KR20210081914A - Cfrtpc가 인서트 사출 성형된 경량화 스티프너 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 CFRTPC가 인서트 사출 성형된 경량화 스티프너에 관한 것이다. 보다 상세하게는 연속섬유복합재가 금형 캐비티 내에서 충돌이 이루어지는 측면 부분을 따라 배치되고, 장섬유복합재가 금형 캐비티 내에 측면에 배치되는 연속섬유복합재의 내측에 배치되도록 발포 사출되는 것을 특징으로 한다. 이로 인해, 스티프너의 경량화, 생산 비용 절감 및 생산 공정 단축을 도모할 수 있다.

Description

CFRTPC가 인서트 사출 성형된 경량화 스티프너 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF LIGHTWEIGHT STIFFENER WITH CFRTPC INSERT INJECTION MOLDING}
본 발명은 CFRTPC가 인서트 사출 성형된 경량화 스티프너에 관한 것이다. 보다 상세하게는 연속섬유복합재가 금형 캐비티 내에서 충돌이 이루어지는 측면 부분을 따라 배치되고, 장섬유복합재가 금형 캐비티 내에 측면에 배치되는 연속섬유복합재의 내측에 배치되도록 발포 사출되는 것을 특징으로 한다. 이로 인해, 스티프너의 경량화, 생산 비용 절감 및 생산 공정 단축을 도모할 수 있다.
최근, 전세계적으로 환경과 연비에 대한 규제가 엄격해지면서 차량의 무게를 줄여 연비를 개선하는 경량화가 자동차 산업의 주요한 화두로 자리매김하고 있다.
미국과 유럽을 비롯한 주요국의 자동차 최저 연비 규제 수준은 2015년 리터 당 14.5 ~ 18.1km에서 2020년에는 리터 당 19.9 ~ 26.5km까지 강화될 전망으로, 차량의 무게를 줄여 연비를 개선하고자 하는 경량화는 완성차 업체들의 가장 큰 해결해야하는 과제로 자리잡고 있다.
자동차 경량화를 위해 중량 절감이 요구되는 부품 중 하나인 범퍼의 하단에 설치되는 스티프너(Stiffener)는 강도를 높일 경우 중량과 비용이 급증하고, 중량 및 비용을 줄이게 되면 강도가 낮아져 그 기능을 충분히 수행할 수 없게 된다.
기존 과거의 금속 대체의 경량화 대응 기술로서는 재생수지 제품과 열가소성수지 사출이 주를 이루었지만, 이는 강도와 강성이 부족한 문제점이 있다.
이후에 개발이 진행된 분야는 유리섬유나 탄소섬유 등의 보강재를 단섬유 형태로 수지에 분산시킨 컴파운드 소재인 SFT(Short-Fiber Reinforced Thermoplastic(통상 사출성형용으로 사용되는 각종 단섬유 강화 콤파운드는 GMT(Glass Mat Thermoplastic)로 일반화됨)가 주를 이루었으나 이러한 소재들도 금속을 대체하기는 어려운 실정이다.
이를 해결하기 위한 방안으로 장섬유 또는 연속섬유를 보강한 열가소성 복합재가 사용되고 있는 추세이다.
장섬유가 보강된 열가소성 복합재는 LFT(Long Fiber Thermoplastics)로, 기존의 단섬유강화 복합재인 GMT에 비해 구조강도, 충격강도, 굴곡탄성률 등이 우수하여 최근 주목받고 있다.
LFT 제조 방법으로는 수지와 섬유가 함침된 펠렛(Peelets)을 제조한 후에 사출 및 프레스 성형을 하는 LFT-G(Long Fiber Thermoplastic-Granules)공법과 탄소섬유를 원하는 길이로 바로 chopping하면서 수지와 함침하여 컴파운딩하는 LFT-D(Long Fiber Thermoplastic-Direct)공법이 있다.
아울러, 연속섬유가 보강된 열가소성 복합재는 CFRTPC(Continuous-Fiber Reinforced Thermoplastic)가 대표적이다.
CFRTPC 제조 방법으로는 열가소성 수지에 함침된 프리폼(Preform)을 적층 및 가압하여 만드는 DBP(Double-Belt Pressing) 성형법이 있다.
