KR102466615B1 - 복합소재 난연 자동차 배터리 커버 및 이의 제조방법 - Google Patents

복합소재 난연 자동차 배터리 커버 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR102466615B1
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김동원
이창훈
오인비
김영주
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Abstract

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 난연성능이 우수하고, 자소성이 있으며, 나아가 준불연 성능이 있는 자동차 배터리 커버를 제공하는 것이다. 본 발명은 결합재를 포함하는 레이어를 포함하고, 상기 레이어는 강화섬유로 구성된 제1보강층 및 제2보강층을 포함하는 것인, 자동차 배터리 커버이다.

Description

복합소재 난연 자동차 배터리 커버 및 이의 제조방법{Composite Material Flame Retardant Car Battery Cover and manufacturing method thereof}
본 발명은 복합소재 난연 자동차 배터리 커버 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 자동차 산업에서 환경규제에 대한 해결책으로 전기 자동차의 보급이 증가함에 따라 다양한 문제들이 이슈화 되고 있으며 그 중 화재에 대한 문제가 가장 큰 이슈로 주목받고 있다. 이러한 전기 자동차의 화재는 대부분이 배터리부에서 발생되는 것으로 확인되고 있으며 화재 원인에 대한 분석이 진행중이다.
이때 배터리부에서 발생된 화재는 배터리부를 덮고있는 커버에 전파되어 확산되고 나아가 자동차 전체에 화재가 번지게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 난연소재 배터리 커버에 대한 관심이 증가하고 있으며, 난연 성능이 우수하며 나아가 준불연 성능까지 확보가 가능한 배터리 커버에 대한 기술이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-2090096호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 난연성능이 우수하고, 자소성이 있으며, 나아가 준불연 성능이 있는 자동차 배터리 커버를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예는 결합재를 포함하는 레이어를 포함하고, 상기 레이어는 강화섬유로 구성된 제1보강층 및 제2보강층을 포함하는 것인, 자동차 배터리 커버이다.
상기 결합재는 상기 레이어 100중량% 대비 30~70중량%인 것일 수 있다.
상기 결합재는 분말형 노볼락 페놀 수지일 수 있다.
상기 강화섬유는 카본섬유, 유리섬유, 셀룰로오스(Cellulose)섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유 및 아라미드 섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 섬유일 수 있다.
상기 제1보강층의 단위 중량은 30~100gsm일 수 있고, 상기 제2보강층의 단위 중량은 100~1,000gsm일 수 있다.
상기 레이어는 1층 이상일 수 있다.
상기 자동차 배터리 커버는 하기 측정방법으로 연소성을 측정할 경우 자소성을 가질 수 있다.
[측정방법]
GB/T 38031 모사 시험자소시간 (s) : 30초 직접 연소 후, 30초 이내 화염이 꺼지는 경우 자소성이 있는 것으로 판단한다.
본 발명의 다른 실시예는 제1보강층 위에 제2보강층을 적층하는 단계; 상기 제2보강층 위에 결합재를 도포하는 단계; 및 150~170℃에서 1~20분간 프레스 성형하는 단계;를 포함하는 자동차 배터리 커버 제조방법이다.
본 발명은 결합재를 특정 함량으로 포함하는 레이어를 포함함으로써 자동차 배터리 커버의 물성 저하를 방지하고 난연성을 나타낼 수 있다.
본 발명은 레이어를 강화섬유로 구성된 제1층 및 제2층의 보강층으로 구성함으로써 자동차 배터리 커버의 물성 저하를 방지하고 난연성을 나타낼 수 있다.
본 발명은 결합재를 구성하는 난연재의 종류를 한정함으로써 배터리 커버의 물성 저하 방지 및 난연성을 극대화할 수 있고, 나아가 자소성 및 불연성을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 자동차 배터리 커버를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예인 자동차 배터리 커버 제조방법을 나타낸 개략도이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 자동차 배터리 커버를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예는 결합재를 포함하는 레이어를 포함하고, 상기 레이어는 강화섬유로 구성된 제1보강층 및 제2보강층을 포함하는 것인, 자동차 배터리 커버이다.
본 발명에서 상기 결합재를 포함하는 레이어는 난연성, 자소성, 준불연성 등을 나타낼 수 있으며, 상기 레이어를 포함하는 자동차 배터리 커버는 난연성, 자소성, 준불연성 등을 나타낼 수 있다.
본 발명에서 상기 결합재는 상기 자동차 배터리 커버에 난연성, 자소성, 준불연성 등을 나타내기 위한 것으로, 상기 레이어 100중량% 대비 30~70중량%일 수 있으며, 바람직하게는 상기 레이어 100중량% 대비 40~60중량%일 수 있다.
상기 결합재의 함량이 레이어 100중량% 대비 30중량% 미만이면, 난연성, 자소성, 준불연성 등이 저하되거나, 강화섬유와의 결합력이 저하될 수 있고, 70중량%를 초과하면 자동차 배터리 커버의 기계적 물성, 작업성 등이 저하될 수 있어, 상기 범위가 바람직하다.
