KR102548477B1 - 복합재 센터플로어 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 복합재 센터플로어는, SMC(Sheet Molding Compound) 재질의 제1층; 및 제1층의 하측에 적층된 강화섬유 프리프래그 재질의 제2층;을 포함하고, 제2층에 포함된 연속섬유 형태의 강화섬유는 차량 충돌시 형성되는 로드패스와 평행하게 배열된 것을 특징으로 한다.
제1층의 두께는 1.5~2.5mm이고, 제2층의 두께는 0.5~2.0mm이며, 제2층은 제1층의 하측에 소정의 형상을 이루도록 설치되어 제1층의 일부 영역에 제2층이 적층될 수 있다.

Description

복합재 센터플로어 {CENTER FLOOR OF COMPOSITE MATERIAL}
본 발명은 복합재 센터플로어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복합재 재질로 형성된 복합재 센터플로어에 관한 것이다.
종래에 센터플로어는 여러 종류의 스틸 부품을 점용접, 리벳 혹은 접착제 등을 이용하여 결합시켜 제조되었다.
이렇게 여러 종류의 스틸 부품을 사용하는 이유는, 센터플로어의 부위별로 요구되는 물성이 상이하기 때문에, 서로 다른 강도로 제조된 부품들을 결합시켜 하나의 센터플로어를 이루기 때문이다.
그러나 스틸 재질은 높은 강도를 나타내기 때문에 충돌 성능은 쉽게 만족하지만, 밀도가 높기 때문에 중량이 과다하고, 부품 수가 많기 때문에 공정이 복잡한 문제가 있었다.
한편, 강화섬유를 수지에 함침시킨 복합재, 즉 섬유강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic) 재질을 이용하여 센터플로어를 제조하고자 하는 시도가 있었다. 복합재 소재는 낮은 밀도에 비해 높은 인장강도를 가지고 있기 때문에, 경량화를 구현하면서 센터플로어에 요구되는 물성을 만족할 수 있을 것으로 기대되었다.
그러나 복합재를 사용하여 센터플로어를 제조할 경우, 종래에 사용되었던 초고장력강(AHSS, UHSS 등)에 비해 낮은 강도를 나타내므로 요구되는 물성을 만족하지 못하였고, 이에 따라 충돌 시험시 과도한 크랙이 발생하여 실내 공간이 크게 변형되는 문제가 있었다.
따라서, 스틸 재질에 비해 경량화된 복합재 소재를 이용하여 센터플로어를 제조하면서, 종래의 스틸 재질을 사용할때와 동등 이상의 물성을 나타낼 수 있는 새로운 구조의 센터플로어가 요구되고 있는 실정이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2011-0042855 (2011.04.27.)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 로드패스를 따라 프리프래그로 보강한 복합재를 사용하여 제조된 복합재 센터플로어를 제공하는 데 있다.
위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 센터플로어는, SMC(Sheet Molding Compound) 재질의 제1층; 및 제1층의 하측에 적층된 강화섬유 프리프래그 재질의 제2층;을 포함하고, 제2층에 포함된 연속섬유 형태의 강화섬유는 차량 충돌시 형성되는 로드패스와 평행하게 배열된 것을 특징으로 한다.
제1층의 두께는 1.5~2.5mm이고, 제2층의 두께는 0.5~2.0mm이며, 제2층은 제1층의 하측에 소정의 형상을 이루도록 설치되어 제1층의 일부 영역에 제2층이 적층될 수 있다.
복합재 센터플로어는 상부패널; 및 하부패널;을 포함하고, 상부패널에 형성된 사이드멤버, 프론트 크로스멤버, 리어 크로스멤버 및 터널부에서 제1층과 제2층이 적층되고, 하부패널에 형성된 하부터널부에서 제1층과 제2층이 적층될 수 있다.
사이드멤버는 상부베이스에서 차량의 전방 방향으로 돌출된 전단부; 전단부에서 차량의 후방 방향으로 연장된 후단부; 및 후단부의 측면에서 차량의 좌우 방향 중 외측 방향으로 연장된 보강부;로 구분되고, 사이드멤버의 전단부에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 0.4~0.6mm이며, 사이드멤버의 후단부 및 보강부에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 0.9~1.1mm일 수 있다.
프론트 크로스멤버에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 0.4~0.6mm일 수 있다.
리어 크로스멤버는 차량의 좌우측 단부에 설치된 사이드실에 연결되는 외측부; 터널부에 결합되는 내측부; 내측부에서 차량의 후방 방향으로 연장되고 터널부에 결합되는 시트 마운팅부; 및 외측부 및 내측부 사이에 형성된 중앙부;로 구분되고, 리어 크로스멤버의 외측부 및 내측부에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 0.4~0.6mm이며, 리어 크로스멤버의 시트 마운팅부에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 0.9~1.1mm이며, 리어 크로스멤버의 중앙부에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 1.4~1.6mm일 수 있다.
