KR20190032422A - 휠 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 디스크 및 림을 포함하는 휠(wheel)에 관한 것으로서, 상기 림은 금속 부분 및 상기 림의 금속 부분의 외측 표면 상에 존재하는 연속 섬유 강화된 복합체 부분을 포함하며, 이때 상기 연속 섬유 강화된 복합체 부분은 180℃ 이상의 용융 온도를 가진 반-결정성 폴리아미드를 포함한다. 본 발명은 또한 휠을 제조하는 방법 뿐만 아니라 휠의 제조에 사용되는 테이프에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 금속 디스크 및 금속 부분을 포함하는 림(rim)을 포함하는 휠(휠)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이들 휠을 제조하는 방법에 관한 것이다.
자동차 및 트럭용 자동차 산업을 위한 휠은 코너링 피로, 림 롤링 피로, 2 축 피로, 13° 충격 및 휠 강성과 같은 내구성 시험, (예컨대, 연료 및 풍화에 대한) 내식성 요건뿐 아니라, 차량 역학, 일체성(integrity) 및 규제와 같은 여러 요건를 충족시켜야 한다. 자동차 산업에 사용되는 휠은 일반적으로 예컨대 자전거용 휠과 구별하기 위해 적어도 200kg의 휠 부하 용량을 갖는다.
이산화탄소 배출을 줄이기 위해서는 휠의 기능, 안전성 및 내구성을 손상시키지 않고 휠을 최대한 가볍게 만드는 것이 중요하다. 최근 휠은 이러한 특성을 보장하기 위해 금속으로 구성된다. 그러나 금속은 다소 무거운 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 최소한 내구성 및 기능성을 손상시키지 않으면서 더 경량일 수 있는 휠을 제공하는 것이다.
놀랍게도, 이 목적은, 금속 디스크와, 금속 부분 및 상기 금속 부분의 외측 표면 상에 존재하는 연속 섬유 강화된 복합체 부분을 포함하는 림을 포함하며, 이때 상기 연속 섬유 강화된 복합체 부분은 180℃ 이상의 용융 온도를 갖는 반(semi)-결정성 폴리아미드를 포함하는 휠에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 휠은 종래의 금속 휠보다 더 가벼우면서도, 자동차 및 트럭에 대한 최근의 요건에 대해 충분한 내구성을 제공한다. 본 발명에 따른 휠은 보다 양호한 연료 효율을 가능하게 하여 이산화탄소 배출을 감소시킨다. 상기 휠은 또한 예를 들어 정밀 조향(steering), 개선된 선회(turning-in) 특성, 보다 응답성인 가속 및 제동과 같은 개선된 주행 거동을 허용할 수 있다. 상기 휠은 더 좋은 노면 접촉을 허용하여, 일반적인 안전성을 향상시킨다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 휠의 수명은, 최대 속도 또는 최대 거리와 같은 기능 요건을 희생시킬 필요 없이 완전 금속 휠에 필적할 만하다. 본 발명에 따른 휠은 공지된 금속 휠의 완전 대체품으로서 사용될 수 있으며, 이에 따라 차량의 수명 동안의 중량 감소를 완전한 이점으로 갖는다.
휠
본 발명에 따른 휠은, 금속 디스크 및 림을 포함하며, 상기 림은 금속 부분 및 연속 섬유 강화된 복합체 부분을 포함한다.
금속 디스크는 당업자에게 공지된 부품이며 예를 들어 강 또는 알루미늄으로 제조될 수 있다.
금속 디스크 및 금속 부분을 포함하는 림은 하나의 부품으로 제조될 수 있으며, 이는, 금속이 알루미늄인 휠의 경우에서 전형적일 수 있다. 그러나, 금속 디스크 및 금속 부분을 포함하는 림은 두 부분으로부터 조립될 수 있으며, 이는, 금속이 강철인 휠의 경우가 일반적이다.
