KR20020040802A - 샌드위치 패널 및 차체부품의 제조방법 - Google Patents

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KR20020040802A
KR20020040802A KR1020027002993A KR20027002993A KR20020040802A KR 20020040802 A KR20020040802 A KR 20020040802A KR 1020027002993 A KR1020027002993 A KR 1020027002993A KR 20027002993 A KR20027002993 A KR 20027002993A KR 20020040802 A KR20020040802 A KR 20020040802A
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알칸 카파 게엠베하
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Abstract

본 발명은 제조가 용이한 경량부품(샌드위치 패널 또는 차체부품)을 제조하는 방법에 관한 것이다. 다수의 컵 형상의 홈(18)이 가요성 금속호일(16)에 형성된다. 외층(12, 24)이 상기 가요성 금속호일(16)의 양면에 부착된다. 각 컵 형상의 홈(18)의 개구부는, 먼저, 외층(12)에 의해 밀폐되고, 다음에 다른 외층(24)이 상기 홈(18)의 자유단에 부착된다. 미리 성형된 차체의 금속시트(24)가 접착제에 의해 상기 홈(18)의 단부면(26)에 부착되어 차량의 차체부품을 형성하는 것도 가능하므로 상기 금속시트가 상기 다른 외층(24)의 기능을 한다.

Description

샌드위치 패널 및 차체부품의 제조방법{Method For Producing A Sandwich Panel And A Body Component}
샌드위치 패널은 종래기술에서 주로 하니콤 샌드위치 패널(honeycomb sandwich panels)로 알려져 있는데, 하니콤 형상의 중간층은 단단한 알루미늄합금으로 되어있다. 이 층은 개개의 구조물의 접착결합에 의한 불연속식 공정으로 제조된다. 마지막으로, 상기 하니콤 구조물의 양측에 덮개층이 적층된다. 이러한 방식으로 형성되는 하니콤 샌드위치 패널은 하니콤 셀의 벽면이 서로 연결되어 있기 때문에 변형이 불가능하다. 제조공정 또한 불연속적이므로 상대적으로 경제적이지 못하다.
종래 알려진 다른 방식의 샌드위치 패널의 제조방법에서는, 긴 PET 튜브를 서로 부착해서 번들(bundle) 형태로 형성하는 것이다. 이러한 방식으로 얻어지는 PET 튜브 번들은 PET 튜브의 축방향에 수직으로 절단하여 디스크 형상으로 한 다음, 마지막으로 각 디스크의 양측 위에 덮개층을 적층시킨다. 이 방식 역시 불연속 공정으로만 제조가 가능하다.
본 발명은, 샌드위치 패널 및 차체부품의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 샌드위치 패널 및 샌드위치 패널의 제조방법을 사용하여 얻어지는 차체부품에 관한 것이다.
도 1은 제 1 실시예의 샌드위치 패널의 중간층의 평면도,
도 2는 컵 형상 홈구조의 제1 변형예를 나타낸 도,
도 3은 컵 형상 홈구조의 제2 변형예를 나타낸 도,
도 4는 샌드위치 패널의 제조방법에 관련되는 과정을 도식적으로 나타낸 도,
도 5는 제2 실시예의 샌드위치 패널의 측면 분해도,
도 6은 도 5의 샌드위치 패널의 평면분해도,
도 7은 이중층 구조의 중간층을 나타낸 도,
도 8은 이중층 구조의 중간층을 가지는 제3 실시예의 측면도,
도 9는 이중층 구조의 중간층을 가지는 제4 실시예의 측면도,
도 10은 자동차 루프제조용 층상구조체를 나타낸 도,
도 11은 자동차루프의 부분 단면도,
도 12는 도 11의 XII부의 상세도 이다.
본 발명은 샌드위치 패널과 차체부품을 별다른 어려움 없이 경제적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은 구조적으로 간단하고 가벼운 샌드위치 패널과 차체부품을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 목적은 청구범위 제1항 기재의 특징을 갖는 샌드위치 패널의 제조방법에 의해 달성된다. 본 발명의 방법에 따른 장점 및 바람직한 실시형태들은 청구범위 제2항 내지 제4항의 요지를 형성한다.
본 발명의 샌드위치 패널은 청구범위 제5항의 주제를 구성한다. 본 발명의 샌드위치 패널의 장점 및 바람직한 구현예들은 청구범위 제6항 내지 제10항의 요지를 이룬다.