상기 결합재는 분말형 노볼락(novolac) 페놀 수지일 수 있으며, 상기 분말형 노볼락(novolac) 페놀 수지를 사용함으로써, 상기 자동차 배터리 커버의 난연성 및 준불연 성능을 확보할 수 있다.
또한, 상기 결합재 분말의 크기는 50~500㎛ 일 수 있고, 상기 결합재 분말의 크기가 50㎛ 미만이면 손실량이 증대되어 난연성 구현이 용이하지 않고, 분말의 크기가 500㎛를 초과하면 작업성이 저하될 수 있다.
상기 결합재는 상기 자동차 배터리 커버 제조 시 가해지는 열 등에 의해 레이어를 구성하는 성분을 코팅하거나, 성분 사이에 위치할 수 있으며, 이에 따라 자동차 배터리 커버는 난연성 등을 가질 수 있다.
본 발명에서 상기 레이어는 강화섬유로 구성될 수 있으며, 상기 레이어는 복수로 구성될 수 있고, 바람직하게는 1~10층일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 자동차 배터리 커버의 두께에 따라 다양하게 조절될 수 있다.
상기 제1보강층 및 제2보강층은 강화섬유로 구성될 수 있으며, 상기 강화섬유는 카본섬유, 유리섬유, 셀룰로오스(Cellulose)섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유 및 아라미드 섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 유리섬유, 카본 섬유 또는 이들의 혼합섬유일 수 있다.
상기 강화섬유는 자동차 배터리 커버의 내구성을 높이기 위하여 100~800MPa의 인장강도 및 5~50GPa 인장탄성률, 150~900MPa의 굴곡강도 및 5~50GPa의 굴곡탄성률을 가질 수 있으며, 상기 강화섬유의 인장강도 또는 인장탄성률이 100MPa 또는 5GPa 미만이면, 자동차 배터리 커버의 내구성이 저하될 수 있고, 800MPa 또는 50GPa를 초과하면, 자동차 배터리 커버가 구부러지기 어려워 가공성이 저하될 수 있다.
상기 인장강도 및 인장탄성률은 UTM장비 및 스트레인게이지로 측정할 수 있다.
상기 강화섬유는 연속섬유, 단섬유 또는 장섬유일 수 있고, 단섬유 또는 장섬유의 경우 바람직하게는 1~200mm의 길이를 가질 수 있다.
또한, 상기 강화섬유는 단일방향(Unidirectional), 촙 매트(CSM, Chopped Strand Mat), 연속 필라멘트 매트(Continuous Filament Mat), NCF(Non-crimp fabrics) 및 우븐 원단(Woven Fabric)으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 형태이거나, 얇은 티슈(Tissue) 형태가 함께 사용될 수 있다.
상기 티슈 형태의 강화 섬유는 부직포 형태일 수 있으며, 결합재의 분포도를 균일하게 확보하며 결합재 운반 시 손실량을 최소화 할 수 있고, 제2보강층과의 계면 접합력을 증진시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 제1보강층의 형태는 바람직하게는 티슈 형태일 수 있으며, 제2보강층의 형태는 단일방향(Unidirectional), 촙 매트(CSM, Chopped Strand Mat), 연속 필라멘트 매트(Continuous Filament Mat), NCF(Non-crimp fabrics) 및 우븐 원단(Woven Fabric)으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 형태일 수 있다.
본 발명에서 상기 제1보강층의 단위 중량은 30~100gsm(Gram per Square Meter)일 수 있고, 상기 제2보강층의 단위 중량은 100~1,000gsm일 수 있고, 바람직하게는 상기 제1보강층의 단위 중량은 50~80gsm일 수 있고, 상기 제2보강층의 단위 중량은 300~700gsm일 수 있다.
상기 제1보강층의 단위 중량이 30gsm 미만이거나, 제2보강층의 단위 중량이 100gsm 미만이면, 자동차 배터리 커버의 기계적 물성이 저하될 수 있고, 제1보강층의 단위 중량이 100gsm을 초과하거나, 제2보강층의 단위 중량이 1,000gsm을 초과하면, 레이어 간의 결합재와의 결합력이 약해져 물리적 물성저하가 발생될 수 있어, 상기 범위가 바람직하다.
본 발명에서 자소성은 자기소화성으로 불꽃과 접촉시켰을 때, 불꽃 중에서는 연소하지만 불꽃을 멀리하면 일정 시간 내에 스스로 불꽃을 끄는 성질을 말한다.
본 발명에 따른 자동차 배터리 커버는 하기 측정방법으로 연소성을 측정할 경우 자소성을 가질 수 있으며, 상기 자소성은 연소 시험 종료 후의 30초 이내의 자기소화성을 가지는 것이다.
[측정방법]
GB/T 38031 모사 시험자소시간 (s) : 30초 직접 연소 후, 30초 이내 화염이 꺼지는 경우 자소성이 있는 것으로 판단한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예인 자동차 배터리 커버 제조방법을 나타낸 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예는 자동차 배터리 커버는 제1보강층 위에 제2보강층을 적층하는 단계; 상기 제2보강층 위에 결합재를 도포하는 단계; 및 150~170℃에서 1~20분간 프레스 성형하는 단계;를 포함하는 자동차 배터리 커버 제조방법이다.
본 발명에 따른 상기 자동차 배터리 커버는 레이업 플라이 방식으로 제조될 수 있으며, 구체적으로 다음과 같다.
티슈 형태의 제1보강층 위에 매트 또는 패브릭 형태의 제2보강층을 적층하고 분말 타입의 결합재를 스캐터링 과정을 통해 고루 도포한다. 이후, 상기 150~170℃에서 1~20분간 프레스 성형으로 겔화(Gelation) 및 경화시켜 자동차 베터리 커버를 제조한다.
본 발명에 따른 자동차 배터리 커버는 바람직하게 전기 자동차 배터리 커버로 사용될 수 있으며, 형상은 제한되지 않고 다양한 형상일 수 있으며, 두께는 1~15mm일 수 있고, 높이 5mm 내외의 리브 형상 및 깊이 50mm이하의 박스 형상일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예 및 실험예를 통해 더욱 자세하게 설명하도록 한다.
