KR20200122605A - 자동차용 외장패널 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차용 외장패널에 관한 것으로, 기설정된 곡면을 갖는 코어층, 상기 코어층의 곡면을 따라 배치되어 있는 스킨층 및 상기 코어층과 상기 스킨층 사이 또는 상기 스킨층 표면에 배치된 감성품질층을 포함한다.
Description
본 발명은 자동차용 외장패널에 관한 것이다.
자동차의 루프패널, 도어, 보닛, 트렁크 도어 따위의 외장패널은 보통 스틸(steel)로 형성되어 있어 강도는 우수하나 중량이 증가하였다. 중량 증가는 연비 저하의 요인 중의 하나가 될 수 있다. 이에 자동차용 외장패널을 경량화라는 기술이 요구되고 있다.
이에, 외장패널의 경량화를 위해서 종이 따위로 만들어진 허니콤 구조의 코어층의 표면에 복합수지로 이루어진 박판의 스킨층을 결합한 외장패널이 제안되고 있다. 이와 같은 외장패널은 경량화를 이룰 수 있으나, 외장패널의 재료 특성에 의해 곡면으로 형성하는 데 많은 어려움이 발생하여 디자인이 제한적이었다.
그리고 코어의 형상이 스킨층에 전사되어 그대로 노출되면서 외장패널의 상품성이 저하되었다.
본 발명은 자동차용 외장패널을 곡면 형태로 자유롭게 형성할 수 있으며 내부에 위치한 코어의 형상이 외부로 노출되지 않도록 하는 기술을 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 자동차용 외장패널은, 기설정된 곡면을 갖는 코어층, 상기 코어층의 곡면을 따라 배치되어 있는 스킨층 및 상기 코어층과 상기 스킨층 사이 또는 상기 스킨층 표면에 배치된 감성품질층을 포함한다.
상기 코어층은 열가소성 수지일 수 있다.
상기 코어층은 폴리프로필렌(polypropylene; PP)일 수 있다.
상기 코어층은 허니콤(honeycomb) 또는 튜브(tubular)를 포함할 수 있다.
상기 튜브는 복수 배치되어 서로 연결될 수 있다.
상기 스킨층은 연속섬유복합재(Continuous Fiber Thermoplastic: CFT)일 수 있다.
상기 연속섬유복합재는, 원사가 제1방향으로 형성된 제1층, 상기 제1층 위에 적층 되어 원사가 상기 제1방향과 수직인 제2방향으로 형성된 제2층 및 상기 제1층, 상기 제2층에 함침 된 수지를 포함할 수 있다.
상기 제1층과 상기 제2층은 연속 반복되어 적층 될 수 있다.
상기 제1층 및 상기 제2층의 두께는 각각 0.2mm 내지 0.3mm일 수 있다.
상기 코어층의 두께는 10mm 내지 20mm일 수 있다.
상기 스킨층의 두께는 0.4mm 내지 1mm일 수 있다.
상기 감성품질층은 CPP필름을 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 자동차는 전술한 자동차용 외장패널을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 감성품질층이 스킨층에 결합되면서 스킨층에 전사된 코어층 형상이 노출되지 않아 자동차용 외장패널의 표면은 매끄럽게 형성된다. 매끄러운 표면은 자동차용 외장패널의 감성품질을 높인다. 이러한 외장패널이 적용된 자동차의 감성품질 또한 높아진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 허니콤 구조로 형성된 코어층이 열가소성 수지로 형성되어 형상을 자유롭게 만들 수 있다. 이에 코어층을 전체적으로 또는 가장자리 부분을 곡면으로 형성할 수 있다. 코어층을 곡면으로 형성할 때 코어층은 파손되지 않는다. 이에 자동차용 외장패널은 다양한 형상으로 형성될 수 있어 디자인성이 높아진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 자동차용 외장패널이 허니콤과 연속섬유복합재로 형성되어 경량화할 수 있다. 적용되는 자동차를 경량화할 수 있고, 경량화로 인해 자동차의 연비 효율이 높아진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 코어층과 스킨층 사이에 직물층이 배치되어 스킨층과 코어층 접착 시 스킨층의 수지와 코어층의 소재가 용융되면서 직물층에 스며든다. 이에 코어층과 스킨층의 접착력이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 자동차 외장패널이 적용된 자동차를 나타낸 개략도.
