KR20130090687A

KR20130090687A - 복합소재를 이용한 차량용 차체

Info

Publication number: KR20130090687A
Application number: KR1020120012004A
Authority: KR
Inventors: 한윤구; 고광운; 고영재; 전종민
Original assignee: 주식회사 한국몰드
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2013-08-14

Abstract

본 발명은 복합소재를 이용한 차량용 차체에 관한 것으로서, 접착필름(Adhesive film)과 유리섬유 프리프레그(Glass fiber prepreg)로 이루어지며, 차체의 외면을 구성하는 외피재; 유리섬유 프리프레그(Glass fiber prepreg)로 이루어지며, 상기 차체의 내면을 구성하는 내피재; 상기 외피재와 상기 내피재 사이에 마련되고, 소정 간격으로 배치되는 복수의 알루미늄 프레임; 소정 간격으로 배치된 상기 알루미늄 프레임 사이를 채우는 폼 코어;를 포함하는 것을 특징으로 하며, 차체가 외피재와 내피재와 복수의 알루미늄 프레임과 폼 코어의 복합소재로 이루어짐으로써, 차량의 무게를 경감시켜 차량의 경량화를 이루면서도 충분한 강도를 확보할 수 있으며, 나아가, 공정의 단순화를 이룰수 있어 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

복합소재를 이용한 차량용 차체{body of vehicle using composite material}

본 발명은 차량의 경량화를 이루면서도 충분한 강도를 확보할 수 있는 복합소재를 이용한 차량용 차체에 관한 것이다.

자동차의 연비 효율과 배기가스를 줄이기 위해서 전기자동차 및 천연 가스차 등이 개발되고 있고, 전기자동차 및 천연가스차의 경우, 연비 효율을 개선하기 위하여 차량의 경량화가 필요하다.

특히 자동차에서는, 금속소재의 부품이 전체 무게의 70%정도를 차지하고 있으므로, 설계를 변경하여 차량의 무게를 경감시키는 데 한계가 있다.

따라서, 차량의 외관을 구성하는 차체를 금속소재가 아닌 경량재질인 복합소재로 교체하여 사용할 수 있다.

종래 복합소재를 이용한 차체 및 제조방법이 한국 등록특허 제0609280호, 한국 등록특허 제0971873호, 한국 공개특허 제2011-0045918호, 한국 공개특허 제2011-0116718호 등에 제시되어 있다.

그러나 복합소재를 이용한다고 하더라도 충분한 강성을 확보하기 어려울 뿐만 아니라 이로 인하여 차체의 무게가 무거워져 차체의 무게를 경량화하기에는 한계가 있다.

또한, 차체의 제조공정이 복잡하여 생산성이 떨어진다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 차량의 경량화를 이루면서도 충분한 강도를 확보할 수 있는 복합소재를 이용한 차량용 차체를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 접착필름(Adhesive film)과 유리섬유 프리프레그(Glass fiber prepreg)로 이루어지며, 차체의 외면을 구성하는 외피재; 유리섬유 프리프레그(Glass fiber prepreg)로 이루어지며, 상기 차체의 내면을 구성하는 내피재; 상기 외피재와 상기 내피재 사이에 마련되고, 소정 간격으로 배치되는 복수의 알루미늄 프레임; 소정 간격으로 배치된 상기 알루미늄 프레임 사이를 채우는 폼 코어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재를 이용한 차량용 차체를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 폼 코어는 발사 폼(Balsa foam)으로 이루어지되, 상기 차체의 양 사이드(SIDE)부는 발사 폼 및 폴리염화비닐 폼(PVC foam)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합소재를 이용한 차량용 차체를 제공한다.

본 발명의 복합소재를 이용한 차량용 차체에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

차체가 외피재와 내피재와 복수의 알루미늄 프레임과 폼 코어의 복합소재로 이루어짐으로써, 차량의 무게를 경감시켜 차량의 경량화를 이루면서도 충분한 강도를 확보할 수 있다.