실시예 1
티슈 형태이며, 70gsm을 갖는 유리섬유로 구성된 제1보강층 위에 CSM 형태이며, 500gsm을 갖는 유리섬유로 구성된 제2보강층을 적층하여 레이어를 제조한다. 상기 레이어 60중량%에 분말형 노볼락(novolac) 페놀 수지 40중량%를 도포하고, 반복하여 5층의 레이어를 제조하였다. 이후, 150℃에서 3분간 프레스를 이용하여 경화시켜 10mm 두께의 자동차 배터리 커버를 제조하였다.
상기 유리섬유는 길이 50mm이고, 100~800MPa의 인장강도 및 5~50GPa 인장탄성률, 150~900MPa의 굴곡강도 및 5~50GPa의 굴곡탄성률을 갖는 것을 사용하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 제1보강층의 gsm을 70gsm에서 20gsm으로 변경하고, 제2보강층의 gsm을 500gsm에서 50gsm으로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차 배터리 커버를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 제1보강층의 gsm을 70gsm에서 120gsm으로 변경하고, 제2보강층의 gsm을 500gsm에서 1200gsm으로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차 배터리 커버를 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1에서 분말형 노볼락(novolac) 페놀 수지의 함량을 40중량%에서 20중량%로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차 배터리 커버를 제조하였다.
실시예 5
상기 실시예 1에서 분말형 노볼락(novolac) 페놀 수지의 함량을 40중량%에서 80중량%로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차 배터리 커버를 제조하였다.
실시예 6
상기 실시예 1에서 분말형 노볼락(novolac) 페놀 수지를 에폭시 수지로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차 배터리 커버를 제조하였다.
실시예 7
상기 실시예 1에서 분말형 노볼락(novolac) 페놀 수지를 비닐에스테르수지로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차 배터리 커버를 제조하였다.
실험예 1
상기 실시예 1 내지 7에서 제조된 자동차 배터리 커버의 연소성 및 성형성을 하기 측정방법을 통해 측정하였으며, 이에 대한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[측정방법]
수평 시험 : 15초 연소 후 1분 이내 꺼지는지 여부를 판단함
GB/T 38031 모사 시험자소시간 (s) : 30초 직접 연소 후, 30초 이내 화염이 꺼지는 경우 자소성이 있는 것으로 판단함
성형성 : 제품 성형 후 육안검사를 통해 미성형부 또는 낮은 함침성으로 인해 발생된 내부 기포의 유무를 확인함
구분 수평시험 GB/T 38031 모사 시험자소시간 (s) 성형성
실시예 1 만족 만족 만족
실시예 2 만족 만족 만족
실시예 3 만족 만족 불만족
실시예 4 만족 만족 불만족
실시예 5 만족 만족 만족
실시예 6 만족 불만족 만족
실시예 7 만족 불만족 만족
상기 표 1을 참조하면, 제1보강층 및 제2보강층의 gsm이 본 발명의 범위를 초과하는 경우(실시에 3), 실시예 1과 비교할 때, 성형성이 저하된 것을 확인할 수 있다.
또한, 결합재의 함량이 본 발명의 범위 미만인 경우(실시예 4), 실시예 1과 비교할 때, 성형성이 저하된 것을 확인할 수 있다.
또한, 에폭시 수지 또는 비닐에스테르 수지를 사용한 경우(실시예 6 및 7), 페놀 수지를 사용한 경우(실시예 1)와 달리 자소성을 만족하지 못하는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2
상기 실시예 1 내지 7에서 제조된 자동차 배터리 커버의 내구성을 하기 측정방법을 통해 측정하였으며, 이에 대한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
내구성 : ASTM D 790에 따라 굴곡강도를 측정하였으며, 200MPa 이상일 경우 만족으로 기재함
구분 내구성
실시예 1 만족
실시예 2 불만족
실시예 3 만족
실시예 4 만족
실시예 5 불만족
실시예 6 만족
실시예 7 불만족
상기 표 2를 참조하면, 제1보강층 및 제2보강층의 gsm이 본 발명의 범위 미만인 경우(실시에 2), 실시예 1과 비교할 때, 내구성을 만족하지 못하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 결합재의 함량이 본 발명의 범위를 초과하는 경우(실시예 5), 실시예 1과 비교할 때, 내구성을 만족하지 못하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 비닐에스테르 수지를 사용한 경우(실시예 7), 페놀 수지를 사용한 경우(실시예 1)와 달리 내구성을 만족하지 못하는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 상기 실험예를 참조하면, 본 발명은 결합재를 특정 함량으로 포함하는 레이어를 포함함으로써 자동차 배터리 커버의 물성 저하를 방지하고 우수한난연성 및 자소성을 나타낼 수 있다.
또한, 결합재를 구성하는 난연재의 종류를 한정함으로써 배터리 커버의 물성 저하 방지 및 난연성을 극대화할 수 있고, 나아가 자소성 및 불연성을 나타낼 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.