종래의 샌드위치 패널의 제조방법에 비하여 본 발명의 방법이 갖는 특별한 장점은 연성의 가요성 알루미늄재질을 중간층으로 사용함에도 불구하고 연속적으로 제조 공정이 수행된다고 하는 데 있다.
본 발명에 의한 샌드위치 패널은 고강도이고 매우 가볍다. 더욱이, 홈들을 적절하게 배열함으로써 3차원적으로 변형이 가능하도록 설계될 수 있다.
본 발명의 샌드위치 패널은 바람직하기로는 자동차의 엔지니어링 재료(루프 라이닝 재료, 리어 화물선반 등) 및 디스플레이 기술 등의 구현에 사용 될 수 있다.
컵 형상의 홈구조는 프레싱 또는 디프 드로우잉에 의해 형성 가능하다.
재료에 손상을 주지 않고 컵 형상의 홈구조를 형성하기 위해서는 가요성 금속호일이, 바람직하기로는 적어도 70×103N/㎣의 탄성계수를 가져야 한다.
가요성 금속호일은 편의상 Al이나 Al합금 또는 Cu나 Cu합금으로 구성되며 두께는 편의상 10~200㎛, 바람직하기로는 20~100㎛가 적당하다.
상기 컵형상의 홈은 실제적으로는 타원형, 구형, 원통형, 절단된 원추형 또는 절단된 피라미드형 등과 같은 형상으로 이루어진다.
덮개층은 금속으로 제조되는데, 예를 들면 Al이나 Al합금, 또는 Cu나 Cu합금으로써 두께 0.5~2.0㎜가 적당하다. 그러나, 덮개층은 PET, PP, PS 또는 ABS 등의 플라스틱으로 구성될 수도 있다.
또한, 덮개층으로는 레소팔 플레이트(Resopal plate)를 사용하는 것도 가능하다. 이러한 종류의 레소팔 플레이트의 두께는 0.4~2.0㎜, 특히 1.3㎜가 적당하다.
중간층이 그 형상에 따라 적용 가능하기 때문에 덮개층은 평판형일 수도 있고 일정한 곡률을 갖는 곡면판일 수도 있다. 더욱이, 덮개층은 구조체로 되어 예컨대, 리브를 가질 수도 있다.
마지막으로, 샌드위치 패널은 다층구조로 형성하는 것도 가능하다. 이를 위하여 어느 하나의 덮개층에 컵 형상의 홈구조를 갖는 가요성 금속호일을 포함하는 중간층을 하나 더 사용하고, 또한 여기에 덮개층도 하나 더 고정한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 차체부품의 제조방법은 청구범위의 제11항의 요지를 구성한다. 청구범위 제1항에 따른 방법에 비하여, 이 방법에서는 금속체 시트에 의해 다른 덮개층이 직접 형성된다.
결합된 층상구조체는 차체부품이 경량이며 고강도임을 보장한다. 특히, 비틀림 강성율(torsional rigidity)이 매우 크다. 그리고, 본 발명의 차체부품은 양호한 음향특성과 우수한 내식성을 가진다.
사용되는 접착제는 캡슐화되어 165℃ 이상의 온도에서 활성화되어 완전히 반응하는 열활성화 접착제인 것이 바람직하다. 층상구조체와 금속체는 압력의 인가와 동시에 열을 가하여 접합한다. 이러한 차체부품은 200℃이상의 온도에서도 견딜 수 있다.
상기 접합공정에 앞서, 캡슐화된 발포제나 마이크로캡슐이 들어있는 발포제를 층상구조체와 금속체 시트사이에 도입하여 접합공정중에 발포제를 활성화시킨다. 그 결과 단열성과 방음특성이 우수한 제품을 얻을 수 있다.
덮개층은 알루미늄시트인 것이 적당하다.
본 발명에 따른 방법은 예를들면, 차체부품으로써 자동차루프, 후드, 트렁크리드, 도어 기타 3차원으로 변형되는 부품들을 제조하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 구체적인 구현예들은 첨부도면을 참고하여 이하에서 보다 상세히 기술하기로 한다.
도 1에 도시한 중간층(1)은 일방향으로 균일하게 분포되도록 다수의 홈(2)이 형성된 가요성 금속호일을 포함한다. 이러한 홈들은 예컨대, 프레싱이나 디프 드로잉 가공을 통하여 얻어질 수 있다.