열가소성수지 제품의 경우 디자인 자유도 높은 사출 공정을 사용하기에 제품 성형에는 유리하지만, 물성을 만족하지 못하며, 엔지니어링 열가소성수지를 사용할 경우 경제성에 합당하지 않게 된다.
이에 따라, 필요한 강도를 보강하면서 경량화를 만족할 수 있는 공정 방법 및 연속섬유 복합재의 기술개발이 필요한 실정이다.
KR 10-1470174 B1
본 발명의 목적은 스티프너의 경량화, 생산 비용 절감 및 생산 공정 단축을 도모하기 위한 것이다. 이를 위해, 연속섬유복합재가 금형 캐비티 내에서 충돌이 이루어지는 측면 부분을 따라 배치되고, 장섬유복합재가 금형 캐비티 내에 측면에 배치되는 연속섬유복합재의 내측에 배치되도록 발포 사출된다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 연속섬유복합재(CFRTPC)를 프리폼으로 금형 캐비티 내에 삽입하는 단계, 장섬유복합재(LFT)를 필렛 형태로 사출 성형기의 호퍼에 투입하여 상기 금형 내로 발포 사출하는 단계 및 상기 연속섬유복합재와 상기 장섬유복합재가 용착 및 성형되는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 연속섬유복합재는 60wt% 함량의 유리섬유(Glass Fiber)로 구성된다.
본 발명에 따르면, 상기 장섬유복합재는 20wt% 함량의 유리섬유로 구된다.
본 발명에 따르면, 상기 발포 사출하는 단계에 있어서, 3wt% 함량의 발포제가 상기 호퍼에 투입된다.
본 발명에 따르면, 마이크로 캡슐 형태의 발포제로 발포 사출하는 것이다.
본 발명에 따르면, Gas(초임계 유체)를 주입시키는 물리적 형태의 발포제로 발포 사출하는 것이다.
본 발명에 따르면, 열분해 유기합성물로 구성된 첨가제인 화학적 형태의 발포제로 발포 사출하는 것이다.
본 발명에 따르면, 장섬유복합재에 연속섬유복합재가 인서트 사출되고, 장섬유복합재는 발포 성형된다.
본 발명에 따르면, 상기 장섬유복합재 발포 성형 시, 3wt% 함량의 발포제가 주입된다.
본 발명에 따르면, 상기 연속섬유복합재는 60% 함량의 유리섬유(Glass Fiber)로 구성된다.
본 발명에 따르면, 상기 장섬유복합재는 20% 함량의 유리섬유로 구성된다.
본 발명에 따르면, 마이크로 캡슐 형태의 발포제로 발포 사출하는 것이다.
본 발명에 따르면, Gas(초임계 유체)를 주입시키는 물리적 형태의 발포제로 발포 사출하는 것이다.
본 발명에 따르면, 열분해 유기합성물로 구성된 첨가제인 화학적 형태의 발포제로 발포 사출하는 것이다.
본 발명의 CFRTPC가 인서트 사출 성형된 경량화 스티프너에 의하면 연속섬유복합재는 금형 캐비티 내에서 충돌이 이루어지는 측면 부분을 따라 배치되고, 장섬유복합재는 금형 캐비티 내에 측면에 배치되는 연속섬유복합재의 내측에 배치되어 고속충돌성능을 만족시키면서, 동시에 부품 경량화를 실현시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 연속섬유복합재의 인서트 과정에서 3D 프린터의 필라멘트를 활용하여 프리폼을 형성하여 종래의 금형 제작으로 인한 제작비용 문제를 해결할 수 있을뿐만 아니라, 금형에서 트리밍 과정에서 발생되었던 로스율을 줄일 수 있고, 불량률까지 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래의 금형을 통해 인서트되는 공정이 생략되어 종래의 금형의 트리밍 공정에 의한 필름 잔여물 감소로 산업폐기물이 저감되는 효과가 있다.