상부패널의 터널부는 프론트 크로스멤버의 길이방향을 따라 형성된 전방 보강부; 리어 크로스멤버의 길이방향을 따라 형성된 후방 보강부; 후방 보강부에서 차량 후방 방향으로 연장되는 터널 후단부; 전방 보강부에서 차량 전방 방향으로 연장되는 터널 전단부; 및 전방 보강부와 후방 보강부 사이에 형성된 터널 중단부;로 구분되고, 전방 보강부에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 0.4~0.6mm이며, 후방 보강부에 적층된 제1층의 두께는 1.5~2.5mm이고 제2층의 두께는 0.4~0.6mm이며, 터널 후단부는 2~2.5mm 두께의 제1층으로 구성되고, 터널 전단부 및 터널 중단부는 1.8~2.3mm 두께의 제1층으로 구성될 수 있다.
하부패널의 하부터널부는 상부패널의 프론트 크로스멤버의 길이방향을 따라 형성된 제1가로보강부; 상부패널의 리어 크로스멤버의 길이방향을 따라 형성된 제2가로보강부; 제1가로보강부의 단부와 제2가로보강부의 단부 사이를 연결하도록 차량의 전후방 방향으로 연장된 세로보강부; 제2가로보강부에서 차량의 후방 방향으로 연장된 하부터널 후단부; 제1가로보강부에서 차량의 전방 방향으로 연장된 하부터널 전단부; 및 제1가로보강부, 제2가로보강부 및 한 쌍의 세로보강부 사이에 형성된 하부터널 중단부;로 구분되고, 제1가로보강부 및 세로보강부에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 0.4~0.6mm이며, 제2가로보강부에 적층된 제1층의 두께는 1.5~2.5mm이고 제2층의 두께는 0.4~0.6mm이며, 하부터널 후단부는 2~2.5mm 두께의 제1층으로 구성되고, 하부터널 전단부 및 하부터널 중단부는 1.8~2.3mm 두께의 제1층으로 구성될 수 있다.
제1층은 평균 길이가 25mm 이하인 강화섬유와 불포화 폴리에스테르 수지를 포함하고, 제1층에서 강화섬유는 50~60중량% 함유될 수 있다.
제2층은 센터플로어에 충돌 발생시 형성되는 로드패스에 평행하도록 연속적으로 형성된 강화섬유와 불포화 폴리에스테르 수지를 포함하고, 제2층에서 강화섬유는 67~75중량% 함유될 수 있다.
제1층과 제2층은 적층된 상태로 160~180℃ 조건에서 1500~2100초 경화시킴으로써 일체화시켜 제조될 수 있다.
본 발명에 의한 복합재 센터플로어에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 스틸 재질의 센터플로어에 비해 경량화가 가능하다.
둘째, 충돌 발생시 하중이 집중되는 로드패스를 따라 강화섬유 프리프레그를 적층시킴으로써 충돌 성능을 향상시킬 수 있다.
셋째, 센터플로어의 상부패널 및 하부패널을 각각 일체로 한번에 성형할 수 있기 때문에 제조공정의 시간 및 비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 SMC로 구성된 제1층과 강화섬유 프리프레그로 구성된 제2층이 적층된 모습을 나타낸 도면이고,
도 2는 센터플로어의 상부패널의 상면도이고,
도 3은 센터플로어의 상부패널의 사시도이고,
도 4는 센터플로어의 하부패널의 상면도이고,
도 5는 센터플로어의 하부패널의 사면도이고,
도 6은 센터플로어의 사이드실의 도면이고,
도 7은 센터플로어의 상부패널, 하부패널 및 사이드실이 조립된 모습을 나타낸 도면이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 복합재 센터플로어에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 SMC로 구성된 제1층과 강화섬유 프리프레그로 구성된 제2층이 적층된 모습을 나타낸 도면이고, 도 2는 센터플로어의 상부패널의 상면도이고, 도 3은 센터플로어의 상부패널의 사시도이고, 도 4는 센터플로어의 하부패널의 상면도이고, 도 5는 센터플로어의 하부패널의 사면도이고, 도 6은 센터플로어의 사이드실의 도면이고, 도 7은 센터플로어의 상부패널, 하부패널 및 사이드실이 조립된 모습을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복합재 센터플로어는 SMC(Sheet Molding Compound) 재질의 제1층(10) 및 제1층(10)의 하측에 적층된 강화섬유 프리프래그 재질의 제2층(20)을 포함하고, 제2층(20)에 포함된 연속섬유 형태의 강화섬유(21)는 차량 충돌시 형성되는 로드패스와 평행하게 배열된 것을 특징으로 한다.
제1층(10)을 이루는 SMC 재질은 길이 25mm 이하의 단섬유 형태의 강화섬유(11)가 무작위적인 방향으로 배열되어 수지(12)가 혼합되어 형성된 복합재이고, 제2층(20)을 이루는 강화섬유 프리프레그는 연속섬유 형태의 강화섬유(21)가 일 방향으로 나란히 배열되어 수지(22)가 혼합되어 형성된 복합재이다.
이때, 제1층의 두께는 1.5~2.5mm이고, 제2층의 두께는 0.5~2.0mm이며, 제2층은 제1층의 하측에 소정의 형상을 이루도록 설치되어 제1층의 일부 영역에 제2층이 적층될 수 있다.
