KR20130106313A - 자동차의 섬유 복합 부품, 섬유 복합 부품용 설치 부품 및 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
자동차의 섬유 복합 부품을 자동차의 하나 이상의 인접 구성 부품에 부착시키는 설치 부품(11)으로서, 상기 설치 부품은 리브 및/또는 웨브 및/또는 돌출부 및/또는 함몰부를 형성하도록 3차원으로 형상화되며, 상기 설치 부품(11)은 섬유 복합 재료로 제조된다.
Description
본 발명은 자동차의 섬유 복합 부품을 자동차의 하나 이상의 인접 구성 부품에 부착하기 위한 설치 부품에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 섬유 복합 부품, 상기 설치 부품의 제조 방법 및 섬유 복합 부품의 제조 방법에 관한 것이다.
탄소 섬유 강화 중합체 또는 유리 섬유 강화 중합체로 만들어진 섬유 복합 부품들은 중량 감소를 이루기 위해 자동차들에서 점점 더 많이 사용되고 있다. 따라서 섬유 복합 부품들을 자동차의 하나 이상의 인접 구성 부품에 연결할 필요가 있다. 이를 위해, 인서트라고도 불리는 각각의 섬유 복합 부품 내에 결합된 설치 부품들이 사용된다. 종래 기술에 의하면, 섬유 복합 부품 내에 결합된 이들 설치 부품들은 금속으로, 특히 알루미늄으로 이루어진다.
섬유 복합 부품을 자동차의 인접 구성 부품에 부착하기 위하여 섬유 복합 부품들에 이러한 금속성 설치 부품들을 사용하는 경우, 설치 부품들을 섬유 복합 부품 내에 삽입하기 전에 설치 부품들을 접착 촉진제 또는 부식 방지제로 코팅할 필요가 있다. 따라서, 제조 비용이 증가하게 된다.
금속 설치 부품들과 더불어 섬유 복합 부품들을 보여주는 공지 기술이 WO 2011/051227 A1에 개시되어 있다.
이에 기초하여 본 발명의 과제는 자동차의 섬유 복합 부품을 자동차의 하나 이상의 인접 구성 부품에 부착하기 위한 새로운 유형의 설치 부품과, 새로운 유형의 섬유 복합 부품과, 상기 설치 부품 및 상기 섬유 복합 부품의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구범위 제1항에 따른 자동차의 섬유 복합 부품을 자동차의 하나 이상의 인접 구성 부품에 부착하기 위한 설치 부품에 의해 해결된다. 본 발명에 따른 설치 부품은 섬유 복합 재료로 제조된다.
본 발명은 자동차의 섬유 복합 부품을 인접 구성 부품에 부착하기 위한, 섬유 복합 부품 내에 결합되거나 매립된 섬유 복합 부품들용 설치 부품들 자체가 섬유 복합 재료로 제조된다는 것을 처음으로 제시한다. 따라서, 공지 기술에서와 같이, 설치 부품들을 섬유 복합 부품 내에 결합시키기 전에 접착 촉진제 및 부식 방지제로 코팅하는 것이 더 이상 필요하지 않다. 이로써, 제조 비용이 줄어든다. 게다가, 섬유 복합 부품과 설치 부품들이 동일한 유형의 재료이기 때문에, 설치 부품들과 섬유 복합 부품 사이의 긴밀한 결합이 보장될 수 있다
바람직하게 설치 부품은 상대적으로 짧은 섬유들을 갖는 탄소 섬유 강화 중합체 또는 유리 섬유 강화 중합체로 제조되며 상대적으로 짧은 섬유들은 3mm 내지 100mm의 길이를 가지며, 바람직하게는 20mm 내지 80mm의 길이를 갖는다. 설치 부품용으로 상대적으로 짧은 섬유들의 규정된 길이는, 한편으로 설치 부품의 충분한 강도를 보장하고, 다른 한편으로 금속성 설치 부품들과 유사한 3차원 형상의 제공을 가능케 한다.
본 발명의 유리한 추가 실시예에 따르면, 설치 부품은 30용적% 내지 70용적%의, 특히 40용적% 내지 65용적%의 섬유들과, 추가로 70용적% 내지 30용적%의, 특히 60용적% 내지 35용적%의 열경화성 중합체를 포함한다. 섬유들 및 열경화성 중합체의 설치 부품의 이러한 조성은 설치 부품들의 고강도를 보장하는데 유리하다.
