KR20140139734A - 복합재를 이용한 차량용 구조체 - Google Patents

복합재를 이용한 차량용 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복합재를 이용하여 제조한 성형물에 언더컷이 발생하지 않도록 하여, 탈형이 용이하게 이루어지도록 하는 복합재를 이용한 차량용 구조체에 관한 것으로, 프리프레그 등의 복합재를 이용하여 본체를 성형할 때, 본체의 외측에 별도의 형상이 돌출되어 있지 아니하여, 언더컷 없이 본체 성형을 완성할 수 있으며, 이에 따라, 본체가 몰드에서 용이하게 탈형되는 효과가 있다.

Description

복합재를 이용한 차량용 구조체{STRUCTURE FOR VEHICLE USING COMPOSITE MATERIALS}
본 발명은 복합재를 이용한 차량용 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복합재를 이용하여 제조한 성형물에 언더컷이 발생하지 않도록 하여, 탈형이 용이하게 이루어지도록 하는 복합재를 이용한 차량용 구조체에 관한 것이다.
최근, 환경 규제의 강화 및 지속적인 고유가 등으로 인하여, 자동차, 항공, 우주 등 각종 산업에서 기존의 금속소재를 대체할 경량 소재가 요구되어 왔으며, 이에 따라, 많은 복합 재료 제조 기술이 개발되어 왔다. 특히, 전기 자동차에 있어서, 차량의 경량화는 단순 연료 감소의 차원이 아닌, 필요 전지 용량 및 모터 크기 감소를 가져와 동력 성능 및 항속거리를 증대할 수 있어, 전기 자동차 등 차량을 중심으로 복합재 관련 연구가 지속되어 왔다.
이러한 금속 대체재로서의 복합재로는, 글라스파이버를 사용한 복합재, 카본파이버를 사용한 복합재, 섬유강화 플라스틱(FRP) 등이 대표적으로 제안되고 있으며, 이를 생산하기 위한 대표적인 공법은 수지가 미리 함침되어 있는 프리프레그(Prepreg)를 적층한 후, 고온/고압에서 성형하는 방식이 주로 사용되고 있다.
한편, 프리프레그는 섬유 강화 복합재료용의 중간 기재로, 강화섬유에 매트릭스 수지 결합재를 예비 함침한 성형 재료로서, 프리프레그를 적층하여 가열·가압하여 수지를 경화시키는 것으로 성형품이 형성된다. 프리프레그에 사용되는 강화섬유로는 주로 탄소섬유, 유리섬유 등이 있으며, 결합재로는 에폭시수지, 열가소성수재 등이 있다. 프리프레그를 이용하여 생산된 복합재료는 타 재료에 비해 강도, 강성도, 내식성, 피로수명, 내마모성, 내충격성, 경량화 등의 다양한 특징이 있어, 그 수요가 점차 증가하고 있다.
이러한 프리프레그를 이용하여 복합재를 제조하는 방법은 먼저, 몰드에 프리프레그를 여러 겹 적층한 후 진공호스를 연결하여 진공백을 실시한다. 그러면 프리프레그 각층간의 틈이 없어지고 완전하게 접합할 수 있게 되어 진공발생이 억제된다. 그 후, 진공오븐에 진공백이 완료된 몰드를 삽입하여 수지를 경화시킨다. 경화가 완료되면, 진공오븐을 자연냉각시킨 후, 성형물을 탈형시켜서 제품이 완성된다.
도 1은 종래 차량용 복합재 제품을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래 복합재 제품은 차체를 덮는 커버 등으로 사용되는 것으로, 본체(10)와 브라켓부재(20)를 포함한다.
본체(10)는 판형으로 형성되는 중앙부(12)와, 상기 중앙부(12)의 테두리를 따라 일체로 구비되는 제 1, 2, 3 측벽부(14, 15, 16)를 포함하고, 중앙부(12)와 제 1, 2, 3 측벽부(14, 15, 16) 사이에 차체 등이 수용되도록 수용부(18)가 구비된다.
브라켓부재(20)는 본체(10)가 차체 또는 다른 커버와 연결되도록 하기 위한 것으로, 제 1 브라켓(22), 제 2 브라켓(24), 제 3 브라켓(26)을 포함한다. 제 1 브라켓(22)은 제 1 측벽부의 외측에 돌출되도록 일체로 구비되고, 제 2 브라켓(24)은 제 2 측벽부의 양측에서 그 외측 방향으로 돌출되도록 한 쌍으로 일체로 구비되며, 제 3 브라켓(26)은 제 3 측벽부의 외측에 돌출되도록 일체로 구비된다. 그리고 제 1, 2, 3 브라켓(22, 24, 26)에는 각각 제 1, 2, 3 통공(22a, 24a, 26a)이 형성되며, 상기 제 1, 2, 3 통공(22a, 24a, 26a)에 볼트 등의 고정구가 결합된다.
한편, 이러한 종래 복합재 제품을 프리프레그를 이용하여 제조하게 되면, 몰드에서 경화가 완료된 성형물의 본체(10)에 일체로 돌출되도록 형성된 제 1, 2, 3 브라켓(22, 24, 26)에 의하여 언더컷(C)이 발생하며, 이에 따라 탈형이 불가능한 문제점이 있다.
등록특허 제10-0971873호
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 프리프레그 등의 복합재를 이용하여 제조한 성형물에 언더컷이 발생하지 않도록 하여, 탈형이 용이하게 이루어지도록 하는 복합재를 이용한 차량용 구조체를 제공하도록 하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 강화섬유에 합성수지를 함침한 프리프레그로 성형되며 내부에 수용부가 구비되고 일측이 개방되는 본체; 및 강화섬유에 합성수지를 함침한 프리프레그로 성형되며 상기 본체의 일측에 돌출되도록 결합되는 하나 이상의 브라켓을 포함하고, 상기 본체와 상기 브라켓은 상호 접착 결합되는 것을 특징으로 하는 복합재를 이용한 차량용 구조체를 제공한다.