림의 금속 부분의 외측 표면은, 디스크가 존재하는 면과 대조적으로, 타이어를 대면하는 표면으로 정의된다.
휠의 림은 금속 부분 및 연속 섬유 강화된 복합체 부분을 포함하며, 상기 복합체는 180℃ 이상의 용융 온도를 갖는 반-결정성 폴리아미드를 포함한다. 금속 및 복합체 둘 모두의 림을 갖는 휠의 완전 플라스틱 휠과 비교되는 이점은, 림의 금속 부분이 열 소산(heat dissipation)을 허용하여, 제동(breaking)시 복합체 내의 반-결정성 폴리아미드가 용융되지 않도록 한다는 점이다.
도 1은 종래 기술에 공지된 림 프로파일로서 알려진 림의 단면 부분을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 휠의 림의 단면 부분을 도시하며, 여기서는 비드 시트, 드롭 센터 및 드롭 웰에 복합체가 존재한다.
<도면 부호에 대한 간단한 설명>
1 : 플랜지
2 : 비드 시트(bead sheet)
3 : 비드 험프(bead hump)
4 : 반경 부분(radius)
5 : 드롭 센터
6 : 드롭 웰(drop well)
도 2는 본 발명에 따른 휠의 림의 단면 부분을 도시하며, 여기서는 비드 시트, 드롭 센터 및 드롭 웰에 복합체가 존재한다.
<도면 부호에 대한 간단한 설명>
1 : 플랜지
2 : 비드 시트(bead sheet)
3 : 비드 험프(bead hump)
4 : 반경 부분(radius)
5 : 드롭 센터
6 : 드롭 웰(drop well)
본 발명에서는, 림의 금속 부분의 외측 표면 상에 연속 섬유 강화된 복합체 부분이 존재한다.
바람직하게는, 상기 연속 섬유 강화된 복합체 부분은 비드 시트 (2), 드롭 웰 (6) 또는 드롭 센터 (5) 중 하나 이상, 또는 이들의 조합에 존재한다. 더욱 바람직하게는, 연속 섬유 강화된 복합체 부분은 적어도 하나의 드롭 웰 (6)에, 더욱 바람직하게는 드롭 웰 (6) 및 적어도 하나의 비드 시트 (2)에 존재하고, 가장 바람직하게는 드롭 웰 (6), 두 비드 시트 (2) 및 드롭 센터 (5)에 존재한다. 연속 섬유 강화된 복합 재료는 또한 드롭 센터에만 존재할 수도 있다. 연속 섬유 강화된 복합 재료는 또한 반경(radius) 부분 및 비드 험프(bead hump)에 존재할 수도 있다.
본 발명은, 바람직하게는 적어도 200kg의 휠 부하 용량을 갖는 휠에 관한 것이다. 휠 부하 용량은, 다수의 휠에 의해 운반될 차량의 총 중량을 차량을 운반할 총 휠의 개수로 나눈 값으로 정의된다. 더 무거운 차량의 경우 더 높은 휠 부하 용량을 가진 휠이 필요한데, 그 이유는 휠 부하 용량이 낮은 휠에 비해 더 높은 안전성 및 더 큰 중량 감소의 이점이 있기 때문이다.
휠은 림의 금속 부분의 외측 표면 상에 존재하는 연속 섬유 강화된 복합체 부분을 가지며, 이때 바람직하게는 상기 연속 섬유는 반경 방향으로 배향된다.
반-결정성 폴리아미드를 포함하는 연속 섬유 강화된 복합체
본 명세서에서 반-결정성 폴리아미드를 포함하는 연속 섬유 강화된 복합체 부분은, 연속 섬유가 적어도 반-결정성 폴리아미드로 존재하는 복합체로 이해되며 본 명세서에서 복합체로도 지칭된다.