Claims (8)

  1. 결합재를 포함하는 레이어를 포함하고,
    상기 레이어는 강화섬유로 구성된 제1보강층 및 제2보강층을 포함하고,
    상기 결합재는 분말형 노볼락 페놀수지로, 상기 레이어 100중량% 대비 30~70중량%이고,
    상기 제1보강층의 단위 중량은 50~80gsm이고, 상기 제2보강층의 단위 중량은 300~700gsm인 것을 특징으로 하는
    자동차 배터리 커버.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 강화섬유는 카본섬유, 유리섬유, 셀룰로오스(Cellulose)섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유 및 아라미드 섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 섬유인 것을 특징으로 하는 자동차 배터리 커버.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레이어는 1층 이상인 것을 특징으로 하는 자동차 배터리 커버.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 자동차 배터리 커버는 하기 측정방법으로 연소성을 측정할 경우 자소성을 갖는 것을 특징으로 하는 자동차 배터리 커버.
    [측정방법]
    GB/T 38031 모사 시험자소시간 (s) : 30초 직접 연소 후, 30초 이내 화염이 꺼지는 경우 자소성이 있는 것으로 판단함
  8. 제1보강층 위에 제2보강층을 적층하여 레이어를 형성하는 단계;
    상기 제2보강층 위에 결합재를 도포하는 단계; 및
    150~170℃에서 1~20분간 프레스 성형하는 단계;
    를 포함하는 자동차 배터리 커버 제조방법으로서,
    상기 결합재는 분말형 노볼락 페놀수지로, 상기 레이어 100중량% 대비 30~70중량%이고,
    상기 제1보강층의 단위 중량은 50~80gsm이고, 상기 제2보강층의 단위 중량은 300~700gsm인 것을 특징으로 하는 자동차 배터리 커버 제조방법.
KR1020210098834A 2021-07-27 2021-07-27 복합소재 난연 자동차 배터리 커버 및 이의 제조방법 KR102466615B1 (ko)

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KR100748826B1 (ko) * 1999-01-25 2007-08-13 헥시온 스페셜티 케미컬스 게엠베하 표면 강화 섬유 성형물의 제조 방법
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KR102090096B1 (ko) 2013-07-25 2020-03-18 사빅 글로벌 테크놀러지스 비.브이. 성형 물품 및 이의 제조에 사용되는 조성물

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