상기 중간층(1)의 가요성 금속 호일은, 예를들면 Al이나 Al합금 혹은 Cu나 Cu합금 또는 프레스 가공 또는 드로잉가공이 가능한 기타 금속으로 이루어진다. 통상적으로 상기 금속 호일의 두께는 10~200㎛, 보다 바람직하기로는 20~100㎛이다.
중간층(1)으로 사용되는 상기 가요성 금속호일 재료는 플라스틱인 경우 적어도 2×103N/㎟, 금속(예로, 알루미늄)인 경우에는 적어도 70×103N/㎟의 탄성계수를 갖는 것이 바람직하다.
컵 형상 홈(2)은 다양한 형태로 형성될 수 있다. 두가지의 특별한 형태를 갖는 컵형상 홈(2)을 도 2 및 도 3에 예시하였다.
도 2에 도시된 홈(2)은 타원형상이고, 도 3에 도시된 홈(2)은 그 자유단(8)에서 직선으로 절단된 반타원 형상이다.
이러한 컵 형상의 홈(2) 구조는 구형, 원통형, 절단된 원추형 혹은 절단된 피라미드형 등의 다양한 형태로 제조될 수도 있다. 상기 컵 형상의 홈의 직경은 중간층으로 변형되는 가요성 금속호일의 두께에 대응해서 적절하게 할 수 있다.
중간층(1)을 형성하기 위하여 가요성 금속호일에 컵형상 홈(2)을 형성한 후, 덮개층(3, 4)이 상기 중간층(1)의 양면에 접착된다. 이 공정에서는, 홈(2)의 개구부(7)가 덮개층(3)에 의해 먼저 밀폐되고, 그 다음에 다른 덮개층(4)이 상기 대응하는 홈(2)의 자유단(8)에 접착된다.
덮개층(3)에 의해 상기 개구부(7)가 밀폐되면 홈(2)에 에어쿠션이 형성되어 다른 덮개층(4)이 접착될 때 가요성 금속재로 이루어지는 홈(2)이 압축되는 것을 방지할 수 있는데 이것은 매우 중요한 의미를 갖는다.
상술한 공정단계가 도 4에 도시되어 있다. 도 4에서 화살표는 각 부품의 이동방향을 나타낸다. 중간층(1)이 일평면을 따라 연속적으로 이동한다. 상기 중간층(1)에 대면하는 면위에 예를들어, 폴리우레탄 접착제와 같은 접착제(9)가 도포된덮개층(3)이 홈(2)의 개구부(7)가 구비된 상기 중간층(1)의 면으로 연속적으로 공급되어 서로 접착되고, 그 결과 상기 개구부(7)는 덮개층(3)에 의해 밀폐된다. 마찬가지로, 상기 중간층(1)에 대면하는 면 위에 폴리우레탄 접착제와 같은 접착제(9)가 도포된 덮개층(4)이, 중간층(1)의 이동방향으로 표시한 것과 같이, 덮개층(3) 후에, 중간층(1)으로 공급되어 홈(2)의 자유단(8)에 접착된다. 이때, 상기 홈(2)의 개구부(7)는 상기 덮개층(3)에 의해 이미 밀폐되어 있다. 다음에 이러한 방식으로 형성된 샌드위치 구조물은 원하는 크기에 따라 샌드위치 패널로 절단된다.
무엇보다도 상기 개구부(7) 측의 중간층(1)에 덮개층(3)만을 접착하여 이 부품을 층상구조체로서 일시적으로 보관하는 것도 가능한데 도 10을 참고하여 보다 자세히 설명하기로 한다. 다른 덮개층(4)은 나중에 접착할 수 있다. 이렇게 함으로써 많은 응용범위를 갖는 덮개층(4)을 선택에 따라 활용할 수 있다.
상기 덮개층(3, 4)은 Al이나 Al합금 혹은 Cu나 Cu합금과 같은 금속으로 구성될 수 있다. 특정의 용도에 따라 상기 덮개층(3, 4)의 두께는 통상 0.5~2.0㎜가 적당하지만, 이보다 두껍거나 얇은 덮개층(3, 4)을 사용하는 것도 가능하다.
상기 덮개층(3, 4)은, 예를 들면 PET, PP, PS 또는 ABS와 같은 플라스틱의 재질을 사용할 수도 있고 레소팔 플레이트로 디자인하여 사용할 수도 있다. 이 경우에 0.4~2.0㎜두께의 레소팔 플레이트를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 실시예를 도시한 도 5 및 도 6에서는, 상기 덮개층(3, 4)에 접착제가 도포되어 있지 않다. 각 경우에서, 양면접착시트(5)가 상기 덮개층(3,4)과 중간층(1) 사이에 배치된다. 상기 접착시트(5)는 열에 의해 활성화된다.