연속 섬유 강화된 복합체 부분은 용융 온도가 180℃ 이상인 반-결정성 폴리아미드, 예를 들어 PA-6, PA-66, PA-66/6, PA-6/66, PA-6/6T, PA-66/6T, PA-610, PA-410, PA-12, PA-46, PA-510, PA-612뿐만 아니라 이들의 블렌드 및 코폴리아미드를 포함한다.
본 명세서에서 "반-결정성 폴리아미드"는 ASTM D3418-08에 따라 미분 주사 열량계(DSC)를 사용하여 10℃/분의 가열 속도로 제 2 가열 실행에서 용융 엔탈피가 20J/g 이상인 폴리아미드로 이해된다.
폴리아미드의 용융 온도는 ISO 11357-1/-3에 의해 10℃/분의 가열 속도로 제 2 가열 실행에서 결정될 수 있다.
바람직하게는, 용융 온도는 190℃ 이상, 보다 바람직하게는 200℃ 이상, 더욱 바람직하게는 210℃ 이상, 가장 바람직하게는 230℃ 이상이다. 폴리아미드의 용융 온도가 높을수록 잔류 기계적 성질이 더 높아지므로 제동 중에 통제되는 온도에서의 안전성이 높아진다. 하나 초과의 반-결정성 폴리아미드가 존재하는 경우, 용융 온도는 존재하는 반-결정성 폴리아미드의 가장 높은 용융 온도로 정의된다.
연속 섬유 강화된 복합체 부분은 통상적으로 연속 섬유 강화된 복합체의 총 부피에 대하여 25 내지 90 부피%의 양으로 반-결정성 폴리아미드를 포함하며, 바람직하게는 부피 백분율은 35 내지 90 부피%, 더욱 바람직하게는 45 내지 80 부피%, 더욱 더 바람직하게는 45 내지 70 부피%이다.
폴리아미드는 문헌[Nylon Plastics Handbook, Melvin I. Kohan, Hanser Publishers, 1995, page 5]에 기재되어 있다. PA-66은, 단량체 단위가 헥사메틸렌 디아민 및 아디프산으로부터 유도된 폴리(헥사메틸렌아디프아미드)를 나타낸다. PA-410은, 단량체 단위가 1,4-디아미노부탄 및 세바스산으로부터 유도된 반-결정성 폴리아미드이다.
폴리아미드는 호모폴리아미드 및 코폴리아미드 뿐아니라 이들의 블렌드를 나타낼 수 있다.
본 명세서에서 "호모폴리아미드"는 아미노산 A, 또는 디아민 B 및 이산 C으로부터 유래된 단량체 단위로 구성되는 폴리아미드로 이해된다.
호모폴리아미드는 아미노산, 디아민 또는 이산 류에 속하지 않는 다른 단위, 예컨대 모노-산 또는 모노-아민을 소량 함유할 수 있다. 호모폴리아미드는 PA-A 또는 PA-BC로 지칭될 수도 있다.
코폴리아미드는 예를 들어 PA-A/MN, 또는 PA-BC/MN, 또는 PA-A/Q 또는 PA-BC/Q로 지칭될 수 있으며, 여기서 각종 문자는 상이한 유형의 아미노산 (A 및 Q), 디아민 (B 또는 M) 또는 이산 (C 또는 N)으로부터 유도된 단량체 단위를 나타낸다. 2 개 초과의 상이한 유형의 단량체 단위가 존재하는 경우, 코폴리아미드의 명명은 예를 들어 PA-A/MN/XY 일 수 있다.
폴리아미드의 혼합물은 PA-A/PA-BC로 표시되며, 이때 "/"는 혼합된 두 가지 유형의 폴리아미드 사이에 위치된다.
용어 "~의 코폴리아미드"는 코폴리아미드의 대다수 성분이 목록에 열거된 폴리아미드로 구성되고 코폴리아미드의 소수 성분은 그 폴리아미드와 상이한 단량체 단위로 구성되는 것으로 이해된다.