또한, 펠렛 형태의 장섬유복합재를 발포제 함량이 3wt%가 되도록 발포 사출하여 최대 변위값에 긍정적인 효과를 지니면서, 경량화 및 비용 절감의 효과를 볼 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 연속섬유복합재 및 장섬유복합재로 구성된 스티프너의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 금형 캐비티 내에 연속섬유복합재 및 장섬유복합재가 배치되는 위치를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 연속섬유복합재 및 장섬유복합재로 구성된 스티프너가 제작되는 공정 순서도이다.
도 4는 본 발명에 의한 스티프너의 정하중 및 최대변위를 실험하기 전의 상태를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 스티프너의 정하중 및 최대변위를 실험한 후의 파단면이 생성된 상태를 도시한 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명에 따른 CFRTPC가 인서트 사출성형된 경량화 스티프너는 연속섬유복합재(100) 및 장섬유복합재(200)룰 포함한다.
여기서, 연속섬유복합재(100)는 열가소성수지로 구성되고, PP, PA6, PA66, TPU, PET, HDPE, PPS, PEEK 중 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어질 수 있으며, 첨가되는 강화용 연속섬유로는 유리섬유(GF:Glass Fiber), 탄소섬유, 아라미드섬유 중 하나 또는 둘 이상의 조합이 사용될 수 있다.
특히, 연속섬유복합재(100)는 폴리프로필렌수지(PP Resin)에 연속섬유 형태의 유리섬유 60wt%의 함량이 함침된 상태로 분산되게 구성된 CFRTPC(Continuous-Fiber Reinforced Thermoplastic)인 것이 바람직하다.
또한, 장섬유복합재(200)는 폴리프로필렌수지에 장섬유 형태의 유리섬유 20wt%의 함량이 함침된 상태로 분산되게 구성된 PP-LFT(Long Fiber Thermoplastic)로 구비된다.
위와 같은, 연속섬유복합재(100) 및 장섬유복합재(200)의 구성으로 본 발명에 따른 스티프너가 제작되고, 도 1과 같은 형상으로 구현된다.
상세하게, 도 1을 참조하면, 연속섬유복합재(100)는 스티프너로 제작되기 위해, 차량의 전면에서 사고 시, 충돌이 이루어지는 부분으로, 금형 캐비티(14) 내에서 측면 부분을 따라 배치되고, 장섬유복합재(200)는 금형 캐비티(14) 내 측면에 배치되는 연속섬유복합재(100)의 내측에 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같은 배치는 종래 기술상의 제반 문제점을 해결하고자 창출된 것으로, 고속충돌성능을 만족시키면서, 동시에 부품 경량화를 실현시킬 수 있는 효과가 있다.
즉, 스티프너의 형태에서 강도가 필수로 요구되는 측면을 제외하고 강성이 특별히 요구되지 않는 부분에 장섬유복합재(200)를 투입하여 부품의 경량화를 도모할 수 있게 된다.
이하, 도 3을 참조하여 CFRTPC가 인서트 사출성형된 경량화 스티프너 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 CFRTPC가 인서트 사출성형된 경량화 스티프너의 제조 방법에는 연속섬유복합재(CFRTPC, 100)를 프리폼으로 금형 캐비티(14) 내에 삽입하는 단계(S100), 장섬유복합재(LFT, 200)를 펠렛 형태로 사출 성형기의 호퍼(11)에 투입하여 상기 금형 내로 발포 사출하는 단계(S200) 및 상기 연속섬유복합재(100)와 상기 장섬유복합재(200)가 용착 및 성형되는 단계(S300)가 포함된다.
먼저, 연속섬유복합재(CFRTPC, 100)를 프리폼으로 금형 캐비티(14) 내에 삽입하는 단계(S100)를 설명하도록 한다.
연속섬유복합재(CFRTPC, 100)를 프리폼으로 금형 캐비티(14) 내에 삽입하는 단계(S100)에서 도 2를 참조하여, 연속섬유복합재(100)는 금형 캐비티(14)의 가장자리(측면)를 따라 배치되게 된다.
연속섬유복합재(100)는 열가소성수지로 구성되고, PP, PA6, PA66, TPU, PET, HDPE, PPS, PEEK 중 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어질 수 있으며, 첨가되는 강화용 연속보강섬유로는 유리섬유(GF:Glass Fiber), 탄소섬유, 아라미드섬유 중 하나 또는 둘 이상이 조합 사용될 수 있다.