도 2는 도 1의 루프에 적용된 자동차용 외장패널을 나타낸 개략도.
도 3은 도 2의 코어층 일부분을 나타낸 평면도.
도 4는 도 2의 시트층을 나타낸 개략도.
도 5는 도 2의 자동차용 외장패널 제조 단계를 나타낸 개략도이다.
도 2는 도 1의 루프에 적용된 자동차용 외장패널을 나타낸 개략도.
도 3은 도 2의 코어층 일부분을 나타낸 평면도.
도 4는 도 2의 시트층을 나타낸 개략도.
도 5는 도 2의 자동차용 외장패널 제조 단계를 나타낸 개략도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 자동차 외장패널에 대하여 도 1 내지 도 4를 참고하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 자동차 외장패널이 적용된 자동차를 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1의 루프에 적용된 자동차용 외장패널을 나타낸 개략도이며, 도 3은 도 2의 코어층 일부분을 나타낸 평면도이고, 도 4는 도 2의 시트층을 나타낸 개략도이다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 자동차용 외장패널(1)은, 코어층(10), 스킨층(20) 및 감성품질층(30)을 포함하며, 곡면 형태로 자유롭게 형성할 수 있으며 내부에 위치한 코어의 형상이 외부로 노출되지 않도록 한다.
본 실시예에 따른 자동차용 외장패널(1)은 자동차(C)의 루프를 형성할 수 있다. 그러나 자동차용 외장패널(1)은 도어, 보닛, 트렁크 도어 따위에 적용될 수도 있다. 아울러, 자동차용 외장패널(1)은 자동차의 실내 바닥을 형성할 수도 있다.
코어층(10)은 육각형이 서로 연결되어 형성된 허니콤(honeycomb)을 포함한다. 허니콤의 내부는 상하 관통되어 있다.
도면 [도 3]의 (a)를 참고하면, 여기서 허니콤을 평면에서 보았을 때 평행하게 서로 마주하는 제1면(11)과 제2면(12)의 간격(G)은 3mm 내지 11mm일 수 있다. 구체적으로 9mm일 수도 있다. 보다 구체적으로 3mm 내지 5mm일 수도 있다.
그리고 제1면(11)과 제2면(12)의 길이(L1)는 5mm 내지 9mm일 수 있다. 바람직하게는 7mm일 수도 있다. 그리고 제1면(11)과 제2면(12)을 연결하는 경사면(13)의 길이(L2)는 3.5mm 내지 7.5mm일 수 있다. 바람직하게는 5.5mm일 수도 있다. 그리고 허니콤을 이루는 벽의 두께(T)는 0.25mm 내지 0.27mm일 수 있다. 여기서 허니콤의 벽은 단일벽이다.
그러나 허니콤의 벽은 이중으로 형성될 수 있다. 이때 허니콤의 이중벽의 두께는 0.5mm 내지 1.5mm일 수 있다. 바람직하게는 1mm일 수도 있다.
그리고 허니콤의 상하 두께(HT)(도 2 참조)는 10mm 내지 20mm일 수 있다. 바람직한 허니콤의 상하 두께는 15mm일 수도 있다. 여기서, 허니콤의 상하 두께가 10mm 미만인 경우 경량성은 우수하나 외력에 의해 쉽게 파손될 수 있다. 그리고 허니콤의 상하 두께가 20mm를 초과하는 경우 중량이 증가하여 경량화를 이룰 수 있다. 아울러, 허니콤의 상하 두께 증가는 제조원가 상승과 성형성이 저하될 수 있다.
도면 [도 3]의 (b)를 참고하면, 코어층(10)은 원기둥형태로 형성되어 상하 관통된 튜브(tubular)를 포함할 수 있다. 이때 튜브의 지름(D)은 6mm 내지 10mm일 수 있다. 바람직하게는 8mm일 수도 있다. 여기서 튜브의 지름(D)은 외경일 수 있다. 그리고 튜브를 형성하는 벽의 두께는 0.25mm일 수 있다. 튜브의 상하 두께는 허니콤의 상하 두께와 같다.