바람직하게는 PA-66, PA-410 및 이들의 코폴리아미드가 사용되며, 이들은 노면의 염에 대한 내성과 같은 열적 및 환경적 내성의 조합을 나타낸다. 더욱 바람직하게는, PA-410이 사용되며, 그 이유는 PA-410은 놀랍게도 노면의 염뿐만 아니라 고무 타이어로부터 나오는 잔류물(예컨대 황산)에도 내성이 있음을 나타내기 때문이다. 상기 복합체는 휠의 안쪽에 위치하기 때문에 고무 타이어에서 빠져나오는 잔류물과 접할 수 있다.
가장 바람직하게는, 연속 섬유 강화된 복합체 부분은 연속 섬유 강화된 복합체의 총 부피에 대하여 40 내지 80 부피%의 양으로 반-결정성 폴리아미드를 포함하며, 반-결정성 폴리아미드는 PA-66 및 PA-410 및 이들의 코폴리아미드를 포함하며, 연속 섬유는 유리 섬유 및 탄소 섬유 중에서 선택되며, 연속 섬유는 연속 섬유 강화된 복합체의 총 부피에 대하여 20 내지 55 부피%의 부피%로 존재한다.
연속 섬유
연속 섬유 강화된 복합체 부분은 연속 섬유를 포함한다. 연속 섬유는 당해 분야에 공지되어 있고 또한 무한(endless) 섬유라고도 지칭되며, 본 명세서에서는 가공 전에 적어도 500의 종횡비(aspect ratio)를 갖는 것으로 이해된다. "연속 섬유"라는 용어는 본 명세서에서 하나 이상의 개별 연속 섬유로 정의되며, 따라서 명백히 하나 초과의 연속 섬유를 포함한다. 예를 들어, 테이프 내의 연속 섬유는 수 백 미터의 길이를 가질 수 있으며, 후속적으로 복합체로 가공될 수 있다.
본 발명에 따른 휠 내의 복합체에 존재하는 연속 섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 현무암(basalt) 섬유 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 연속 섬유는 유리 섬유이며, 일반적으로 입수가능하다. 바람직하게는, 연속 섬유는 섬유와 반-결정성 폴리아미드 사이의 접착력을 향상시키기 위해 사이징(sizing)을 갖는다.
복합체 내의 연속 섬유의 부피%는 복합체의 총 부피와 비교할 때 통상 10 내지 65 부피%이고, 바람직하게는 부피 백분율은 20 내지 55 부피%이고, 보다 바람직하게는 부피 백분율은 30 내지 55 부피%이다. 일반적으로 연속 섬유의 부피 백분율을 가능한 높게 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 이것이 복합체의 강도에 기여하기 때문이다.
연속 섬유 강화된 섬유 복합체 부분은 연속 섬유를 반경 방향(단방향 (UD)으로도 지칭됨)으로, 또는 복합체에 대해서 층당 0-90도(크로스 플라이라고도 지칭됨)로, 또는 UD와 크로스-플라이 사이의 임의의 배향으로 갖는다. UD와 크로스 플라이 사이의 임의의 배향은 이축(bi-axial) 배향으로도 지칭되며, 복합체 내의 층에 대하여 ± 30 또는 ± 45 도 방향일 수 있다. 바람직하게는, 상기 연속 섬유는 상기 복합체에서 반경 방향이다.
다른 성분들
연속 섬유 강화된 복합체는 임의적으로, 열 안정화제, 난연제, 착색제, 윤활제, UV 안정화제, 충격 개질제, 핵형성제, 레이저 흡수 첨가제 및 이들의 조합물과 같은 임의의 성분을 포함한다. 이러한 성분은 당업자에게 공지되어 있고, 통상 연속 섬유의 중량을 제외한 연속 섬유 강화된 복합체의 총 중량에 대하여 0.001 중량% 내지 10 중량%와 같은 소량으로 존재한다.