또한, 상기 강화섬유는 탄소섬유, 유리섬유 및 아라미드섬유 중에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재를 이용한 차량용 구조체를 제공한다.
또한, 상기 본체는, 판형으로 형성되는 중앙부와, 상기 중앙부의 테두리를 따라 돌출 형성되는 하나 이상의 측벽부를 포함하고, 상기 중앙부와 상기 측벽부 사이의 공간에 상기 수용부가 구비되는 것을 특징으로 하는 복합재를 이용한 차량용 구조체를 제공한다.
또한, 상기 브라켓은, 상기 측벽부의 내면에 결합되는 결합부와, 상기 결합부에서 상기 측벽부의 외측 방향으로 연장되는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재를 이용한 차량용 구조체를 제공한다.
또한, 상기 브라켓의 상기 연장부에는 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 복합재를 이용한 차량용 구조체를 제공한다.
본 발명에 따른 복합재를 이용한 차량용 구조체는 프리프레그 등의 복합재를 이용하여 본체를 성형할 때, 본체의 외측에 별도의 형상이 돌출되어 있지 아니하므로, 언더컷 없이 본체 성형을 완성할 수 있으며, 이에 따라, 본체가 몰드에서 용이하게 탈형되는 효과가 있다.
도 1은 종래 차량용 복합재 제품을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재를 이용한 차량용 구조체의 본체에 브라켓이 결합되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재를 이용한 차량용 구조체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재를 이용한 차량용 구조체의 본체와 브라켓부재가 결합된 상태를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재를 이용한 차량용 구조체를 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재를 이용한 차량용 구조체의 본체에 브라켓이 결합되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재를 이용한 차량용 구조체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재를 이용한 차량용 구조체는 차체 또는 각종 부속품을 커버 또는 보호하는 것으로, 본체(100)와 브라켓부재(200)를 포함한다. 본체(100)와 브라켓부재(200)는 프리프레그를 이용하여 각각 별도로 형성된 후, 상호 결합된다.
본체(100)는 판형으로 형성되는 중앙부(110)와, 상기 중앙부(110)의 테두리를 따라 일체로 돌출 형성되는 하나 이상의 측벽부를 포함한다. 예를 들면, 중앙부(110)는 사각 형상으로 형성되어 그 테두리를 따라 4개의 측부를 구비하고, 상기 4개의 측부 중 3개의 측부에 제 1, 2, 3 측벽부(120, 130, 140)가 일체로 돌출 형성된다. 그리고 제 1, 2, 3 측벽부(120, 130, 140) 사이는 상호 일체로 연결되어, 중앙부(110)와 제 1, 2, 3 측벽부(120, 130, 140) 사이에 차체, 부속품 등이 수용되도록 수용부(150)가 구비된다.
이러한 본체(100)는 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 등의 강화섬유에 합성수지를 함침한 공지의 프리프레그로 성형되는데, 이때, 몰드에서 성형된 성형물 즉, 본체(100)의 제 1, 2, 3 측벽부(120, 130, 140)에는 그 외측에 별도의 형상이 돌출되어 있지 아니하므로, 언더컷 없이 성형물을 완성할 수 있으며, 이에 따라, 본체(100)는 몰드에서 용이하게 탈형될 수 있게 된다.
브라켓부재(200)는 본체(100)가 차체, 부속품 또는 다른 커버 등과 연결되도록 하는 것으로, 하나 또는 다수 개로 구성된다. 예를 들면 브라켓부재(200)는 제 1 브라켓(210), 제 2 브라켓(220) 및 제 3 브라켓(230)을 포함한다. 제 1 브라켓(210)은 본체(100)의 제 1 측벽부(120)에 결합되는 것으로, 제 1 측벽부(120) 내면에 결합되는 제 1 결합부(212)와, 상기 제 1 결합부(212)에서 제 1 측벽부(120)의 외측 방향으로 돌출되는 제 1 연장부(214)를 포함한다. 그리고 제 1 연장부(214)에는 제 1 관통공(214a)이 형성된다. 제 2 브라켓(220)은 한 쌍으로 구성되어 제 2 측벽부(130)의 양측에 결합되는 것으로, 제 2 측벽부(130)의 내면 양측에 결합되는 한 쌍의 제 2 결합부(222)와, 제 2 결합부(222)에서 제 2 측벽부(130)의 외측 방향으로 돌출되는 한 쌍의 제 2 연장부(224)를 포함한다. 그리고 각각의 제 2 연장부(224)에는 제 2 관통공(224a)이 형성된다. 제 3 브라켓(230)은 본체(100)의 제 3 측벽부(140)에 결합되는 것으로, 제 3 측벽부(140) 내면에 결합되는 제 3 결합부(232)와, 상기 제 3 결합부(232)에서 제 3 측벽부(140)의 외측 방향으로 돌출되는 제 3 연장부(234)를 포함한다. 그리고 제 3 연장부(234)에는 제 3 관통공(234a)이 형성된다.