특히, 연속섬유복합재(100)는 폴리프로필렌수지(PP Resin)에 연속섬유 형태의 유리섬유 60wt%의 함량이 함침된 상태로 분산되게 구성된 CFRTPC(Continuous-Fiber Reinforced Thermoplastic)인 것이 바람직하다.
이는, 스티프너의 형상에서 강도를 필요로 하는 부분으로, 높은 강성을 지닌 연속섬유복합재(CFRTPC, 100)를 배치시킴으로써, 스티프너의 고강성 및 강도 신뢰성을 만족시킬 수 있게 된다.
또한, 연속섬유복합재(100)가 금형 캐비티(14) 내의 측면을 따라 배치되는 경우에, 도 2에 도시된 바와 같이, 사각형 형상의 중공부를 갖도록 한정하지 않고, 금형 캐비티(14)의 측면을 따라 배치되어 차량 전면에서 사고로 인한 충돌 시, 충분한 강도를 지니게 하는 목적 한에서 다양하게 포진될 수 있다.
이때, 3D 프린터의 필라멘트를 활용하여 프리폼을 형성하는 것이 바람직하고, 이로 인해, 종래의 금형 제작으로 인한 제작비용 문제를 해결할 수 있을뿐만 아니라, 금형에서 트리밍 과정에서 발생되었던 로스율을 줄일 수 있고, 불량률까지 줄일 수 있는 효과가 있다.
따라서, 종래의 열가소성 테이프를 필요한 길이로 잘라 예비 가열하고, 일정 시간 후에 열가소성 테이프를 금형에 투입하는 예비 가열공정과 부형공정(2개의 공정)이 요구되는 프리폼 제작의 공정 수를 축소할 수 있고, 이에 관한 비용까지 절감시킬 수 있게 된다.
위와 같이, 다자유도 로봇 시스템의 삼각함수개념의 델타방식, 출력물이 바닥에 안정적으로 고정되게 하는 방식을 활용하여 수행함으로써, 다품종 소량생산 제품 생산에 대응이 가능하게 되고, 종래의 로드(Rod) 및 시트(Sheet) 삽입 인서트 사출 대비 설계 자유도, 경량화, 생상성 향상의 효과가 발생된다.
서술된 연속섬유복합재(100)를 금형 캐비티(14) 내에 삽입시키는 프리폼 구성을 포함하는 인서트 사출은 금형 내에서 이질 또는 이색의 플라스틱이나 플라스틱 이외의 부품을 일체화시키는 사출성형 방법으로, 후술할 장섬유복합재(200)와 일체화 과정을 이루게 되고, 종래의 금형의 인서트와 인접한 플라스틱 부위에 금속인 금형과 수지의 열팽창 지수의 차이에 의한 크랙(Crack)의 발생을 제거할 수 있는 장점이 있다.
다음으로, 장섬유복합재(LFT, 200)를 펠렛(Pellet) 형태로 사출 성형기의 호퍼(11)에 투입하여 금형 내로 발포 사출하는 단계(S200)로, 금형 캐비티(14) 내에 연속섬유복합재(100)가 삽입된 상태에서, 장섬유복합재(200)가 펠렛 형태로 사출 성형기의 호퍼(11)에 투입되는 단계이다.
상세하게 설명하자면, 장섬유복합재(200)는 펠렛 형태로, 복수 개가 호퍼(11)에 투입되어 실린더(12)에 의해 용융되어 노즐(13)을 통과해 금형 캐비티(14)를 향하여 이송될 수 있다. 여기서, 실린더(12)는 공지의 금형 부품인 실린더 및 사출 스크류의 형태일 수 있고, 회전속도, 압력, 온도에서 일정 값을 한정하여 장섬유복합재(200)의 사출을 도모할 수 있다(도 2참조).
실린더(12)는 호퍼(11)에 투입된 펠렛 형태의 장섬유복합재(200)를 압착시키고, 마찰 및 압력을 통해 열을 발생시킴으로써 용융시킬 수 있다.
따라서, 스티프너의 형태에서 강도가 필수로 요구되는 측면을 제외하고 강성이 특별히 요구되지 않는 부분에 장섬유복합재(200)를 투입하여 부품의 경량화를 도모할 수 있는 효과가 있다.
