을 개선한다.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 SMC 시트 제조 방법을 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따라 SMC 시트 제조를 위한 성형장치는 이송부(20), 컨베이어부(30), 도포섬유공급부(40), 및 압착롤러부(60) 및 섬유분산 공급유닛(200)으로 구성된다.

이송부(20)는 하나이상의 이송롤러로 이루어질 수 있으며, 권취된 상태의 원필름(10)을 설비 내측으로 이송시키는 기능을 한다. 이때, 원필름(10)은 수지필름이나 데코필름이 선택적으로 채택될 수 있다.

컨베이어부(30)는 이송부(20)를 따라 이송되는 원필름(10)에 액상의 불포화 폴리에스테르 수지를 도포하도록 도포박스(32)가 마련된다. 또한 컨베이어부(30)에는 원필름(10)을 이송시키기 위해 컨베이어 벨트(33)와 작동롤러(31)가 설치되며, 상기 도포 박스(32)는 컨베이어 벨트(33)의 상부에 위치되도록 설치된다.

도포섬유공급부(40)는 상기 컨베이어 벨트(33)를 따라 이송되는 원필름(10)에 카본섬유(41)나 유리섬유를 도포하여 가공필름(100)을 형성하는 역할을 한다.

이를 위한 구성으로, 도포섬유공급부(40)는 복수의 이송롤러(42,43)가 설치됨으로써, 이동되는 원필름(10)에 카본섬유나 유리섬유가 내재되도록 한다. 이때 상기 카본섬유나 유리섬유는 별도로 장착된 재단설비에 의해 1~70mm로 재단된 상태로 공급될 수 있음은 물론이다.

압착롤(60)은 도포섬유공급부(40)에서 인출되는 가공필름(100)을 압착 및 함침시키는 구성이다. 즉, 압착롤(60)로 인입되는 가공필름(100)에는 카본섬유(41)나 유리섬유 등과 같은 다수의 필름이 적층된 상태로 인입되는데, 상기 압착롤(60)을 통과하면서 이 필름들은 고압으로 압착되어 상호간에 접착이 이루어진다.

한편, 도포섬유공급부(40)와 압착롤러부(60) 사이에 는 필름 공급부(50)가 설치될 수 있다. 이 필름 공급부(50)는 이송되는 가공필름(100)에 APP 필름(51)이나 데코 필름을 제공하는 역할을 한다.

이를 위한 구성으로, 필름 공급부(50)는 공급필름이 권취된 공급롤(52)과, 공급되는 필름을 이송시키기 위한 다수의 이송롤(55)로 이루어진다. 여기서 이송롤(55) 사이에는 상술한 도포박스(53)가 설치되어 있어, 이 도포박스(53)를 통해 이송되는 원필름(10)에 열경화성수지를 도포할 수도 있다.

상기와 같은 열경화성수지(불포화 폴리에스테르수지)는 필름과 필름 사이에서 접착매개로 작용한다.

성형롤러부(70)는 압착롤러(60)의 수평선 상에 설치되어져 압착롤러(60)에서 인출되는 가공필름(100)을 소정의 형상으로 가열압착시키는 역할을 한다. 구체적으로는 다수의 가압롤러가 각각 상하 한쌍의 가압롤을 갖도록 설치된다. 가열압착 과정에서, 성형롤러부(70)에 배치된 다수의 가열소자를 통해서 인입되는 가공필름을 가열시킨다. 상기 성형롤러부(70)는 필요에 따라 SMC 복합체 제조 공정 상에서 제거되어질 수 있다.

다수의 가압롤러는 인입되는 필름의 진행방향으로 배치되는데, 각각의 가압롤러는 필름의 진행방향으로 갈수록 상하 가압롤의 각 외주면에 형성된 패턴부의 굴곡이 보다 깊게 형성되어져, 가공필름의 성형시 갑작스런 변형으로 가공필름의 평판 상에 주름이 형성되는 것을 방지하고자 순차적으로 패턴형상이 이루어지도록 한다.

먼저, Paste를 제조한 후에 증점제를 투여한다.

Duct Box에 Compound를 공급한 다음에, Film 상에 Compound를 1차적으로 투입한다.