이러한 설치 부품을 제조하기 위하여, 청구범위 제10항에 따르면, 먼저 중합체와 섬유들의 액체 또는 유동성 혼합물을 준비하고, 설치 부품용 3차원 형상 몰드안에 이 혼합물을 충전하고, 이어서 몰드를 닫은 후에 설치 부품을 규정 온도와 규정 압력에서 규정 시간 동안 경화시킨다. 상기 방법에 의해 간단한 수단으로 섬유 복합 재료로부터 충분한 강도를 가진 3차원 형상 설치 부품들을 제조할 수 있게 된다. 본 명세서에서 용어 "유동성"은 혼합물이 실온에서 이미 유동 가능하다는 것을 의미하지는 않는다. 오히려, 측량된 상응하는 양으로 몰드에 충전되는 혼합물은 실온에서 예를 들면, 플레이트로서 제공될 수 있다. 몰드가 일단 닫히면, 3차원 형상의 설치 부품에 따른 혼합물의 상응하는 분배가 온도 및 압력에 근거하여 이루어진다.
바람직하게는, 설치 부품은 몰드에서 0.5 분 내지 10 분 동안에 100℃ 내지 200℃의 온도에서 100바(bar)를 초과하는 압력으로 경화된다. 이러한 공정 매개변수들이 유리하며, 공구는 바람직하게는 설치 부품의 경화 동안 등온 가열된다.
본 발명에 따른 섬유 복합 부품은 청구범위 제7항에 규정되며 섬유 복합 부품의 제조 방법은 제13항에 규정된다.
본 발명의 바람직한 추가 실시예들은 종속항들 및 다음의 상세한 설명으로부터 유도된다. 본 발명의 실시예들은 도면에 제한됨이 없이 도면을 참고하여 설명된다.
본 발명에 따르면, 자동차의 섬유 복합 부품을 자동차의 하나 이상의 인접 구성 부품에 부착하기 위한 새로운 유형의 설치 부품과, 새로운 유형의 섬유 복합 부품과, 상기 설치 부품 및 상기 섬유 복합 부품의 제조 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차의 섬유 복합 부품의 결합된 설치 부품 구역에서의 상세 단면도이다.
도 2는 제1 설치 부품의 다른 사시도이다.
도 3은 제2 설치 부품의 다른 사시도이다.
도 2는 제1 설치 부품의 다른 사시도이다.
도 3은 제2 설치 부품의 다른 사시도이다.
본 발명은 자동차의 섬유 복합 부품을 자동차의 하나 이상의 인접 구성 부품에 부착하기 위한 설치 부품에 관한 것이며, 이러한 설치 부품은 각각의 섬유 복합 부품 내에 결합되거나 매립되므로, 인서트라고도 불린다.
또한, 본 발명은 하나 이상의 이러한 설치 부품을 구비한 자동차의 섬유 복합 부품뿐 아니라, 상기 설치 부품과 상기 섬유 복합 부품의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 설치 부품(11)이 섬유 복합 부품(10) 내에 결합되거나 매립된 구역에서의 자동차의 섬유 복합 부품(10)에 대한 부분 개략 단면도이며, 이때 상기 설치 부품은 섬유 복합 부품(10)을 하나 이상의 인접 구성 부품에 부착하기 위해 사용된다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 설치 부품(11)은 섬유 복합 부품(10) 내에 결합되거나 매립되고, 내부 나사산(13)을 갖는 홈(12)이 설치 부품(11)안으로 절삭되어 있어, 섬유 복합 부품(10)은 설치 부품(11)을 통해 인접 구성 부품에 직접 나사 체결되는 것이 보장된다.
위와 대조적으로, 내부 나사산을 갖는 나사 부시가 홈(12) 안으로 삽입되어, 섬유 복합 부품(11)이 나사 부시를 통해 인접 구성 부품에 간접적으로 나사 체결되는 것도 가능하다.
섬유 복합 부품(10) 내에 결합된 상기 설치 부품 부품(11)은 리브 및/또는 웨브 및/또는 돌출부 및/또는 함몰부를 갖는 3차원 형상의 설치 부품(11)이다. 도 2 및 도 3은 상이한 사시도로서 3차원 형상의 설치 부품들(11' 및 11")을 각각 도시하며, 상기 설치 부품들은 리브(14) 및/또는 웨브(15) 및/또는 돌출부(16) 및/또는 함몰부(17)를 형성하도록 3차원으로 형상화되어 있다.
본 발명의 의미에서, 섬유 복합 부품용 설치 부품들(11, 11' 또는 11")은 섬유 복합 재료, 즉 상대적으로 짧은 섬유들을 갖는 탄소 섬유 강화 중합체 또는 유리 섬유 강화 중합체로 제조된다. 탄소 섬유 강화 중합체 또는 유리 섬유 강화 중합체는 바람직하게는 열경화성 중합체, 특히 에폭시 수지 또는 비닐-에스테르 수지 또는 폴리우레탄이다.