나아가, 공정의 단순화를 이룰수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합소재를 이용한 차량용 차체의 제조방법을 도시한 순서도.
도 2는 도 1의 순서에 의해 성형되는 복합소재를 이용한 차량용 차체를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합소재를 이용한 차량용 차체의 제조에 사용되는 에프알피 몰드 구조를 도시한 사시도.
도 4는 도 3의 하형을 도시한 사시도.
도 5는 도 3의 상형을 도시한 사시도.
도 6은 도 3의 에프알피 몰드에 댐이 부착되는 것을 보여주기 위하여 도시한 사시도.
도 7은 도 3의 에프알피 몰드에 프레임이 조립되는 것을 보여주기 위하여 도시한 사시도.
도 8은 차체의 외피재를 도시한 사시도.
도 9는 차체의 내피재를 도시한 사시도.
도 10은 차체의 프레임을 도시한 사시도.
도 11은 차체의 폼 코어를 도시한 사시도.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 복합소재를 이용한 차량용 차체 및 차량용 차체 제조방법은 일실시예로 전기 버스(EV bus)와 같은 차량의 외관에 적용될 수 있으며, 특히 복합소재로 이루어지는 차체에 용이하게 적용될 수 있다.

그러나 본 발명은 지상용 전기 버스뿐만 아니라, 다양한 복합소재로 만들어지는 차체가 적용되는 차량이나 철도차량 등에도 적용될 수 있을 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 버스의 차체(100)의 외관은, 도 2에 도시한 바와 같이, 측면의 전방측에 도어가 배치되는 도어홀(110)이 형성되어 있고, 측면의 상부측에는 창문이 배치되는 창문홀(130)이 다수개 일렬로 배치되어 있다. 그리고 측면의 하단부에는 바퀴가 배치되는 바퀴홀(150)이 형성되어 있다.

상기와 같이 구성되는 차체(100)는 외피재(500)와 내피재(570)와 복수의 알루미늄 프레임(530)과 폼 코어(550)의 복합소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

외피재(500)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 차체(100)의 외면을 구성하며, 접착필름(Adhesive film)과 유리섬유 프리프레그(Glass fiber prepreg)로 이루어져 있다.

내피재(570)는, 도 9에 도시한 바와 같이, 차체(100)의 내면을 구성하며, 유리섬유 프리프레그(Glass fiber prepreg)로 이루어져 있다.

복수의 알루미늄 프레임(530)은, 도 10에 도시한 바와 같이, 외피재(500)와 내피재(570) 사이에 마련되고, 소정 간격으로 배치되어 뼈대를 이룬다.

폼 코어(Foam core, 550)는, 도 11에 도시한 바와 같이, 소정 간격으로 배치된 알루미늄 프레임(530) 사이를 채운다.

이러한 폼 코어(550)는 발사 폼(Balsa foam, 551)으로 이루어지며, 특히 차체(100)의 양 사이드(SIDE)부는 발사 폼(551) 및 폴리염화비닐 폼(PVC foam, 555)으로 이루어지는 것이 바람직하다.

즉, 폴리염화비닐 폼(555)이 차체(100)의 양 사이드부에 적층된 후 차체(100)의 전체적으로 발사 폼(551)이 적층된다.

이와 같이, 차체(100)가 외피재(500)와 내피재(570)와 복수의 알루미늄 프레임(530)과 폼 코어(550)의 복합소재로 이루어짐으로써, 차량의 무게를 경감시켜 차량의 경량화를 이루면서도 충분한 강도를 확보할 수 있으며, 공정의 단순화를 이룰수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합소재를 이용한 차량용 차체의 제조방법은 도 1과 같은 단계로 이루어질 수 있다.

먼저, 차체와 동일한 크기로 에프알피 몰드를 제작한다. (S10)

이때, 도 3에 도시한 바와 같이, 에프알피 몰드(200)는 상부가 개방된 오픈 몰드(open mold)로서, 상형(210)과 하형(250)으로 구성되도록 제작한다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 상형(210)은 차체(100) 측면에 형성되는 창문홀(130)의 하부를 이루도록 구성되도록 제작하고, 도 4에 도시한 바와 같이, 하형(250)은 창문홀(130)을 포함한 창문홀(130)의 상부를 이루도록 구성되도록 제작하는 것이 바람직하다.