Carbon Fiber(C/F)를 1차적으로 공급한 후에, Carbon Fiber를 2차적으로 공급한다. 이는 잘려진 섬유들의 양을 조절하고 한번에 많은 양의 섬유를 공급할 수 없기 때문에 1,2차로 나뉘어서 탄소 섬유를 공급한다.

다음으로, Film에 Compound를 2차적으로 투입한다. 1차 Compound 투입은 잘려진 탄소섬유들을 공급하기 전에 하부에 미리 공급하기 위한 투입이고, 2차 Compound 투입은 탄소섬유 위에 공급하여 Compound-Carbon Fiber-Compound가 되기 위한 과정이다.

다음으로, Sheet를 1차적으로 함침하고, Sheet를 2차적으로 함침한다.

마지막으로, Sheet 포장을 실시한 후에 숙성 및 출하를 실시한다.

SMC 재료 종류는 수지(UP), 저수축제 및 첨가제 등을 사용한다.

첨가제로는 분산제, 방지제, 개시제(경화제), 지연제(개시지연제), 개선제, 충진제 및 내부이형제 등을 사용한다.

SMC 투입 중량은 가로 X 세로 X 높이 X 비중의 식을 사용한다.

SMC 성형압은 가로 X 세로 X 압력의 식을 사용한다.

본 발명은 상기 SMC 시트 제조 방법을 통해 제조된 SMC 시트를 이용하여 차량의 루프 박스를 제조하는 과정에 적용하는 것을 특징으로 한다.

먼저, 루프 박스 제조를 위한 금형 상에 이형 처리를 실시한다.

다음으로, 상금형을 개방한 다음에 하금형 상에 루프 박스 케이싱을 안착하고, 안착된 루프 박스 케이싱을 덮도록 SMC 시트 소재를 챠징한다.

다음으로, 상금형을 하강하는 작동과정을 통해 루프 박스 케이싱과 SMC 시트 소재 간의 프레싱 작업을 행한다. 이를 통해, 성형을 완료한 상태에서 제품을 완성한다.

본 발명에 적용되는 루프 박스 케이싱은 FRP(Hand Layup 공법) 대비 형상 자유도를 반영한 제품 설계를 지향한다. 구조적인 강성 보강을 위하여 보강 리브를 설계에 반영한다. 구체적으로는, 루프 박스 케이싱의 내부면 상에 보강 리브를 격자 형상으로 배치한다. 예시적으로는, 루프 박스 케이싱의 중앙부에서 가장자리 방향을 따라 점점 그 이격 간격이 넓어지는 방식으로 형성되며, 이를 통해 루프 박스 케이싱의 중앙부에 형성된 단위 격자보다는 가장자리로 갈수록 점점 면적이 증가하는 것이 바람직할 수 있다.

루프 박스 성형 과정에 대한 구체적인 실시예를 보면 다음과 같다.

제1 실시예를 보면, SMC 시트는 카본 SMC를 적용한 상태에서, 재료투입량은 29.65kg, 금형온도는 상금형 156℃, 하금형 136℃을 유지하고, 성형압은 2400Ton 및 성형시간은 360초를 유지한다.

제2 실시예를 보면, SMC 시트는 카본 SMC를 적용한 상태에서, 재료투입량은 26.58kg, 금형온도는 상금형 155℃, 하금형 135℃을 유지하고, 성형압은 2400Ton 및 성형시간은 360초를 유지한다.

제3 실시예를 보면, SMC 시트는 카본 SMC를 적용한 상태에서, 재료투입량은 27.31kg, 금형온도는 상금형 156℃, 하금형 134℃을 유지하고, 성형압은 2400Ton 및 성형시간은 360초를 유지한다.

제4 실시예를 보면, SMC 시트는 카본 SMC를 적용한 상태에서, 재료투입량은 27.34kg, 금형온도는 상금형 155℃, 하금형 135℃을 유지하고, 성형압은 2400Ton 및 성형시간은 360초를 유지한다.

상기 실시예들과 비교되는 제1 비교예를 보면, SMC 시트는 카본 SMC를 적용한 상태에서, 재료투입량은 26.50kg, 금형온도는 상금형 155℃, 하금형 135℃을 유지하고, 성형압은 2400Ton 및 성형시간은 360초를 유지한다.