튜브는 복수 배치되어 서로 연결되어 있다. 이웃한 튜브는 용융되어 연결되어 있어 분리되지 않는다.
코어층(10)을 이루고 있는 허니콤 또는 튜브를 전술한 바와 같은 규격으로 한정하는 것은 아니다. 허니콤 또는 튜브의 규격은 자동차용 외장패널의 적용 분야에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
이와 같은 코어층(10)은 열가소성 수지인 폴리프로필렌(polypropylene; PP)으로 만들어질 수 있다. 이에 성형된 코어층(10)에 열을 가하여 기설정된 형태로 변형시킬 수 있다. 코어층(10)은 가해지는 열에 의해 곡면, 유선형 등으로 성형될 수 있다.
스킨층(20)은 코어층(10)의 상면과 하면에 각각 배치되어 있다. 스킨층(20)은 연속섬유복합재(Continuous Fiber Thermoplastic: CFT)일 수 있다. 스킨층(20)은 코어층(10)의 내열성, 내용제성 및 강도를 보완한다.
도면 [도 4]를 더 참고하면, 이러한 스킨층(20)은 원사가 제1방향(Y)을 따라 형성된 제1층(21), 제1층(21) 위에 적층 되어 원사가 제1방향(Y)과 수직인 제2방향(X)을 따라 형성된 제2층(22) 및 제1층(21), 제2층(22)에 함침 된 수지를 포함한다.
여기서 제1층(21)은 폴리프로필렌일 수 있으며, 제2층(22)은 탄소섬유(carbon fiber; CF)를 포함할 수 있다. 그러나 제1층(21)과 제2층(22)은 유리섬유(glass fiber; GF), 천연섬유(natural fiber; NF), 아라미드 섬유(aramid fiber), 초분자량 폴리에틸렌(ultrahigh molecular weight polyethylene; UHMWPE) 섬유 따위로 만들어질 수도 있다.
제1층(21)과 제2층(22)의 두께는 각각 0.2mm 내지 0.3mm일 수 있다. 바람직하게는 0.25mm일 수도 있다. 여기서 제1층(21)과 제2층(22)은 반복적으로 연속 적층 될 수 있다. 제1층(21)과 제2층(22) 적층으로 형성된 스킨층(20)의 전체적인 두께는 0.4mm 내지 1mm일 수 있다. 스킨층(20)의 두께가 0.4mm 미만인 경우 외력에 의해 파손될 수 있다.
한편, 자동차용 외장패널(1) 성형을 위해 코어층(10)에 스킨층(20)이 놓인 상태에서 기설정된 온도를 갖는 열을 가하게 된다. 열은 스킨층(20)을 통과하여 코어층(10)에 전달된다. 여기서, 스킨층(20)의 두께가 1mm를 초과할 경우 열 전도 경로가 길어지므로 가열시간이 길어지는 문제가 발생한다. 이에 스킨층(20)의 두께에 따라 자동차용 외장패널(1)의 성형 온도, 시간 등이 달라질 수 있다.
이와 같은, 스킨층(20)의 세부적인 구성은 공지된 구성의 연속섬유복합재와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
그리고 스킨층(20)과 코어층(10)의 사이에는 스킨층(20)과 코어층(10)의 접착력을 높이기 위한 직물(Fleece)층(도시하지 않음)이 배치될 수 있다.
스킨층(20)의 수지와 코어층(10)의 소재가 열접착시 용융되면서 직물층에 스며들게 되고 그로 인해 접착력이 향상된다.
직물층은 폴리에틸렌 테레프타레이트(polyethylene terephthalate; PET)로 형성될 수 있다. 직물층은 40g/㎡ 내지 50g/㎡의 중량을 가진 부직포일 수 있다. 중량이 40g/㎡ 미만인 경우 직물층의 두께가 얇아 접착력을 높일 수 없으며, 50g/㎡ 초과할 경우 접착력은 높일 수 있으나, 중량 증가와 더불어 직물층 사용에 따른 비용이 증가한다. 직물층은 코어층(10)의 소재에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 이때 직물층은 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 나이론(Nylon) 따위로 형성될 수 있다.