바람직하게는, 연속 섬유 강화된 복합체는, 무기 안정화제, 1차 산화 방지성 기를 포함하는 유기 안정화제, 장애 아민 기를 포함하는 유기 안정화제 및 이들의 조합물의 군으로부터 선택되는 열 안정화제를 포함한다. 바람직하게는, 열 안정화제는 연속 섬유의 중량을 제외한 연속 섬유 강화된 복합체의 총 중량에 대하여 0.01 중량% 내지 8 중량%의 양으로 존재한다. 무기 안정화제는 공지되어 있으며, 예를 들어 구리 화합물 및 할로겐화물 산 기를 함유하는 염, 예를 들어 요오드화물 또는 브롬화물 염이다. 적합한 구리 화합물의 좋은 예는 구리(I) 할로겐화물, 바람직하게는 요오드화 구리(CuI), 및 추가의 구리 염, 예를 들어 아세트산 구리, 황산 구리, 스테아르산 구리를 포함한다. 할로겐화물 산 기를 함유하는 염으로는 바람직하게는 브롬화 칼륨 (KBr) 또는 요오드화 칼륨 (KI)이 사용된다. 요오드화 구리와 브롬화 칼륨 의 조합(CuI/KBr)이 가장 바람직하다. 1차 산화 방지성 기를 포함하는 유기 안정화제는 라디칼 소거제, 예를 들어 페놀계 산화 방지제 및 방향족 아민이며, 그 자체로 공지되어 있다. 본 발명에 따른 테이프에서 적합한 장애 아민 포함 유기 안정화제 (HAS로도 공지됨)는 예를 들어, 치환된 피페리딘 화합물로부터 유도된 HAS 화합물, 특히 알킬-치환 피페리딘일 또는 피페라지논 화합물 및 치환된 알콕시 페리딘일 화합물로부터 유도된 임의의 화합물을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 연속 섬유 강화된 복합체는 열 안정화제의 조합물을 포함하며, 여기서는, 무기 안정화제가, 장애 아민 기를 포함하는 유기 안정화제 및 1차 산화 방지성 기를 포함하는 유기 안정화제 둘다와 조합되어 사용된다. 이들 3 가지 안정화제의 조합물은 향상된 UV 안정성을 제공하다.
휠 제조 방법
본 발명은 또한 하기 단계를 포함하는 휠 제조 방법에 관한 것이다:
a. 금속 디스크 및 림(이는 금속 부분을 포함함)을 포함하는 휠을 제공하는 단계;
b. 180℃ 이상의 용융 온도를 갖는 적어도 반-결정성의 폴리아미드로 존재하는 연속 섬유를 포함하는 테이프를 제공하는 단계;
c. 접착력을 증가시키기 위해 복합체가 위치될 림의 금속 부분의 표면을 처리하고/하거나 상기 테이프를 처리하는 단계;
d. 림의 금속 부분의 외측 표면의 적어도 일부 상에 상기 테이프를 적용하는 단계;
e. 적어도 하나의 사이클로 상기 테이프를 압밀(consolidating)하고 압력을 가함으로써 림의 복합체 부분을 형성하는 단계.
바람직하게는, 단계 a)에서, 테이프가 감길 장소의 금속 두께를 감소시키도록 금속 림이 예비 처리되어 있는 휠이 제공된다.
단계 c)에서의 처리는 그 자체로 공지된 공정 단계이고, 예를 들어 금속 림 상에 접착제, 플라즈마 처리, 화염 처리 또는 기계적 텍스쳐링을 적용하는 것 및/또는 테이프 상에 접착제, 플라즈마 처리 또는 화염 처리를 적용하는 것을 포함한다.