제1층(10)은 강화섬유(11)의 방향이 일정하지 않기 때문에 방향에 따른 물성의 차이가 비교적 작은 등방성을 나타내고, 제2층(20)은 강화섬유(21)의 방향을 따라 인장강도가 우수한 이방성을 나타낸다.
제1층(10)을 이루는 SMC 재질은 비교적 저렴하면서 우수한 물성을 나타낼 수 있지만, SMC 재질만으로 센터플로어를 제조할 경우에는 원하는 물성을 달성하기 위해 두께가 크게 두꺼워지게 된다.
따라서, 강화섬유(21)의 방향에 따라 SMC 재질에 비해 크게 우월한 물성을 나타낼 수 있는 강화섬유 프리프레그 재질의 제2층(20)을 제1층(10)에 적층함으로써, 제1층(10)과 제2층(20)의 전체 두께를 감소시켜 경량화시킴과 동시에 원하는 물성을 더 쉽게 달성할 수 있게 된다.
이때, 제2층(20)에 포함되어 있는 강화섬유(21)의 배열 방향은 차량 충돌시 충격량이 전달되는 경로인 로드패스와 평행하도록 배열시키는 것이 바람직하다. 즉, 제2층(20)은 강화섬유(21)의 배열 방향으로는 매우 우수한 물성을 나타낼 수 있지만, 강화섬유(21)의 배열 방향과 다른 방향으로는 비교적 취약한 물성을 나타내므로, 로드패스를 따라 가장 강한 물성을 나타낼 수 있도록 로드패스와 강화섬유(21)의 배열 방향을 일치시키는 것이다.
제1층(10)은 평균 길이가 25mm 이하인 강화섬유(11)와 불포화 폴리에스테르 수지(12)를 포함하고, 제1층(10)에서 강화섬유(11)는 총 중량 대비 50~60중량% 함유되는 것이 바람직하다. 강화섬유(11)의 함량이 상술한 범위에 미달하면 강도 향상 효과가 저하되어 더 두꺼운 두께를 사용하여야 하기 때문에 경량화 효과가 낮아지고, 상술한 범위를 초과하면 과도한 양의 강화섬유(11)에 의해 성형성이 악화된다.
제2층(20)은 연속섬유 형태의 강화섬유(21)와 불포화 폴리에스테르 수지(22)를 포함하고, 제2층(20)에서 강화섬유(21)는 총 중량 대비 67~75중량% 함유되는 것이 바람직하다. 강화섬유(21)의 함량이 상술한 범위에 미달하면 미달하면 강도 향상 효과가 저하되어 더 두꺼운 두께를 사용하여야 하기 때문에 경량화 효과가 낮아지고, 상술한 범위를 초과하면 강화섬유(21)를 고정시키는 수지(22)의 양이 감소하여 강화섬유 프리프레그의 형태를 유지시키기 어렵다.
제1층(10)과 제2층(20)를 적층하여 일체화시키기 위해, 제1층(10)과 제2층(20)을 적층한 상태로 160~180℃ 조건에서 1500~2100초 경화시키는 것이 바람직하다. 이를 통해, 제1층(10)과 제2층(20)이 일체화되어 물성을 공유하기 때문에, 제1층(10)의 등방성 물성과 제2층(20)의 이방성 물성이 합쳐져 우수한 물성을 나타낼 수 있게 된다.
제2층(20)에서 강화섬유(21)가 배열되는 방향이나, 제1층(10) 및 제2층(20)의 두께 비율 등에 대해서는 후술할 상부패널(100) 및 하부패널(200)의 각 부위에 대해 설명하면서 다시 자세히 언급하도록 한다.
본 발명에 따른 복합재 센터플로어는 앞서 설명한 제1층(10)과 제2층(20)이 적층되어 각각 구성된 상부패널(100)과 하부패널(200)을 상하로 결합하여 구성된다.
상부패널(100)은 제1층(10)으로만 구성된 상부베이스(101)에 사이드멤버(110), 프론트 크로스멤버(120), 리어 크로스멤버(130) 및 터널부(140)가 형성되어, 각각의 부위에서 제1층(10)과 제2층(20)이 적층되어 구성된다. 이때, 상부베이스(101)는 1.3~2.3mm 두께의 제1층(10)으로 구성되어 있다.
하부패널(200)에 제1층(10)으로만 구성된 하부베이스(201)에 터널부(210)가 형성되어, 이 터널부(210)에 제1층(10)과 제2층(20)이 적층되어 구성된다.
상부패널(100)의 각각의 구성을 더 자세히 살펴 보면, 사이드멤버(110)는 전단부(111), 후단부(112) 및 보강부(113)로 구분될 수 있다.
사이드멤버(110)의 전단부(111)는 상부베이스(101)로부터 차량의 전방 방향으로 돌출 형성되어 차량의 전방 충돌시 충격량을 전달받는 로드패스를 형성하게 된다. 후단부(112)는 전단부(111)와 연속적인 형상으로 형성되어 상부베이스(101) 상에 차량의 전후 방향으로 길게 형성되고, 보강부(113)는 후단부(112)의 측면, 즉 차량의 좌우 방향 중 사이드멤버(110)로부터 차량의 외측 방향으로 연장되어 사이드실(30)에 결합될 수 있도록 형성된다.