감성품질층(30)은 스킨층(20)의 표면에 배치되어 있으며 CPP(Casting polypropylene Film; 무연신 PP) 필름을 포함한다. 감성품질층(30)은 코어층(10)과 스킨층(20)이 결합된 상태에서 금형 장치 내에 배치되고, 금형 장치 내부로 폴리우레탄(polyurethane)이 주입되면서 스킨층(20)의 표면에 결합될 수 있다.
감성품질층(30)은 코어층(10)의 표면을 보상하며 스킨층(20)에 전사된 코어층(10)의 형상이 보이지 않도록 한다. 그러나, 감성품질층(30)은 스킨층(20)과 코어층(10) 사이에 위치할 수도 있다. 이때 직물층은 생략될 수 있다. 감성품질층(30)은 자동차용 외장패널(1)의 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
감성품질층(30)의 두께는 0.5mm 내지 2.0mm 일 수 있다. 감성품질층(30)의 두께가 0.5mm 미만인 경우 스킨층(20)에 전사된 코어층(10)을 가릴 수 없으며 스크래치, 충격 등의 외부요건에 의해 쉽게 손상될 수 있다. 감성품질층(30)의 두께가 2.0mm 초과할 경우 제조비용이 증가할 수 있다.
이와 같은 감성품질층(30)은 내후성에 문제가 없는 제품을 사용하며, 장시간 외부 환경에 노출되었을 때 변색이나 변형이 없는 것을 사용한다. 이에 감성품질층(30)의 표면에는 변색, 변형 등을 방지하고, 자외선 등을 차단할 수 있는 코팅층이 더 형성될 수 있다.
이와 같은 자동차용 외장패널은 다음과 같이 성형된다.
도면 도 5를 참고하면, 코어층(10) 및 스킨층(20)을 순차적으로 적층 한다. 스킨층(20)은 코어층(10)의 상면과 하면에 각각 배치되어 서로 마주한다. 그리고 상, 하부에 위치한 스킨층(20)의 가장자리는 코어층(10)을 벗어나 서로 마주한다(도 5의 (a)).
가열장치를 통해 140℃ 내지 260℃의 열을 적층 된 코어층(10)과 스킨층(20)에 가한다(도 5의 (b)). 바람직하게는 160℃의 온도를 가하며 이때 가열시간은 100초 내지 180초 일 수 있다.
가열에 의해 코어층(10)과 스킨층(20)의 폴리프로필렌은 용융(melting)되어 코어층(10)으로 흘러내린다. 한편, 가열장치의 온도가 140℃미만인 경우 스킨층(20)의 폴리프로필렌의 용융이 원활하지 않으며 260℃ 초과할 경우 스킨층이 녹아 액체상태가 될 수 있다. 그리고 160℃의 온도에서 가열시간이 100초 미만인 경우 스킨층(20)의 폴리프로필렌이 충분하게 용융되지 않는다. 이에 성형성이 저하될 수 있다.
적층 되어 가열된 코어층(10) 및 스킨층(20)을 금형 장치를 이용하여 0.5N/㎠ 내지 1.5N/㎠의 압력으로 가압한다. 가압 된 코어층(10) 및 스킨층(20)은 용융되어 있어 서로 결합되고 금형 장치의 캐비티 형상을 따라 곡면을 갖는 자동차용 외장패널(1)로 형성된다(도 5의 (c)). 그리고 코어층(10)을 벗어나 있던 상, 하부측의 스킨층(20) 가장자리는 서로 결합될 수 있다. 여기서 캐비티는 금형 장치의 하형에 형성되어 있다.
스킨층(20)에 감성품질층(30)을 형성하기 위해, 스킨층(20)에 CPP(Casting polypropylene Film; 무연신 PP) 필름을 적층 한다.