단계 d)는 예를 들어 테이프를 금속 림의 외측 표면 주위에 적어도 1 사이클 감음으로써 수행될 수 있다. 바람직하게는, 감기(winding)는 하나 초과의 사이클로 수행되어, 이로써 금속 림의 외측 표면 주위에 2 개 이상의 테이프의 층을 형성한다. 이것은 휠의 회전 중량 균형이 얻어질 수 있다는 장점을 가질 뿐만 아니라 내구성과 기능적 요건을 맞추고 추가의 압밀을 가능하게 한다.
단계 e)에서의 압밀은, 고온 가스, 레이저 또는 오븐 또는 이들의 조합을 적용하는 것과 같이, 열에 의해 수행될 수 있다.
단계 (d) 및 (e)에서, 표면 상의 테이프의 주의깊은 배치를 보장하기 위해 휠 축 주위로 림 또는 테이프 또는 둘 다를 회전시킬 수 있다.
테이프
휠을 제조하는 공정에서 사용되는 테이프는 180℃ 이상의 용융 온도를 갖는 반-결정성 폴리아미드의 연속 섬유를 포함한다.
바람직하게는, 테이프는
a. 180℃ 이상의 용융 온도를 갖는 반-결정성 폴리아미드를 포함하는 매트릭스에 매립된(embedded) 층의 총 부피와 비교할 때 적어도 40 부피%의 총량의 연속 섬유, 및, 임의적으로,
b. 난연제, 착색제, 윤활제, 자외선 안정화제, 충격 개질제, 레이저 흡수 첨가제뿐만 아니라 이들의 조합물
을 포함하는 하나 이상의 층을 포함한다.
테이프에 존재하는 적절한 연속 섬유는 상기에 기술되어 있다. 180℃ 이상의 용융 온도를 갖는 적합한 반-결정성 폴리아미드는 상기에 기술되어 있다.
본 명세서에서 테이프는 종 방향, 폭, 두께 및 단면 종횡비(aspect ratio), 즉 두께 대 폭의 비율을 갖는 길다란 몸체로 이해된다. 상기 단면은 테이프의 종 방향에 실질적으로 수직인 것으로 정의된다.
테이프의 각 층의 종 방향 또는 기계 방향은 연속 섬유의 임의의 배향에 상응할 수 있다. 테이프의 각 층은 임의의 방향으로 배향된 연속 섬유의 다중 적층물을 포함할 수 있다.
모든 연속 섬유가 종 방향으로 있을 때, 테이프는, UD-테이프로도 알려진 단방향 연속 섬유 강화된 테이프로 지칭된다.
배향이 테이프 방향에 대해 층당 0-90 도인 경우, 크로스-플라이라고도 지칭된다. UD와 크로스 플라이 사이의 임의의 배향은 2 축 테이프로 지칭되며, 예를 들어, 테이프 방향에 대해 ± 30 또는 ± 45일 수 있다.
테이프의 길이 치수는 특별히 제한되지 않는다. 길이는 10km를 초과할 수 있으며, 주로 연속 섬유 및 테이프를 생산하는 데 사용되는 공정에 따라 달라진다. 그럼에도 불구하고, 상기 테이프는 편의상의 이유로, 계획된 용도의 요건에 따라, 더 작은 크기로 제조될 수 있다.
테이프는 100 ㎛와 1000 ㎛ 정도의 두꺼운 두께 사이의 두께를 가질 수 있다. 테이프의 두께는 100 ㎛ 내지 500 ㎛인 것이 바람직한데, 그 이유는 더 두꺼운 테이프는, 금속 림의 표면의 적어도 일부분 상에 테이프를 적용하는 데 감기가 이용될 때 적용하기가 더 어렵기 때문이다.
테이프의 폭은, 본 명세서에서, 테이프의 길이에 수직인 테이프의 단면의 둘레 상의 두 점 사이의 최대 치수로 이해된다. 본 명세서에서, 두께는 상기 단면의 둘레 상의 두 점 사이의 거리로 이해되며, 상기 거리는 테이프의 폭에 수직이다. 테이프의 폭 및 두께는 당 업계의 공지된 방법에 따라, 예를 들면, 자(ruler)와 현미경 또는 마이크로미터에 의해 측정될 수 있다.