전단부(111)는 차량의 전방 충돌시 가장 강한 하중이 가해지는 부위로서, 강도를 최대화시킬 수 있도록 제1층(10)의 두께가 1.3~2.3mm이고 제2층(20)의 두께가 0.9~1.1mm가 되도록 적층시켜 제조되는 것이 바람직하다.
전단부(111)를 이루는 제1층(10)과 제2층(20)의 두께가 상술한 범위에 미달할 경우 차량의 전방 충돌시 사이드멤버(110)에 과도한 크랙이 발생하여 안정성에 문제가 생길 수 있고, 상술한 범위를 초과할 경우 제조비용이 상승할 뿐만 아니라 중량이 증가하여 경량화 효과가 감소할 수 있다.
이때, 전단부(111)를 이루는 제2층(20)에 포함되어 있는 강화섬유(21)는 차량의 전후 방향으로 배열되어, 차량의 전방 충돌시 충격량이 전달되는 로드패스와 평행하게 배치되는 것이 바람직하다. 이렇게 로드패스와 평행하게 배치된 강화섬유(21)에 의해 충돌에 의한 강한 하중이 가해지더라도 크랙의 발생 없이 우수한 충돌 성능을 나타낼 수 있게 된다.
한편, 사이드멤버(110)의 후단부(112) 및 보강부(113)는 각각 제1층의 두께가 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께가 0.9~1.1mm가 되도록 적층시켜 제조되는 것이 바람직하다.
사이드멤버(110)의 전단부(111)에서 전달된 충격량은 후단부(112)를 통해 후술할 프론트 크로스멤버(120)로 전달되거나, 일부 충격량은 상부베이스(101)로 분산된다. 이때, 전단부(111)에서 소정량의 충격량이 감쇄되기 때문에 후단부(112)의 강도는 전단부(111)에 비해 비교적 작아도 우수한 충돌 성능을 나타낼 수 있다. 따라서, 후단부(112)를 이루는 제1층(10) 및 제2층(20)의 두께가 상술한 범위와 같이 전단부(111)에 비해 얇아져도 무방하다.
더 구체적으로는, 사이드멤버(110)의 후단부(112)를 이루는 제1층(10)의 두께는 전단부(111)의 제1층(10)의 두께와 동일하지만, 후단부(112)를 이루는 제2층(20)의 두께는 전단부(111)의 제2층(20)의 두께보다 얇아질 수 있다. 즉, 제1층(10)에 의해 형성되는 등방성의 물성은 전단부(111)와 후단부(112)가 유사할 수 있지만, 제2층(20)에 의해 형성되는 로드패스와 평행한 이방성 물성은 전단부(111)가 후단부(112)에 비해 더 강하게 형성될 수 있다.
사이드멤버(110)의 후단부(112)를 이루는 제1층(10) 및 제2층(20)의 두께가 상술한 범위에 미달할 경우 차량의 전방 충돌시 사이드멤버(110)에 과도한 크랙이 발생하여 안정성에 문제가 생길 수 있고, 상술한 범위를 초과할 경우 제조비용이 상승할 뿐만 아니라 중량이 증가하여 경량화 효과가 감소할 수 있다.
이때, 후단부(112)를 이루는 제2층(20)에 포함되어 있는 강화섬유(21)는 차량의 전후 방향으로 배열되고, 바람직하게는 전단부(111)를 이루는 제2층(20)에 포함되어 있는 강화섬유(21)와 일체로 연결되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 차량의 전방 충돌시 사이드멤버(110)의 전단부(111)에서 후단부(112)로 전달되는 충격량을 용이하게 감쇄시킬 수 있다.
사이드멤버(110)의 보강부(113)는 후단부(112)의 측면에서 사이드실(300) 방향으로 연장되는 구성으로서, 차량의 측면 충돌시 사이드실(300)에서 발생된 충격량을 프론트 크로스멤버(120)나 상부베이스(101)에 전달하기 위한 로드패스를 형성하게 된다. 이에 따라, 보강부(113)를 이루는 제2층(20)에 포함된 강화섬유(21)는 차량의 좌우 방향을 따라 배열되는 것이 바람직하다.
한편, 차량의 측면 충돌시에는 후술할 프론트 크로스멤버(120) 및 리어 크로스멤버(130) 등에서 충격량을 흡수할 수 있으므로, 보조적인 역할을 하는 사이드멤버(110)의 보강부(113)의 물성을 지나치게 강하게 형성시킬 필요는 없다. 따라서, 보강부(113)는 상술한 범위와 같이 형성되는 것이 바람직하다. 보강부(113)의 제1층(10) 및 제2층(20)의 두께가 상술한 범위에 미달할 경우 차량의 전방 충돌시 사이드멤버(110)에 과도한 크랙이 발생하여 안정성에 문제가 생길 수 있고, 상술한 범위를 초과할 경우 제조비용이 상승할 뿐만 아니라 중량이 증가하여 경량화 효과가 감소할 수 있다.