이러한 브라켓부재(200)는 본체(100)와 마찬가지로, 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 등의 강화섬유에 합성수지를 함침한 공지의 프리프레그로 성형된다. 그리고 제 1, 2, 3 브라켓의 제 1, 2, 3 결합부(212, 222, 232)는 제 1, 2, 3 측벽부(120, 130, 140)의 내면에 결합되는데, 이때, 제 1, 2, 3 브라켓의 제 1, 2, 3 결합부(212, 222, 232)와 제 1, 2, 3 측벽부(120, 130, 140)는 상호 동일한 재질 즉, 프리프레그로 성형되므로, 이러한 재질을 견고하게 접착시키는 에폭시 성분 등이 함유된 접착제를 이용하여 상호 견고하게 접착 결합시킨다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재를 이용한 차량용 구조체의 본체와 브라켓부재가 결합된 상태를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본체(100)의 제 1 측벽부(120)에 브라켓부재(200)의 제 1 브라켓(210)이 결합된다. 이때, 제 1 브라켓(210)의 제 1 결합부(212)가 제 1 측벽부(120)의 내면에 밀착되며, 접착제에 의하여 상호 견고하게 결합된다. 그리고 제 1 결합부(212)의 상부에 제 1 연장부(214)가 제 1 측벽부(120)의 외측 방향으로 일체로 돌출되어 있으며, 제 1 연장부(214)의 중앙에 제 1 관통공(214a)이 형성된다. 상기 관통공에는 볼트, 쐐기 등 공지의 체결부재(미도시)가 삽입되어, 본체(100)를 차체, 부속품 또는 다른 커버 등과 견고하게 연결시킨다.
한편, 상기 도 4에서는 설명의 편의상 본체(100)의 제 1 측벽부(120)에 브라켓부재(200)의 제 1 브라켓(210)이 결합되는 상태를 기준으로 설명하였으나, 본체(100)의 제 2, 3 측벽부(130, 140: 도 2 도시) 및 브라켓부재(200)의 제 2, 3 브라켓(220, 230: 도 2 도시) 간의 결합관계도 모두 동일하다.
본 발명은 상기 실시예에서 상세히 설명되었지만, 본 발명을 이로 한정하지 않음은 당연하고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.
100: 본체 110: 중앙부
120: 제 1 측벽부 130: 제 2 측벽부
140: 제 3 측벽부 150: 수용부
200: 브라켓부재 210: 제 1 브라켓
212: 제 1 결합부 214: 제 1 연장부
214a: 제 1 관통공 220: 제 2 브라켓
222: 제 2 결합부 224: 제 2 연장부
224a: 제 2 관통공 230: 제 3 브라켓
232: 제 3 결합부 234: 제 3 연장부
234a: 제 3 관통공

Claims (5)

  1. 강화섬유에 합성수지를 함침한 프리프레그로 성형되며 내부에 수용부가 구비되고 일측이 개방되는 본체; 및
    강화섬유에 합성수지를 함침한 프리프레그로 성형되며 상기 본체의 일측에 돌출되도록 결합되는 하나 이상의 브라켓을 포함하고,
    상기 본체와 상기 브라켓은 상호 접착 결합되는 것을 특징으로 하는 복합재를 이용한 차량용 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강화섬유는 탄소섬유, 유리섬유 및 아라미드섬유 중에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재를 이용한 차량용 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체는,
    판형으로 형성되는 중앙부와, 상기 중앙부의 테두리를 따라 돌출 형성되는 하나 이상의 측벽부를 포함하고, 상기 중앙부와 상기 측벽부 사이의 공간에 상기 수용부가 구비되는 것을 특징으로 하는 복합재를 이용한 차량용 구조체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 브라켓은,
    상기 측벽부의 내면에 결합되는 결합부와, 상기 결합부에서 상기 측벽부의 외측 방향으로 연장되는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재를 이용한 차량용 구조체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 브라켓의 상기 연장부에는 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 복합재를 이용한 차량용 구조체.
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