테이프는 적어도 하나의 층을 포함하며, 따라서 단일 층 또는 두 개의 층 또는 훨씬 더 많은 층을 가질 수 있다. 테이프에 하나 초과의 층이 있는 경우 다중 층이라고도 지칭된다. 테이프가 다중 층인 경우, 이는 서로의 위에 적층된 동일한 재료의 여러 층을 포함할 수 있다. 적층은, 자체 공지된 공정인 라미네이션에 의해 수행될 수 있다. 바람직하게는, 테이프는 하나의 층으로 이루어지며, 이는 테이프의 제조를 용이하게 하기 때문이다.
테이프는 당해 분야에 공지된 공정에 의해 제조될 수 있으며, 일반적으로 로빙(roving)이라고도 알려진 연속 섬유를 제공하는 단계, 상술한 바와 같은 폴리아미드를 제공하는 단계, 상기 폴리아미드의 용융 온도 초과로 열을 가하여 상기 섬유를 상기 폴리아미드로 매립시키는 단계, 및 후속적으로 냉각하여 테이프를 얻는 단계를 포함한다.
테이프 내의 연속 섬유의 부피%는 일반적으로 테이프의 전체 부피와 비교하여 10 내지 65 부피%이고, 바람직하게는 부피 백분율은 20 내지 55 부피%이며, 보다 바람직하게는 부피 백분율은 30 내지 55 부피%이다. 연속 섬유의 부피 백분율을 가능한 한 높게 하는 것이 일반적으로 바람직한데, 이는 이것이, 형성될 복합체의 강도에 기여하기 때문이다.
테이프는 일반적으로 테이프의 총 부피에 대해 25 내지 90 부피%의 양으로 반-결정성 폴리아미드를 포함하며, 바람직하게는 상기 부피 백분율은 35 내지 90 부피%, 보다 바람직하게는 45 내지 80 부피%, 보다 더 바람직하게는 45 내지 70 부피%이다.
본 발명은 또한, 적어도, 180℃ 이상의 용융 온도를 갖는 반-결정성 폴리아미드로 존재하는 연속 섬유를 포함하는 테이프에 관한 것으로, 상기 반-결정성 폴리아미드는 PA-410이고, 연속 섬유는 유리 섬유 및 탄소 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 연속 섬유의 양은 테이프의 총 부피에 대하여 20 내지 55 부피%이다. 바람직하게는, 연속 섬유의 배향은 종 방향이다. 바람직하게는, 상기 테이프 내의 PA-410의 양은 테이프의 총 부피에 대하여 45 내지 80 부피%이다.
실시예
수행된 시험은 림 롤링(rim rolling) 또는 반경방향 피로(radial fatigue) 시험이었으며, 이는, 산업계의 품질 시험이다. 반경방향 피로 시험은, 특정 반경방향 부하 조건에서 드럼 상에 휠을 굴려 휠의 피로 및 내구성을 시험하는데에 사용되었다. 이 반경방향 피로 시험은 예를 들어 표준 SAE J328에 명시된 것처럼 전세계 대부분의 국가에서 휠에 필요한 법적 시험 중 하나이다.
테이프는 PA-410이 40 부피%인 연속 유리 섬유로 제조되었다. 섬유는 종 방향으로 배열되었다. 16 인치 휠이 사용되었다. 테이프는 0.25 ㎜의 두께 및 12 ㎜의 폭을 가졌다.
여기에서 휠 중량은 림과 디스크의 중량으로 정의된다.
건조 상태 및 주위 환경에서 휠에 대해 복합체를 사용하여 시험을 수행하였다.
비교용의 전체-금속 휠은 11.00 kg이었으며, 이는 반경방향 피로 시험에서 13.02 kN에서 적어도 1,000,000 수명으로 수행되었다.