프론트 크로스멤버(120)는 차량의 좌우 방향으로 길게 형성되고, 일단은 사이드실(300)에 연결되고 타단은 터널부(140)에 결합될 수 있다.
프론트 크로스멤버(120)를 이루는 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 0.4~0.6mm인 것이 바람직한데, 이는 사이드멤버(110)의 보강부(113)와 유사하게 차량의 측면 충돌시 충격량을 흡수하게 된다. 앞서 설명한 바와 같이, 차량의 측면 충돌시 충격량을 흡수하는 구성은 프론트 크로스멤버(120)뿐만 아니라 사이드멤버(110)의 보강부(113) 및 리어 크로스멤버(130)도 있으므로, 프론트 크로스멤버(120)의 강도를 지나치게 크게 형성시킬 필요가 없다.
따라서, 프론트 크로스멤버(120)를 이루는 제1층(10) 및 제2층(20)의 두께는 상술한 사이드멤버(110)의 후단부(112) 및 보강부(113)와 유사하게 형성되는 것이 바람직하다. 프론트 크로스멤버(120)의 제1층(10) 및 제2층(20)의 두께가 상술한 범위에 미달할 경우 차량의 측면 충돌시 프론트 크로스멤버(120)에 과도한 크랙이 발생하여 안정성에 문제가 생길 수 있고, 상술한 범위를 초과할 경우 제조비용이 상승할 뿐만 아니라 중량이 증가하여 경량화 효과가 감소할 수 있다.
또한, 프론트 크로스멤버(120)를 이루는 제2층(20)에 포함되어 있는 강화섬유(21)는 차량의 좌우 방향으로 배열되어 차량의 측면 충돌시 사이드실(300)로부터 충격량이 전달되는 로드패스와 평행하게 배치되는 것이 바람직할 것이다.
리어 크로스멤버(130)는 프론트 크로스멤버(120)의 후방으로 이격되어 차량의 좌우 방향으로 길게 형성되고, 일단은 사이드실(300)에 연결되고 타단은 터널부(140)에 결합될 수 있다.
리어 크로스멤버(130)는 사이드실(300)에 연결되는 일측 단부에 형성된 외측부(131)와, 터널부(140)에 결합되는 타측 단부에 형성된 내측부(132)와, 내측부(132)에서 차량의 후방 방향으로 연장되고 터널부(140)에 결합되는 시트 마운팅부(133) 및 외측부(131)와 내측부(132) 사이에 형성된 중앙부(134)로 구분되어 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 외측부(131) 및 내측부(132)에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 0.4~0.6mm이며, 시트 마운팅부(133)에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 0.9~1.1mm이며, 중앙부(134)에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 1.4~1.6mm인 것이 바람직하다.
즉, 외측부(131) 및 내측부(132)는 프론트 크로스멤버(120)와 동일하게 구성되고, 시트 마운팅부(133)는 사이드멤버(110)의 전단부(111)와 동일하게 구성되며, 중앙부(134)는 사이드멤버(110)의 전단부(111)보다 높은 강도를 갖도록 구성되는 것이다.
리어 크로스멤버(130)의 외측부(131) 및 내측부(132)를 프론트 크로스멤버(120)와 동일하게 구성시키는 이유는, 차량의 측면 충돌시 해당 부위에 가해지는 하중이 프론트 크로스멤버(120)에 가해지는 하중과 유사하기 때문이다.
리어 크로스멤버(130)의 외측부(131) 및 내측부(132)를 이루는 제1층(10) 및 제2층(20)의 두께가 상술한 범위에 미달할 경우 차량의 측면 충돌시 리어 크로스멤버(130)에 과도한 크랙이 발생하여 안정성에 문제가 생길 수 있고, 상술한 범위를 초과할 경우 제조비용이 상승할 뿐만 아니라 중량이 증가하여 경량화 효과가 감소할 수 있다.
한편, 시트 마운팅부(133)는 사이드멤버(110)의 전단부(111)와 유사한 수준의 강도를 갖도록 형성되어 리어 크로스멤버(130)의 외측부(131) 및 내측부(132)보다 강하게 형성되는데, 이는 차량의 전방 충돌, 특히 옵셋 충돌시 차량 시트(미도시)를 고정하는 네 개의 고정 부위 중에서 시트 마운팅부(133)에 가장 하중이 집중되면서, 시트가 센터플로어로부터 분리되는 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
따라서, 사이드멤버(110)의 전단부(111)와 유사한 수준의 물성을 나타낼 수 있도록 시트 마운팅부(133)의 제1층(10) 및 제2층(20)의 두께를 상술한 범위로 한정하는 것이 바람직하다.
중앙부(134)는 차량의 측면 충돌시 사이드실(300)에서 전달되는 하중이 가장 집중되는 부위로서, 이 부위의 강도를 증가시킴으로써 차량의 측면 충돌시 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
이를 위해, 중앙부(134)를 이루는 제1층(10) 및 제2층(20)의 두께를 상술한 범위로 한정하는 것이 바람직하다.