위와 같은 연속섬유복합재(100) 및 장섬유복합재(200)를 사용함에 따라, 종래의 GMT에 비해 구조강도, 충격강도, 굴곡탄성률 등이 우수할 뿐만 아니라, 성형 시간이 짧고, 재활용하기 쉬운 효과가 발생된다. 게다가, 공정 수의 감소로 제조 비용 절감 효과까지 볼 수 있다.
이때, 장섬유복합재(200)는 발포 사출되는 것이 바람직하고, 발포 방법으로는, 마이크로 캡슐 투입 방법, 물리적 발포 및 화학적 발포에 의한 발포제가 있다.
먼저, 마이크로 캡슐에 의한 발포에 있어서, 마이크로 캡슐을 투입하는 방법은 폴리머로 감싸고 있는 중공상태의 캡슐로, 성형온도에 의하여 내부 기공이 팽창하며, 폴리머 연신으로 의해 발포 가능한 구조의 발포제이며, 물리적 발포는 초임계 유체를 활용한 발포 방식으로, 사출기 노즐에 강제적으로 Gas(초임계 유체)를 주입시켜, 사출 시 금형 내부로 균일한 기공을 형성하도록 하는 발포제이며, 화학적 발포는 열분해 유기합성물로 구성된 첨가제로, 성형 과정에 열에 의한 성분 분해가 일어나며, 그 과정에서 발생하는 Gas로 제품 내부에 기공을 형성하는 발포제이다. 본 발명에서는 마이크로 캡슐이 가장 권장되나, 이에 한정하지 않고, 기공을 형성하는 발포제의 종류 및 형태의 제한이 없음을 밝혀둔다.
이때, 연속섬유복합재(100)는 GF 60wt%, 장섬유복합재(200)는 유리섬유는 20wt%, 발포 함량은 3wt%으로 구성된다.
이하, 첨가된 발포 함량에 따라 개선되는 효과에 대해 이하의 실험을 통해 증명하도록 한다.
제품 성능 평가 진행 방법으로는, 스티프너 상부에 정하중으로 가압하여 파손까지의 최대 하중값을 파악하는 정하중 평가, 가압 시 제품의 휨 현상이 발생하며 변형거리(변위량)을 측정하는 최대 변위 평가 및 제품 총 중량을 측정하여 경량화 정도를 파악하는 중량 평가로 진행된다.
여기서, 발포는 마이크로 캡슐 형태의 발포제의 투입에 의해 이루어지고, 이를 기준으로 설명한다. 이때, 화학적 및 물리적 발포 형태의 발포제 또한 동일한 효과를 발현하나, 중복 설명 방지를 위해 생략하도록 한다.
먼저, 이하 표 1을 참조하여 연속섬유복합재 및 장섬유복합재에 함침되는 유리섬유의 함량에 따른 영향을 비교하도록 한다.
구분 Insert
(연속섬유복합재 GF60%, 8Φ)		 Weight
(g)		 정하중
(kgf)		 최대변위(mm)
(a) 장섬유복합재(GF30wt%) X 510 123 32.0
(b) 장섬유복합재(GF20wt%) O 493 127 17.1
(c) 장섬유복합재(GF20wt%)발포제 1wt% O 463 124 19.5
상기 표 1을 참조하면, 샘플(a)는 장섬유복합재(200)에 유리섬유 30wt%가 함량되고, 연속섬유복합재(100)의 인서트 과정이 없는 사출 성형으로 제작된 스티프너의 Weight, 정하중 및 최대변위를 측정한 것이고, 샘플(b)는 장섬유복합재(200)에 유리섬유 20wt%가 함량되고, 연속섬유복합재(100)의 인서트 과정이 진행된 사출 성형으로 제작된 스티프너의 Weight, 정하중 및 최대변위를 측정한 것이고, 샘플(c)는 샘플(b)와 동일하게 장섬유복합재(200)에 유리섬유 20wt%가 함량되고, 연속섬유복합재(100)의 인서트 과정이 진행되지만, 추가로 발포제 1wt% 함량이 더 포함되어 사출 성형으로 제작된 스티프너의 Weight, 정하중 및 최대변위를 측정한 것이다.