감성품질층(30)이 적층 된 코어층(10)을 반응사출성형(Reaction Injection Molding; RIM)을 통해 감성품질층(30)과 스킨층(20)을 결합한다(도 5의 (d)). 반응사출성형시 폴리우레탄(polyurethane)이 주입되면서 감성품질층(30)과 스킨층(20)이 서로 결합될 수 있다. 감성품질층(30)과 스킨층(20)의 결합력을 높이기 위해 스킨층(20)과 감성품질층(30)의 표면은 프라이머 처리를 할 수 있다.
그리고 상, 하부측의 스킨층(20) 가장자리가 서로 결합되어 있어 반응사출성형 시 기포발생이 최소화될 수 있다. 이에 반응사출성형 품질이 향상될 수 있다.
한편, 감성품질층(30)은 스킨층(20)과 코어층(10) 사이에 위치할 수 있다. 이경우 코어층(10) 표면에 감성품질층(30)이 위치하고 감성품질층(30) 위에 스킨층(20)이 위치한다. 코어층(10)의 형상이 감성품질층(30)에 의해 차단되어 스킨층(20)에 전사되지 않는다. 이에 스킨층(20)은 매끄러운 표면을 갖는다.
감성품질층(30)이 스킨층(20)에 결합되면서 스킨층(20)에 전사된 코어층(10) 형상이 노출되지 않아 자동차용 외장패널(1)의 표면은 매끄럽게 형성되어 자동차용 외장패널(1)의 감성품질이 높다. 이러한, 외장패널이 적용된 자동차의 감성품질 또한 높아진다.
본 발명의 한 실시예에 따른 자동차는 자동차용 외장패널을 포함한다. 자동차용 외장패널은 도 1 내지 도 5에 따른 특징을 그대로 가질 수 있다. 이에 본 실시예에 따른 자동차용 외장패널은 전술된 도 1 내지 도 5의 실시예와 동일하므로 중복된 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 자동차용 외장패널 10: 코어층
11: 제1면 12: 제2면
13: 경사면 G: 간격
20: 스킨층 21: 제1층
22: 제2층 30: 감성품질층
11: 제1면 12: 제2면
13: 경사면 G: 간격
20: 스킨층 21: 제1층
22: 제2층 30: 감성품질층
Claims (10)
- 기설정된 곡면을 갖는 코어층,
상기 코어층의 곡면을 따라 배치되어 있는 스킨층 및
상기 코어층과 상기 스킨층 사이 또는 상기 스킨층의 표면에 배치된 감성품질층
을 포함하며,
상기 코어층은 열가소성 수지인
자동차용 외장패널. - 제1항에서,
상기 코어층은 폴리프로필렌(polypropylene; PP)인 자동차용 외장패널. - 제1항에서,
상기 코어층은 허니콤(honeycomb) 또는 튜브(tubular)를 포함하며,
상기 튜브는 복수 배치되어 서로 연결되어 있는
자동차용 외장패널. - 제1항에서,
상기 스킨층은 연속섬유복합재(Continuous Fiber Thermoplastic: CFT)인 자동차용 외장패널. - 제4항에서,
상기 연속섬유복합재는,
원사가 제1방향으로 형성된 제1층,
상기 제1층 위에 적층 되어 원사가 상기 제1방향과 수직인 제2방향으로 형성된 제2층 및
상기 제1층, 상기 제2층에 함침 된 수지
를 포함하는
자동차용 외장패널. - 제5항에서,
상기 제1층과 상기 제2층은 연속 반복되어 적층 된 자동차용 외장패널. - 제5항에서,
상기 제1층 및 상기 제2층의 두께는 각각 0.2mm 내지 0.3mm인 자동차용 외장패널. - 제1항에서,
상기 코어층의 두께는 10mm 내지 20mm이고, 상기 스킨층의 두께는 0.4mm 내지 1mm인 자동차용 외장패널. - 제1항에서,
상기 감성품질층은 CPP필름을 포함하는 자동차용 외장패널. - 제1항에서,
상기 감성품질층이 상기 스킨층 표면에 배치된 상태에서 상기 코어층과 상기 스킨층 사이에 배치된 직물층을 더 포함하는 자동차용 외장 패널.
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