제2 비교예를 보면, SMC 시트는 카본 SMC를 적용한 상태에서, 재료투입량은 26.00kg, 금형온도는 상금형 155℃, 하금형 135℃을 유지하고, 성형압은 2400Ton 및 성형시간은 360초를 유지한다.

즉, 전체적으로는 SMC 시트는 카본 SMC를 적용한 상태에서, 성형압은 2400Ton 및 성형시간은 360초를 유지하는 것을 기본으로 한다.

금형온도는 상금형 155℃, 하금형 135℃을 유지한 상태에서 재료투입량은 26.50kg를 초과하여 설정하고, 바람직하게는 27.50kg을 넘지 않게 설정한다.

한편, 금형온도를 상금형 156℃, 하금형 136℃으로 유지하는 경우에는, 재료투입량을 30.00kg 까지 적용하는 것이 가능할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 탄소섬유 SMC 시트 제조 방법을 적용하여 생산된 카본 SMC 시트를 차량용 일체형 루프박스 상에 결합하는 방안을 제공하는 것으로서, 루프 박스에 카본 SMC를 적용할 경우에는 현재의 FRP 제품 대비 10% 이상의 경량화가 가능할 것이며 디자인 자유도가 우수하여 다양한 형상을 갖는 루프박스의 성형을 가능하게 한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (2)

1. SMC 시트 제조를 위한 성형장치를 이용하여 차량용 일체형 루프박스를 형성하는 방법에 있어서,
   상기 SMC 시트 제조를 위한 성형장치는,
   권취된 상태의 원필름(10)을 설비 내측으로 이송시키는 이송부(20), 상기 이송부(20)를 따라 이송되는 원필름(10)에 액상의 불포화 폴리에스테르 수지를 도포하도록 도포박스(32)가 마련된 컨베이어부(30), 상기 도포 박스(32)의 하부에 설치된 컨베이어 벨트(33)를 따라 이송되는 원필름(10)에 카본섬유(41)나 유리섬유를 도포하여 가공필름(100)을 형성하는 도포섬유공급부(40), 이송되는 가공필름(100)에 APP 필름(51)이나 데코 필름을 제공하는 필름 공급부(50), 도포섬유공급부(40)에서 인출되는 가공필름(100)을 압착 및 함침시키는 구성 압착롤러부(60) 및 압착롤러(60)의 수평선 상에 설치되어져 압착롤러(60)에서 인출되는 가공필름(100)을 소정의 형상으로 가열압착시키는 성형롤러부(70)를 포함하고,
   차량용 루프 박스의 제조를 위하여 금형 조립체 상에 이형 처리를 실시하는 단계;
   상기 금형 조립체를 이루는 상금형을 개방한 다음에 하금형 상에 상기 차량용 루프 박스를 안착하고, 안착된 차량용 루프 박스를 덮도록 SMC 시트 소재를 챠징하는 단계; 및
   상금형의 하강 작동을 통해 상기 차량용 루프 박스과 SMC 시트 소재 간의 프레싱 작업을 행하는 단계;를 포함하고,
   상기 SMC 시트 소재의 형성 과정은,
   원필름 상에 Compound를 1차적으로 투입하는 단계;
   Carbon Fiber를 순차적으로 복수회 공급하는 단계;
   상기 원필름 상에 Compound를 2차적으로 투입하는 단계; 및
   원필름을 순차적으로 복수회 함침하는 단계;를 통해 난연성 SMC 시트를 제조하며,
   상기 차량용 루프 박스의 중앙부에서 가장자리 방향을 따라 점점 그 이격 간격이 넓어지는 방식으로 형성되며, 이를 통해 상기 차량용 루프 박스의 중앙부에 형성된 단위 격자보다는 가장자리로 갈수록 점점 면적이 증가하며,
   상기 금형 조립체의 금형 온도는 상금형 155 내지 156℃, 하금형 135 내지 136 ℃을 유지한 상태에서 재료 투입량은 26.50~27.50kg 범위를 유지하는 것을 특징으로 하는, 차량용 일체형 루프박스를 형성하는 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 차량용 루프 박스의 내부면 상에 보강 리브를 격자 형상으로 배치하는, 차량용 일체형 루프박스를 형성하는 방법.

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