나아가, 도 5에 도시한 바와 같이, 상형(210)은 제1상형(211)과 제2상형(212)의 두 부분으로 나누어지도록 제작하는 것이 더욱 바람직하다.

제1상형(211)은 차체(100)의 측면에 형성되는 도어홀(110)의 전방을 이루도록 제작하고, 제2상형(212)은 도어홀(110)을 포함한 도어홀(110)의 후방을 이루도록 제작하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상형(210)가 하형(250)으로 이루어진 에프알피 몰드(200)의 내면은 평면으로 이루어지도록 제작하는 것이 바람직하다. 즉, 차체(100) 외부에 돌출된 형상을 에프알피 몰드(200) 상에 구현하지 않고 하기에서 설명할 댐(300)과 같은 별물을 제작하여 조립할 수 있다.

상기와 같이 구성된 에프알피 몰드(200)는 다음과 같이 조립한다.

분할된 제1상형(211)과 제2상형(212)과 하형(250)을 도 3과 같은 상태가 되도록 조립한다. 즉, 차체(100)의 외관을 이룰 수 있도록 하형(250)은 하부에 배치되어 창문홀(130)을 포함한 창문홀(130)의 상부를 이루며, 제1상형(211)과 제2상형(212)은 창문홀(130)의 하부를 이룬다.

이렇게 조립된 에프알피 몰드(200)는 도어홀(110)만 개방된 상태이며, 창문홀(130)은 하형(250)의 내부면에 돌출면이 형성되어 있어 이에 의해 제조시 창문홀(130)이 형성되고, 바퀴홀(150)은 상형(210)의 내부면에 돌출면이 형성되어 있어 이에 의해 제조시 바퀴홀(150)이 형성된다.

이와 같이, 상형(210)이 제1상형(211)과 제2상형(212)의 두 부분으로 분할되어 있어, 차체(100)의 언더컷(undercut) 형상 등으로 인하여 탈형에 지장을 주는 것을 원천적으로 방지하므로 탈형이 원활하게 이루어져 작업능률이 향상되고, 생산성을 높일 수 있다.

상기와 같이 조립 완료된 에프알피 몰드(200)에 리크 테스트(Leak test)를 실시한다.

즉, 차체(100)의 양 사이드(SIDE)부에 해당하는 부분에 테스트를 실시하고, 제1상형(211)과 제2상형(212), 하형(250)의 분할면에 진공 성형(Vacuum bagging)을 실시하며, 진공 테스트기를 사용하여 진공도를 확인하여 진공 성형이 이상 없음을 확인한다.

그리고 제1상형(211)과 제2상형(212), 하형(250)의 분할면에 매칭(Matching)면이고르지 못하면 퍼팅(Puttying) 작업 및 탭핑(Tapping)을 실시한다.

다음으로, 차체(100)의 돌출된 형상을 구현하기 위하여, 도 6에 도시한 바와 같이, 에프알피 몰드(200) 내부에 다수의 댐(dam, 300)을 부착한다. (S11)

이러한 댐(300)은 순간 접착체와 같은 접착제로 에프알피 몰드(200) 내면에 부착하는 것이 바람직하며, 알루미늄(Al) 재질인 것이 바람직하다.

본 실시예에서 댐(300)은 120개 ~ 130개로 구성되어 에프알피 몰드(200) 내면에 부착하며, 차체의 돌출된 형상에 따라 댐(300)의 개수는 달라질 수 있다.

이렇게, 차체(100) 외부의 돌출된 형상을 에프알피 몰드(200) 상에 구현하지 않고, 댐(300)과 같은 별물을 제작하여 부착함으로써, 탈형이 용이하고, 제품의 표면이 우수하므로 생산성을 높일 수 있다.

나아가, 댐(300)은 에프알피 몰드(200) 내면에 접착체로 부착함으로써, 오븐에서 성형시 접착제가 녹아서 탈형이 원활하게 이루어져 작업능률을 향상시킬 수 있다.