서술한 바와 같이 각각 상이하게 제작된 샘플(a) 내지 (c)의 스티프너를 실험하여 도 4 및 도 5와 같은 형태로 실험(제품 성능 평가)하였다.
도 4는 스티프너(샘플(a) 내지 (c)로 제작된)의 상부에 가압 구동 장치가 위치하여 가압하기 직전을 도시한 것이고, 도 5는 스티프너가 가압 구동 장치로부터 파손까지의 최대 하중을 받은 경우 파단면(A)이 발생됨을 도시한 것이다.
표 1에서도 알 수 있듯이, 샘플(a) 내지 (c)의 정하중(스티프너 상부에서 제품을 가압할 때 버티는 하중)은 소폭으로, 큰 차이가 없지만, Weight 및 최대변위에서 차이가 존재함을 확인할 수 있다.
즉, 인서트 사출성형이 진행되지 않은 경우 보다 유리섬유 60wt% 함량이 포함된 연속섬유복합재(100)가 인서트 사출성형된 스티프너의 무게가 가볍고, 정하중으로 가압하였을 때 제품이 변형되며 뒤로 밀리는 거리인 최대변위가 짧은 것을 확인할 수 있다.
따라서, 유리섬유 60wt% 함량이 포함된 연속섬유복합재(100)가 장섬유복합재(200)에 인서트 사출성형된 스티프너가 경량화를 실천할 수 있는 본 발명의 목적에 부합하는 성형 공정임을 파악할 수 있다.
그러나, 장섬유복합재(200)에 연속섬유복합재(100)가 인서트 사출성형되는 것 보다 장섬유복합재(200)와 함께 발포제 1wt%의 함량이 추가로 구성되는 샘플(c)의 스티프너가 463g의 하중으로 가장 우수하게 경량화를 실천할 수 있다. 아울러, 샘플 (c)의 최대변위가 19.5mm로, 17.1mm인 샘플(b)와 비교하였을 때에 큰 차이를 보이지 않으므로, 본 발명의 목적인 스티프너의 경량화를 염두하였을 때, Weight가 상대적 가벼운 샘플(c)의 성형 공정이 우수한 것을 파악할 수 있다.
위와 같이 스티프너 제작을 위한 발포 성형이 복합된 사출 성형에서 발포제가 첨가되는 구성이 스티프너의 경량화를 도모하기 위해 적합한 것을 확인하였다. 이때, 발포제 함량은 바람직하게는 3wt%이다.
발포제 함량(wt%) Weight(g) 정하중(kgf) 최대변위(mm)
(i) 1 463 124 19.5
(j) 3 445 117 20.7
(k) 5 411 101 35.2
상기 표 2는 연속섬유복합재(100)가 삽입된 금형에 용융한 유리섬유 20wt%가 함량된 펠렛 형태의 장섬유복합재(200)를 발포사출하는 공정에서, 발포제의 함량을 달리하여 제작된 샘플 값이다.
상기 표 2를 참조하면, 발포제 함량의 1wt%와 3wt%는 정하중 및 최대변위에서 큰 차이를 보이지 않지만, Weight에서 각각 463(g) 및 445(g)로 큰 차이를 보여, 발포제 함량이 3wt%인 샘플(j)가 스티프너 경량화 효과를 발생시킬 수 있는 것을 확인할 수 있다.
한편, 발포제 함량이 5wt%인 샘플(k)가 샘플(j) 보다 큰 폭으로 경량화 효과를 발생시킬 수 있지만, 발포제의 함량이 5wt%인 경우, 파손까지의 최대 하중값인 정하중이 101(kgf)로 발포제 함량 3wt% 보다 16(kgf)이 낮고, 가압 시에 휨 현상이 발생하는 변형거리는 35.2(mm)로 발포제 함량 3wt% 보다 15(mm)정도 오히려 증대함을 알 수 있다. 이로 인해, 제작 시 요구되는 설계 스펙을 만족시킬 수 없게 된다.
이에 따라, 발포제 함량 3wt% 투입 시, 파손 우려를 최소화하고, 경량화 효과를 10% 수준으로 확보할 수 있으므로, 발포제의 함량이 3wt%가 가장 바람직하다.