접착제로서는 캡슐화된 접착제를 사용하는 것도 가능하며, 캡슐화된 접착제는 2단계 접착제이다. 제1 성분은 예를 들어 70~80℃에서 활성화되고, 다른 성분은 부품을 형성하기 위한 변형 중에 예컨대 160~180℃에서 활성화된다. 이것은 열가소성에서 열경화성으로의 전이를 의미한다.
도 7은 다수의 상방 신장홈(2')과 다수의 하방 신장홈(2)을 가지는 2층구조의 중간층(1)을 나타내는 것으로, 각 경우에 있어서 상기 홈(2, 2')들은 하나의 가요성 금속호일에 형성된다. 홈(2)의 배열은 홈(2')을 포함하는 인접배열과 교차된다. 상기 두 개의 금속 호일은 서로 접착되어 하나의 금속호일이 다른 금속호일의 홈(2 또는 2')을 밀폐하는 덮개층을 이룬다. 그러나, 각 금속호일의 홈(2, 2')이 덮개층에 의해 밀폐될 수 있도록 하고 이러한 덮개층들은 서로 결합되도록 하는 것도 가능하다.
도 7에 도시한 2층구조의 중간층(1)은 도 8에 도시한 제3 실시예의 샌드위치 패널에 사용된다. 이 경우에, 홈(2, 2')의 자유단과 결합된 덮개층(3, 4) 사이에는 양면접착시트(5, 5')가 배치된다. 상기 홈(2, 2')들은 반 타원체 형상으로 이루어져 있다.
상방신장홈(2')이 하방신장홈(2)보다 그 개수가 적다는 것은 일방향으로의 샌드위치 패널의 굽힘저항이 다른 방향에 비하여 더 크다는 것을 의미하며, 따라서 저장조건에 따라 샌드위치 패널을 굽혀서 보관하는 것이 가능하다.
제4 실시예를 도시한 도 9는 홈(2, 2')의 형상에 있어서, 제3 실시예와는 상이한데 이 경우에는 압착된 타원체 형상으로 이루어진다.
도 10은 도 11에 도시한 자동차루프(22)의 제조용 층상구조물(10)을 도시한 것으로써, 알루미늄 플레이트(12), 컵형상 홈(18)이 형성된 알루미늄호일(16), 및 변형된 금속체 시트(24)를 포함하며, 이들은 접착제에 의해 서로 접착된다.
상기 층상구조물(10)은 그 상면에 양면접착시트(14)가 부착된 알루미늄 플레이트(12)를 포함한다. 다수의 컵형상의 원통형 홈(18)이 일방향으로 형성된 알루미늄호일(16)은 상기 양면접착시트(14)의 상면에 부착된다. 상기 접착시트(14)는 열에 의해 활성화된다. 상기 접착시트(14)의 접착에 의해 상기 알루미늄 호일(16)의 홈(18)의 개구부(28)가 기밀하게 밀폐된다. 상기 홈(18)의 단부면(26)은 편평하고, 같은 높이로써, 알루미늄 플레이트(12)와 평행하다.
캡슐화된 접착제(20)는 각 홈(18)의 단부면(26)에 도포되는데 제 1성분은 70~80℃에서 활성화되고 다른 성분(제 2성분)은 160~180℃에서 활성화된다.
층상구조물(10)은 이 상태에서 임시로 보관될 수 있다.
도 11에 도시한 자동차루프(22)를 제조하기 위해서는, 상기 층상구조물(10)은, 프레스장치내에서, 변형이 이미 완료된 금속체시트(24)의 내면에 접촉하도록 위치됨으로써, 상기 단부면(26)이 상기 금속체시트(24)에 접촉지지되고, 상기 금속체시트(24)와 상기 단부면(26)사이에는 캡슐화된 접착제(20)가 배치된다.
다음으로, 상기 층상구조물(10)과 금속체시트(24)는 가압되어 접합되고, 동시에 이때 상기 캡슐화된 접착제(20)의 제 2성분의 활성화온도 이상의 온도로 가열한다. 그러면, 상기 접착제(20)는 열가소성에서 열경화성으로 변성되어 열적으로안정한 접착이 얻어진다.