설치 부품(11, 11' 또는 11")의 상대적으로 짧은 섬유들은 3mm 내지 100mm의 길이를 갖는다. 바람직하게 설치 부품(11, 11' 또는 11")의 상대적으로 짧은 섬유들은 20mm 내지 80mm의 길이를 갖는다.
본 발명의 제1 변형에 따르면, 설치 부품(11, 11' 또는 11")은 오직 하나의 길이를 갖는 섬유들을 포함한다. 예를 들면, 설치 부품(11, 11' 또는 11")은 오직 하나의 길이를 갖는 단섬유들, 즉 25mm 또는 70mm 또는 75mm의 길이의 섬유들을 포함한다.
본 발명의 제2 변형에 따르면, 각각의 설치 부품(11, 11' 또는 11")은 둘 이상의 상이한 길이의 상대적으로 짧은 섬유들, 예를 들면 길이 25mm의 제1 섬유들과 길이 50mm의 제2 섬유들을 포함한다. 유사하게 설치 부품(11, 11' 또는 11")은 길이 10mm의 제1 섬유들과 길이 75mm의 제2 섬유들을 포함할 수 있다.
설치 부품에 상이한 길이의 섬유들을 사용하면, 한편으로는 각각의 설치 부품(11, 11' 또는 11")에 충분한 강도를 제공하고 다른 한편으로는 상기 부품의 임의의 원하는 3차원 형상화를 가능케 하기 때문에 유리하다.
바람직하게, 각각의 설치 부품(11, 11' 또는 11")은 30용적% 내지 70용적%의 섬유들과, 70용적% 내지 30용적%의 열경화성 중합체를 포함한다.
특히, 설치 부품(11, 11' 또는 11")은 40용적% 내지 65용적%의 섬유들과, 60용적% 내지 35용적%의 열경화성 중합체, 특히 에폭시 수지를 포함한다.
본 발명은 자동차의 섬유 복합 부품(10)용으로 처음으로 자체가 섬유 복합 재료로 제조된 설치 부품들(11, 11' 또는 11")을 제안한다. 상대적으로 짧은 섬유들은 중합체와 함께 규정된 혼합비로 각각의 설치 부품(11, 11' 또는 11")에 사용된다. 이로써, 충분히 높은 강도를 갖는 공지기술로 알려진 금속 설치 부품들의 3차원 형상을 갖는, 섬유 복합 재료로 이루어진 3차원 형상의 설치 부품들이 제조될 수 있다.
따라서, 이미 언급한 바와 같이, 섬유 복합 부품(10) 및 그 내부에 결합된 상기 설치 부품(11, 11' 또는 11")은 각각 하나의 섬유 복합 재료로 제조되며, 섬유 복합 부품(10) 및 설치 부품(11, 11' 또는 11")에는 상이한 길이의 동일한 섬유 재료 및 동일한 재료의 중합체, 특히 열경화성 중합체가 사용된다. 섬유 복합 부품(10)의 섬유들은, 특히 상대적으로 긴 연속 섬유들, 즉 상대적으로 긴 탄소 섬유들 또는 유리 섬유들이다.
각각의 설치 부품(11, 11' 또는 11")을 제조하기 위해, 먼저 중합체 및 섬유들의 액체 혼합물, 특히 점성 혼합물 또는 유동성 혼합물이 제조된다. 이 혼합물은 바람직하게는 30용적% 내지 70용적%의 섬유들을 포함하고, 나머지는 중합체, 특히 열경화성 중합체를 포함한다. 특히, 이 혼합물은 40용적% 내지 65용적%의 섬유들을 포함하고, 나머지는 중합체, 특히 에폭시 수지를 포함한다.
이 혼합물을 칭량하고 칭량된 혼합물을 설치 부품용 3차원 형상 몰드에 충전한다. 이어서, 설치 부품(11, 11' 또는 11")용 몰드를 닫고, 가열된 몰드를 이용하는 성형 공정에서 설치 부품을 경화시키며, 상기 몰드에서의 경화는 규정 온도와 규정 압력에서 규정 시간 동안 이루어진다. 특히, 설치 부품(11, 11' 또는 11")의 경화는 100℃ 내지 200℃의 온도와 100바를 초과하는 압력에서 0.5분, 즉 30초 내지 10분의 시간 동안에 등온 가열된 몰드에서 이루어진다.