한편, 프론트 크로스멤버(120)에서 외측부(131), 중앙부(134), 내측부(132) 및 시트 마운팅부(133)를 이루는 제2층(20)에 포함된 강화섬유(21)는 차량의 좌우 방향으로 배열되어 차량의 측면 충돌시 사이드실(300)로부터 충격량이 전달되는 로드패스와 평행하게 배치되는 것이 바람직할 것이다.
터널부(140)는 상부베이스(101)의 중앙에서 차량의 전후 방향으로 길게 형성되고, 프론트 크로스멤버(120)의 길이방향을 따라 차량의 좌우 방향으로 길게 형성된 전방 보강부(141)와, 리어 크로스멤버(130)의 길이방향을 따라 차량의 좌우 방향으로 길게 형성된 후방 보강부(142)와, 후방 보강부(142)에서 차량 후방 방향으로 연장되는 터널 후단부(143)와, 전방 보강부(141)에서 차량 전방 방향으로 연장되는 터널 전단부(144) 및 전방 보강부(141)와 후방 보강부(142) 사이, 즉 프론트 크로스멤버(120)와 리어 크로스멤버(130)의 사이에 형성된 터널 중단부(145)로 구분될 수 있다.
이때, 전방 보강부(141)에 적층된 제1층(10)의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층(20)의 두께는 0.4~0.6mm이며, 후방 보강부(142)에 적층된 제1층(10)의 두께는 1.5~2.5mm이고 제2층(20)의 두께는 0.4~0.6mm이며, 터널 후단부(143)는 2~2.5mm 두께의 제1층(10)으로 구성되고, 터널 전단부 및 터널 중단부는 1.8~2.3mm 두께의 제1층(10)으로 구성되는 것이 바람직하다.
전방 보강부(141)는 한 쌍의 프론트 크로스멤버(120)의 타단 사이를 연결하는 영역이고, 후방 보강부(142)는 한 쌍의 리어 크로스멤버(130)의 타단 사이를 연결하는 영역으로서, 차량의 측면 충돌시 차량의 일측면에서 발생한 충격량을 타측면 방향으로 전달하여 분산시키기 위해 설치된다.
전방 보강부(141)는 프론트 크로스멤버(120)와 동일한 수준의 물성을 나타낼 수 있도록 상술한 바와 같이 제1층(10) 및 제2층(20)의 두께를 한정하는 것이 바람직하다.
한편, 후방 보강부(142)와 리어 크로스멤버(130)의 내측부(132)의 제2층(20)의 두께는 동일하게 형성시키는 것이 바람직하지만, 후방 보강부(142)의 제1층(10)의 두께는 내측부(132)의 제1층(10)의 두께보다 두껍게 형성시키는 것이 바람직하다. 이는 차량의 측면 충돌시 리어 크로스멤버(130)를 통해 전달되는 충격량을 차량의 일측에서 타측 방향으로 전달하여 분산시킬 수 있도록 리어 크로스멤버(130)의 내측부(132)와 동일한 두께의 제2층(20)을 형성시킴과 동시에, 터널부(140)의 후방 보강부(142)는 차체의 기초적인 강성을 유지하기 위한 핵심적인 위치이기 때문에 제1층(10)의 두께를 리어 크로스멤버(130)의 내측부(132)보다 두껍게 형성시킴으로써 강도를 더욱 향상시키기 위해서이다.
터널 후단부(143)는 차량의 측면 충돌시 강성에 기여하는 바가 적고, 차량의 전방 충돌시 충격량을 차량 후측으로 전달하는 역할을 한다. 그러나 사이드멤버(110), 프론트 크로스멤버(120) 및 리어 크로스멤버(130)를 거친 이후에 충격량이 크게 감쇄되기 때문에, 터널 후단부(143)의 강성을 필요 이상으로 높게 형성시킬 필요가 없다.
따라서, 터널 후단부(143)는 제1층(10)만을 상술한 두께 범위로 형성시킴으로써 차체의 강성을 보강하는 것이 바람직할 것이다.
터널 전단부(144) 및 터널 중단부(145)는 상부베이스(101)와 동일한 수준으로 제1층(10)만을 상술한 범위로 형성시키게 된다. 터널 전단부(144) 및 터널 중단부(145)는 차량의 충돌 발생시 형성되는 로드패스의 주요 경로와 떨어져 있기 때문에, 과도하게 보강하더라도 차량의 안전성 및 충돌 성능을 향상시키기 어렵다. 따라서, 터널 전단부(144) 및 터널 중단부(145)는 제1층(10)만을 상술한 범위로 형성시키는 것이 바람직할 것이다.
다음으로 하부패널(200)에 대해 살펴보도록 한다. 하부패널(200)은 하부베이스(201)에 형성된 하부터널부(210)로 구성되어 있고, 하부베이스(201)는 1.3~2.3mm 두께의 제1층(10)으로 구성되어 있다.