다음으로, 상기 연속섬유복합재와 상기 장섬유복합재가 용착 및 성형되는 단계(S300)가 진행된다.
이 과정은 공지의 사출 성형에서 이루어지는 가소화과정, 보압 및 냉각단계로, 사출물의 표면을 계면활성화시켜, 접착제 없이도 본 발명의 연속섬유복합재(100)에 장섬유복합재(200) 및 발포제(300)를 부착시킬 수 있다. 위와 같은 상기 연속섬유복합재와 상기 장섬유복합재가 용착 및 성형되는 단계(S300)는 금형 캐비티(14)를 완전히 채울 수 있도록 강한 압력과, 고화될 때까지 낮은 압력을 유지하며 진행되며, 공지 기술로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
서술된 일련의 과정을 통해 제작되는 스티프너는 원형상의 로드(Rod)로 형성될 수 있고, 반드시 원 형상에 국한되지 않으며, 타원은 물론 각을 갖는 다각형상이 될 수도 있다.
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.
11 : 호퍼, 12 : 실린더,
13 : 노즐, 14 : 금형 캐비티,
100 : 연속섬유복합재, 200 : 장섬유복합재.

Claims (14)

  1. 연속섬유복합재(CFRTPC)를 프리폼으로 금형 캐비티 내에 삽입하는 단계;
    장섬유복합재(LFT)를 필렛 형태로 사출 성형기의 호퍼에 투입하여 상기 금형 내로 발포 사출하는 단계; 및
    상기 연속섬유복합재와 상기 장섬유복합재가 용착 및 성형되는 단계;를 포함하는
    CFRTPC가 인서트 사출 성형된 경량화 스티프너 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연속섬유복합재는 60wt% 함량의 유리섬유(Glass Fiber)로 구성된
    CFRTPC가 인서트 사출 성형된 경량화 스티프너 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 장섬유복합재는 20wt% 함량의 유리섬유로 구성된
    CFRTPC가 인서트 사출 성형된 경량화 스티프너 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발포 사출하는 단계에 있어서,
    3wt% 함량의 발포제가 상기 호퍼에 투입되는
    CFRTPC가 인서트 사출 성형된 경량화 스티프너 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    마이크로 캡슐 형태의 발포제로 발포 사출하는 것인
    CFRTPC가 인서트 사출 성형된 경량화 스티프너 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    Gas(초임계 유체)를 주입시키는 물리적 형태의 발포제로 발포 사출하는 것인
    CFRTPC가 인서트 사출 성형된 경량화 스티프너 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    열분해 유기합성물로 구성된 첨가제인 화학적 형태의 발포제로 발포 사출하는 것인
    CFRTPC가 인서트 사출 성형된 경량화 스티프너 제조 방법.
  8. 장섬유복합재에 연속섬유복합재가 인서트 사출되고, 장섬유복합재는 발포 성형되는
    CFRTPC가 인서트 사출 성형된 경량화 스티프너.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 장섬유복합재 발포 성형 시,
    3wt% 함량의 발포제가 주입되는
    CFRTPC가 인서트 사출 성형된 경량화 스티프너.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 연속섬유복합재는 60% 함량의 유리섬유(Glass Fiber)로 구성된
    CFRTPC가 인서트 사출 성형된 경량화 스티프너.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 장섬유복합재는 20% 함량의 유리섬유로 구성된
    CFRTPC가 인서트 사출 성형된 경량화 스티프너.
  12. 제11항에 있어서,
    마이크로 캡슐 형태의 발포제로 발포 사출하는 것인
    CFRTPC가 인서트 사출 성형된 경량화 스티프너.
  13. 제11항에 있어서,
    Gas(초임계 유체)를 주입시키는 물리적 형태의 발포제로 발포 사출하는 것인
    CFRTPC가 인서트 사출 성형된 경량화 스티프너.
  14. 제11항에 있어서,
    열분해 유기합성물로 구성된 첨가제인 화학적 형태의 발포제로 발포 사출하는 것인
    CFRTPC가 인서트 사출 성형된 경량화 스티프너.
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