섬유 복합 부품(10)을 제조하기 위해서는, 위와 같이 제조된 설치 부품들(11, 11' 또는 11")을 섬유 복합 부품용 비경화 반제품 내에 위치시키며, 이때 반제품은 섬유와 열경화성 중합체의 소위 프리프레그이거나 섬유들 만으로 구성된 건조 반제품일 수 있으며, 설치 부품들을 위치시킨 후에 열경화성 중합체, 특히 에폭시 수지를 이 반제품 내에 주입한다. 이어서, 결합되거나 매립된 그리고 이미 경화된 설치 부품들(11, 11' 또는 11")을 갖는 섬유 복합 부품을 경화시킴으로써, 설치 부품들(11, 11' 또는 11")은 섬유 복합 부품(10)의 동일 재료의 중합체와 긴밀한 결합을 형성한다.
Claims (13)
- 자동차의 섬유 복합 부품을 자동차의 하나 이상의 인접 구성 부품에 부착하기 위한 설치 부품(11, 11', 11")으로서, 상기 설치 부품이 리브, 웨브, 돌출부 및 함몰부 중 하나 이상을 형성하도록 3차원으로 형상화되는, 자동차의 섬유 복합 부품용 설치 부품에 있어서,
상기 설치 부품(11, 11', 11")은 섬유 복합 재료로 제조된 것을 특징으로 하는, 자동차의 섬유 복합 부품용 설치 부품. - 제1항에 있어서, 상기 설치 부품은 상대적으로 짧은 섬유들을 갖는 탄소 섬유 강화 중합체 또는 유리 섬유 강화 중합체로 제조되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 섬유 복합 부품용 설치 부품.
- 제2항에 있어서, 상기 상대적으로 짧은 섬유들은 3mm 내지 100mm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는, 자동차의 섬유 복합 부품용 설치 부품.
- 제3항에 있어서, 상기 설치 부품은 오직 하나의 길이를 갖는 섬유들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차의 섬유 복합 부품용 설치 부품.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 설치 부품은 둘 이상의 상이한 길이를 갖는 섬유들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차의 섬유 복합 부품용 설치 부품.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 설치 부품(11, 11', 11")은 30용적% 내지 70용적%의 섬유들과, 70용적% 내지 30용적%의 열경화성 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차의 섬유 복합 부품용 설치 부품.
- 섬유 복합 부품을 자동차의 하나 이상의 인접 구성 부품에 부착하기 위해 상기 섬유 복합 부품 내에 결합되거나 매립된 하나 이상의 설치 부품(11, 11', 11")을 갖는 자동차의 섬유 복합 부품(10)으로서, 상기 설치 부품은 리브, 웨브, 돌출부 및 함몰부 중 하나 이상을 형성하도록 3차원으로 형상화되는, 자동차의 섬유 복합 부품에 있어서,
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 설치 부품(11, 11', 11")이 형성되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 섬유 복합 부품. - 제7항에 있어서, 상기 섬유 복합 부품은 상대적으로 긴 섬유들을 갖는 탄소 섬유 강화 복합 재료 또는 유리 섬유 강화 복합 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 섬유 복합 부품.
- 제7항에 있어서, 상기 섬유 복합 부품 및 상기 설치 부품들은 동일한 재료의 섬유이지만 상이한 길이의 섬유 및 동일한 재료의 열경화성 중합체로 제조되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 섬유 복합 부품.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 설치 부품의 제조 방법으로서, 먼저 중합체와 섬유들의 액체 또는 유동성 혼합물을 준비하고, 설치 부품용 3차원 형상 몰드안에 상기 혼합물을 충전하고, 이어서 몰드를 닫은 후에 설치 부품을 규정 온도와 규정 압력에서 규정 시간 동안 경화시키는, 설치 부품의 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 설치 부품은 상기 몰드에서 0.5 분 내지 10 분 동안 100℃ 내지 200℃의 온도에서 100바를 초과하는 압력으로 경화되는 것을 특징으로 하는, 설치 부품의 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 액체 또는 유동성 혼합물은 30용적% 내지 70용적%의 섬유들과, 70용적% 내지 30용적%의 열경화성 중합체를 포함하며, 상기 섬유들은 3mm 내지 100mm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는, 설치 부품의 제조 방법.
- 자동차의 섬유 복합 부품의 제조 방법으로서, 먼저 섬유 복합 부품을 자동차의 하나 이상의 인접 구성 부품에 부착하기 위한 설치 부품들을 제10항에 따른 방법으로 제공하고, 그 후에 경화된 설치 부품들을 섬유 복합 부품용 비경화 반제품 내에 위치시킨 다음, 섬유 복합 부품을 경화시키는, 섬유 복합 부품의 제조 방법.
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