하부터널부(210)는 상부패널(100)에 형성된 프론트 크로스멤버(120)의 길이방향을 따라 차량의 좌우 방향으로 길게 형성된 제1가로보강부(211)와, 상부패널(100)에 형성된 리어 크로스멤버(130)의 길이방향을 따라 차량의 좌우 방향으로 길게 형성된 제2가로보강부(212)와, 제1가로보강부(211)의 단부와 제2가로보강부(212)의 단부 사이를 연결하도록 차량의 전후방 방향으로 길게 연장된 세로보강부(213)와, 제2가로보강부(212)에서 차량의 후방 방향으로 연장된 하부터널 후단부(214)와, 제1가로보강부(211)에서 차량의 전방 방향으로 연장된 하부터널 전단부(215) 및 제1가로보강부(211) 제2가로보강부(212) 및 한 쌍의 세로보강부(213) 사이에 형성된 하부터널 중단부(216)로 구분될 수 있다.
이때, 제1가로보강부 및 세로보강부에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 0.4~0.6mm이며, 제2가로보강부에 적층된 제1층의 두께는 1.5~2.5mm이고 제2층의 두께는 0.4~0.6mm이며, 하부터널 후단부는 2~2.5mm 두께의 제1층으로 구성되고, 하부터널 전단부 및 하부터널 중단부는 1.8~2.3mm 두께의 제1층으로 구성되는 것이 바람직하다.
제1가로보강부(211)는 상부패널(100)에 형성된 전방 보강부(141)와 대응되는 영역이고, 제2가로보강부(212)는 상부패널(100)에 형성된 후방 보강부(142)와 대응되는 영역으로서, 차량의 측면 충돌시 차량의 일측면에서 발생한 충격량을 타측면 방향으로 전달하여 분산시키기 위해 설치된다.
제1가로보강부(211)는 전방 보강부(141)와 동일한 수준의 물성을 나타내고, 제2가로보강부(212)는 후방 보강부(142)와 동일한 수준의 물성을 나타낼 수 있도록 상술한 바와 같이 제1층(10) 및 제2층(20)의 두께를 한정하는 것이 바람직하다. 즉, 제1가로보강부(211)는 전방 보강부(141)를 이루는 제1층(10) 및 제2층(20)의 두께와 동일한 두께를 가지도록 형성되고, 제2가로보강부(212)는 후방 보강부(142)를 이루는 제1층(10) 및 제2층(20)의 두께와 동일한 두께를 가지도록 형성되는 것이 바람직할 것이다.
세로보강부(213)는 차량의 전방 충돌시 상부패널(100)의 사이드멤버(110)로부터 프론트 크로스멤버(120)로 전달된 충격량이 터널부(140)를 통해 차량의 후방 방향으로 전달될 때, 이러한 충격량의 전달을 보조하기 위해 설치된다.
즉, 세로보강부(213)를 이루는 제2층(20)에 포함되어 있는 강화섬유(21)를 차량의 전후방향으로 배열시킴으로써, 차량의 전방 충돌시 발생하는 충격량이 전달되는 로드패스에 평행하게 배치시키는 것이다.
다만 세로보강부(213)는 사이드멤버(110)와 프론트 크로스멤버(120)를 거친 충격량을 전달받기 때문에, 세로보강부(213)를 이루는 제1층(10) 및 제2층(20)의 두께는 사이드멤버(110)의 후단부(112) 또는 프론트 크로스멤버(120)와 동일하게 형성시키는 것이 바람직할 것이다.
하부터널 후단부(214)는 상부패널(100)의 터널 후단부(143)와 적층되는 부위로서, 상부패널(100)의 터널 후단부(143)와 유사한 역할을 하게 된다. 따라서, 하부터널 후단부(214)를 이루는 제1층(10) 및 제2층(20)의 두께는 터널 후단부(143)를 이루는 제1층(10) 및 제2층(20)의 두께와 동일하게 형성시키는 것이 바람직할 것이다.
한편, 하부터널 전단부(215) 및 하부터널 중단부(216)는 하부베이스(201)와 동일한 수준으로 제1층(10)만을 상술한 범위로 형성시키게 된다. 하부터널 전단부(215) 및 하부터널 중단부(216)는 차량의 충돌 발생시 형성되는 로드패스의 주요 경로와 떨어져 있기 때문에, 과도하게 보강하더라도 차량의 안전성 및 충돌 성능을 향상시키기 어렵다. 따라서, 하부터널 전단부(215) 및 하부터널 중단부(216)는 제1층(10)만을 상술한 범위로 형성시키는 것이 바람직할 것이다.
이렇게 제조된 상부패널(100)과 하부패널(200)을 적층하여 구성된 센터플로어는, 종래에 스틸 재질로 형성시킨 센터플로어와 동등한 수준의 강성을 나타낼 수 있으면서, 약 25% 이상의 중량 절감 효과를 얻을 수 있어 연비 향상에 기여할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 제1층
20: 제2층
100: 상부패널
200: 하부패널
300: 사이드실

Claims (11)

  1. 상부패널 및 하부패널을 포함하는 복합재 센터플로어로서,
    상부패널 및 하부패널은 각각 SMC(Sheet Molding Compound) 재질의 제1층; 및 제1층의 하측에 적층된 강화섬유 프리프래그 재질의 제2층;을 포함하고,
    제2층에 포함된 연속섬유 형태의 강화섬유는 차량 충돌시 형성되는 로드패스와 평행하게 배열되며,
    제2층은 제1층의 하측에 소정의 형상을 이루도록 설치되어 제1층의 일부 영역에 제2층이 적층되고,
    상부패널은 상부베이스에 사이드멤버, 프론트 크로스멤버, 리어 크로스멤버 및 터널부가 형성되되, 상부베이스는 제1층으로 형성되고, 사이드멤버, 프론트 크로스멤버, 리어 크로스멤버 및 터널부에서 제1층과 제2층이 적층되며,
    하부패널은 하부베이스에 하부터널부가 형성되되, 하부베이스는 제1층으로 형성되고, 하부터널부에서 제1층과 제2층이 적층되는 것을 특징으로 하는 복합재 센터플로어.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1층의 두께는 1.5~2.5mm이고, 제2층의 두께는 0.5~2.0mm인 것을 특징으로 하는 복합재 센터플로어.