여기에 사용되는 금속체시트(24)는 0.6㎜이하의 두께를 갖는 강판이나 알루미늄시트가 적당하다. 알루미늄 플레이트(12)의 두께는 100~200㎛가 적당하다. 상기 홈(18)의 외경은 5~8㎜, 높이는 2~5㎜, 그리고 분포는 2~5㎜ 간격으로 균일하게 분포되는 것이 바람직하다. 접착시트(14)의 대안으로는 다른 종류의 열가소성 또는 캡슐화된 접착제를 사용할 수도 있다.
접착공정에 앞서, 캡슐화된 발포제 또는 마이크로캡슐이 들어있는 발포제가 층상구조물과 금속체시트의 사이에 도입될 수 있으며, 이러한 발포제는 접착공정중에 활성화되어 양호한 단열성, 방음특성을 갖는다.

Claims (17)

  1. 가요성 금속호일에 컵형상을 갖는 다수의 홈을 형성하는 단계, 및
    상기 가요성 금속호일의 양면에 덮개층을 형성하는 단계로 구성되며, 컵형상의 상기 각 홈은 하나의 덮개층에 의해 그 개구부가 먼저 밀폐되고, 이어서 상기 홈의 자유단에 다른 덮개층이 부착되는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 컵형상의 홈은 프레스가공 또는 디프 드로잉 가공으로 형성되는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 컵형상의 홈은 실질적으로 타원형, 구형, 원통형, 절단된 원추형 또는 절단된 피라미드형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널의 제조방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 덮개층의 적어도 하나는 상기 가요성 금속호일에 접착제로 접합되는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널의 제조방법.
  5. 서로 실질적으로 평행하게 배치되는 두 개의 덮개층(3, 4) 및 상기덮개층(3, 4) 사이에서 신장되는 중간층(1)을 가지는 샌드위치 패널에 있어서, 상기 중간층(1)은, 다수의 컵형상의 홈(2)이 구비되어있고 상기 홈(2)의 개구부(7)는 밀폐되어있는 가요성 금속호일을 가지는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 덮개층(3, 4)은 실질적으로 평판상인 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 덮개층(3, 4)은 곡면상 및/또는 구조체인 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널.
  8. 제 5항 내지 제 7항중 어느 한 항에 있어서, 상기 샌드위치 패널은 다수의 컵형상의 홈(2')이 구비되는 가요성 알루미늄 호일을 적어도 하나 더 포함하는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 하나의 금속호일에 구비되어 있는 홈(2)과 상기 알루미늄 호일에 구비되어 있는 홈(2')은 상호 대향하는 방향으로 신장되는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 두 개의 가요성 금속호일에는 서로 상이한 개수의 홈(2, 2')이 형성되는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널.
  11. 가요성 금속호일에 일방향으로 다수의 컵형상의 홈을 형성하는 단계;
    상기 가요성 금속호일에 있는 상기 컵형상 홈의 개구부가 위치하는 면위에 덮개층을 부착함으로써 층상구조물을 형성하는 단계;
    상기 홈의 단부면에 접착제를 도포하는 단계; 및
    상기 층상구조물의 단부면이 상기 접착제에 의하여 금속체시트에 접합됨으로써 상기 금속체시트에 상기 층상구조물을 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차체부품의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 층상구조물과 금속체시트는 압력과 동시에 열을 가하여 접합하는 것을 특징으로 하는 차체부품의 제조방법.
  13. 제 11항 도는 제 12항에 있어서, 상기 접착제는 캡슐화되어 있고 열에의해 활성화되는 것임을 특징으로 하는 차체부품의 제조방법.
  14. 제 11항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접합공정에 앞서, 상기 접합 도중에 활성화되는 발포제를 상기 층상구조물과 금속체시트 사이에 도입하는 것을 특징으로 하는 차체부품의 제조방법.
  15. 제 11항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 덮개층은 알루미늄시트인 것을 특징으로 하는 차체부품의 제조방법.
  16. 일방향으로 다수의 컵형상의 홈(18)이 형성된 가요성 금속호일(16);
    상기 가요성 금속호일(16)의 상기 컵형상의 홈(18)의 개구부(28)가 위치하는 면 위에 부착되는 덮개층(12); 및
    접착재에 의하여 상기 홈(18)의 단부면(26)에 결합되는 금속체시트(24)를 포함하는 차체부품.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 금속호일(16)과 덮개층(12)은 알루미늄으로 구성되는 것을 특징으로 하는 차체부품.
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