다음으로, 에프알피 몰드(200) 내에 이형처리후 외피재(500)를 적층한다. (S20)

즉, 에프알피 몰드(200)를 아세톤 세척한 후 액상 이형제 1회, 고체왁스 3회, 액상 이형제 3회를 도포하고, 도포후 30분 동안 건조시킨다.

그 후 외피재(500)인 접착필름을 적층한 후 유리섬유 프리프레그 적층한다.

다음으로, 진공 성형(Vacuum bagging)을 실시한 다음, 오븐에서 1차 성형한다. (S21)

이때, 성형온도는 125도 정도가 적당하며, 1시간 30분 동안 오븐에서 성형하며, 오븐 예열 및 냉각시간을 포함하면 총 성형시간은 5시간 정도가 된다.

다음으로, 도 7에 도시한 바와 같이, 에프알피 몰드(200) 내에 복수의 프레임(530)을 조립한다. (S30)

프레임(530)은 경량화를 위하여 알루미늄(Al) 재질인 것이 바람직하다.

이러한 알루미늄 프레임(530)의 조립순서는 차체(100)의 루프(ROOF)부, 프론트(FRONT)부 및 리어(REAR)부, 양 사이드(SIDE)부의 순서로 조립하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 순서로 알루미늄 프레임(530)이 조립됨으로써 에프알피 몰드(200) 내면에 부착된 댐(300)과의 간섭을 피할 수 있으며, 알루미늄 프레임(530)을 각각 분리하여 조립함으로써 작업 능률을 향상시킬 수 있다.

다음으로, 에프알피 몰드(200) 내에 소정 간격으로 배치된 알루미늄 프레임(530) 사이를 채우며 폼 코어(550)를 적층한다. (S40)

즉, 차체(100)의 양 사이드부에 폴리염화비닐 폼(555)을 적층한 후 차체(100)의 전체적으로 발사 폼(551)을 적층한다.

마지막으로, 에프알피 몰드(200) 내에 내피재(570)를 적층한다. (S50)

즉, 유리섬유 프리프레그를 적층한다.

상기와 같이 외피재(500), 프레임(530), 폼 코어(550), 내피재(570)는 오븐 성형을 통하여 2차 성형이 이루어진다. (S60)

즉, 진공 성형(Vacuum bagging)을 실시한 다음, 오븐에서 2차 성형한다. 이때, 성형온도는 125도 정도가 적당하며, 1시간 30분 동안 오븐에서 성형하며, 오븐 예열 및 냉각시간을 포함하면 총 성형시간은 5시간 정도가 된다.

이렇게 오븐에서 성형할 때 댐(300)의 부착시 사용한 접착제가 녹아서 탈형이 유리하다.

다음으로, 2차 성형이 이루어진 차체(100)는 탈형이 이루어진다. (S70)

탈형 순서는 먼저 제1상형(211)을 탈형하고, 제2상형(212)을 탈형한 다음, 하형(250)으로부터 성형된 차체(100)를 탈형한다.

마지막으로 탈형된 차체(100)는 도장 등을 실시하여 완성된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

100 : 차체 110 : 도어홀
130 : 창문홀 150 : 바퀴홀
200 : 에프알피 몰드 210 : 상형
211 : 제1상형 212 : 제2상형
250 : 하형 300 : 댐
500 : 외피재 530 : 알루미늄 프레임
550 : 폼 코어 570 : 내피재

Claims

접착필름(Adhesive film)과 유리섬유 프리프레그(Glass fiber prepreg)로 이루어지며, 차체의 외면을 구성하는 외피재;
유리섬유 프리프레그(Glass fiber prepreg)로 이루어지며, 상기 차체의 내면을 구성하는 내피재;
상기 외피재와 상기 내피재 사이에 마련되고, 소정 간격으로 배치되는 복수의 알루미늄 프레임;
소정 간격으로 배치된 상기 알루미늄 프레임 사이를 채우는 폼 코어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재를 이용한 차량용 차체.
제1항에 있어서,
상기 폼 코어는 발사 폼(Balsa foam)으로 이루어지되,
상기 차체의 양 사이드(SIDE)부는 발사 폼 및 폴리염화비닐 폼(PVC foam)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합소재를 이용한 차량용 차체.