  3. 삭제
  4. 청구항 2에 있어서,
    사이드멤버는 상부베이스에서 차량의 전방 방향으로 돌출된 전단부; 전단부에서 차량의 후방 방향으로 연장된 후단부; 및 후단부의 측면에서 차량의 좌우 방향 중 외측 방향으로 연장된 보강부;로 구분되고,
    사이드멤버의 전단부에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 0.4~0.6mm이며, 사이드멤버의 후단부 및 보강부에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 0.9~1.1mm인 것을 특징으로 하는 복합재 센터플로어.
  5. 청구항 2에 있어서,
    프론트 크로스멤버에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 0.4~0.6mm인 것을 특징으로 하는 복합재 센터플로어.
  6. 청구항 2에 있어서,
    리어 크로스멤버는 차량의 좌우측 단부에 설치된 사이드실에 연결되는 외측부; 터널부에 결합되는 내측부; 내측부에서 차량의 후방 방향으로 연장되고 터널부에 결합되는 시트 마운팅부; 및 외측부 및 내측부 사이에 형성된 중앙부;로 구분되고,
    리어 크로스멤버의 외측부 및 내측부에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 0.4~0.6mm이며,
    리어 크로스멤버의 시트 마운팅부에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 0.9~1.1mm이며,
    리어 크로스멤버의 중앙부에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 1.4~1.6mm인 것을 특징으로 하는 복합재 센터플로어.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상부패널의 터널부는 프론트 크로스멤버의 길이방향을 따라 형성된 전방 보강부; 리어 크로스멤버의 길이방향을 따라 형성된 후방 보강부; 후방 보강부에서 차량 후방 방향으로 연장되는 터널 후단부; 전방 보강부에서 차량 전방 방향으로 연장되는 터널 전단부; 및 전방 보강부와 후방 보강부 사이에 형성된 터널 중단부;로 구분되고,
    전방 보강부에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 0.4~0.6mm이며,
    후방 보강부에 적층된 제1층의 두께는 1.5~2.5mm이고 제2층의 두께는 0.4~0.6mm이며,
    터널 후단부는 2~2.5mm 두께의 제1층으로 구성되고,
    터널 전단부 및 터널 중단부는 1.8~2.3mm 두께의 제1층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합재 센터플로어.
  8. 청구항 4에 있어서,
    하부패널의 하부터널부는 상부패널의 프론트 크로스멤버의 길이방향을 따라 형성된 제1가로보강부; 상부패널의 리어 크로스멤버의 길이방향을 따라 형성된 제2가로보강부; 제1가로보강부의 단부와 제2가로보강부의 단부 사이를 연결하도록 차량의 전후방 방향으로 연장된 세로보강부; 제2가로보강부에서 차량의 후방 방향으로 연장된 하부터널 후단부; 제1가로보강부에서 차량의 전방 방향으로 연장된 하부터널 전단부; 및 제1가로보강부, 제2가로보강부 및 한 쌍의 세로보강부 사이에 형성된 하부터널 중단부;로 구분되고,
    제1가로보강부 및 세로보강부에 적층된 제1층의 두께는 1.3~2.3mm이고 제2층의 두께는 0.4~0.6mm이며,
    제2가로보강부에 적층된 제1층의 두께는 1.5~2.5mm이고 제2층의 두께는 0.4~0.6mm이며,
    하부터널 후단부는 2~2.5mm 두께의 제1층으로 구성되고,
    하부터널 전단부 및 하부터널 중단부는 1.8~2.3mm 두께의 제1층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합재 센터플로어.
  9. 청구항 1에 있어서,
    제1층은 평균 길이가 25mm 이하인 강화섬유와 불포화 폴리에스테르 수지를 포함하고,
    제1층에서 강화섬유는 50~60중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 복합재 센터플로어.
  10. 청구항 1에 있어서,
    제2층은 센터플로어에 충돌 발생시 형성되는 로드패스에 평행하도록 연속적으로 형성된 연속섬유 형태의 강화섬유와 불포화 폴리에스테르 수지를 포함하고,
    제2층에서 강화섬유는 67~75중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 복합재 센터플로어.
  11. 청구항 1에 있어서,
    제1층과 제2층은 적층된 상태로 160~180℃ 조건에서 1500~2100초 경화시킴으로써 일체화시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 복합재 센터플로어.
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