상기한 바와 같이 제조된 테이프 8 층을 적용하여, 폭이 24 mm인 드롭 웰에서 복합체로 휠을 제조하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
또한 상기한 바와 같이 제조된 테이프 8 층을 적용하여, 두 비드 시트(각각 12 밀리미터의 폭을 가짐)에 존재하는 복합 재료로 휠을 제조하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
표 1: 비교 데이터를 포함한 시험 결과
표 2: 비교 데이터를 포함한 시험 결과
표 1 및 표 2로부터, 본 발명에 따른 휠은 복합체를 포함하지 않는 휠보다 사이클 수가 더 많다는 것을 알 수 있다(실시예 1을 비교예 B와 비교하고, 실시예 2를 비교예 C와 비교함). 본 발명에 따른 휠은, 본 발명에 따른 휠보다 상당히 더 큰 중량을 갖는 전체-금속 휠에 필적가능한 사이클 수를 나타낸다 (실시예 1 및 2를 비교예 A와 비교함). 본 발명에 따른 휠은 7%의 중량 감소를 나타내었으며, 이것은 자동차 산업에 있어서 중요한 중량 감소이다.
Claims (11)
- 금속 디스크 및 림을 포함하는 휠(wheel)로서,
상기 림은 금속 부분 및 림의 금속 부분의 외측 표면 상에 존재하는 연속 섬유 강화된 복합체 부분을 포함하며,
상기 연속 섬유 강화된 복합체 부분은 180℃ 이상의 용융 온도를 가진 반-결정성 폴리아미드를 포함하는, 휠. - 제 1 항에 있어서,
휠 부하 용량은 200kg 이상인, 휠. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 연속 섬유 강화된 복합체 부분은 반경 방향으로 연속 섬유를 갖는, 휠. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연속 섬유 강화된 복합체 부분은 비드 시트 (2), 드롭 웰 (6) 또는 드롭 센터 (5), 또는 이들의 조합 중 적어도 하나에 위치되는, 휠. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반-결정성 폴리아미드가 PA-6, PA-66, PA-66/6, PA-6/66, PA-6/6T, PA-66/6T, PA-610, PA-410, PA-12, PA-46, PA-510, PA-612, 뿐만 아니라 이들의 블렌드 및 코폴리아미드로 이루어진 군으로부터 선택되는, 휠. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연속 섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 현무암(basalt) 섬유 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 휠. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연속 섬유가 유리 섬유 및 탄소 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 반-결정성 폴리아미드가 PA-66 및 PA-410으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 휠. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 휠의 제조 방법으로서,
a. 금속 디스크 및 림을 포함하며, 이때 상기 림이 금속 부분을 포함하는, 휠을 제공하는 단계;
b. 180℃ 이상의 용융 온도를 갖는 반-결정성 폴리아미드로 최소한 존재하는 연속 섬유를 포함하는 테이프를 제공하는 단계;
c. 접착력을 증가시키기 위해 복합체가 위치될 림의 금속 부분의 표면을 처리하고/하거나 상기 테이프를 처리하는 단계;
d. 상기 림의 금속 부분의 외측 표면의 적어도 일부 상에 상기 테이프를 적용하는 단계; 및
e. 적어도 하나의 사이클로 상기 테이프를 압밀하고 압력을 가함으로써 상기 림의 복합체 부분을 형성하는 단계
를 포함하는 제조 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 테이프는 상기 림의 금속 부분의 외측 표면 주위로 감김으로써 적용되는, 제조 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 테이프는 상기 림의 금속 부분의 외측 표면 주위로 1회 초과만큼 감김으로써 적용되는, 제조 방법. - 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
비드 시트 (2), 드롭 웰 (6) 또는 드롭 센터 (5), 또는 이들의 조합 중 적어도 하나에 상기 테이프가 적용되는, 제조 방법.
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