KR20220029973A

KR20220029973A - 자동차용 샌드위치 판넬 제조 방법 및 자동차용 샌드위치 판넬

Info

Publication number: KR20220029973A
Application number: KR1020200111596A
Authority: KR
Inventors: 심재기; 주효문; 조용완
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사; (주)일광폴리머
Priority date: 2020-09-02
Filing date: 2020-09-02
Publication date: 2022-03-10
Also published as: US20220063246A1; US11878489B2

Abstract

본 발명은 금속 판재의 표면을 에칭하는 판재 에칭 단계, 상기 판재 에칭 단계에 의해 에칭 처리된 상기 금속 판재의 일 면에 특정한 형상의 패턴을 형성시키는 판재 프레스 단계, 한 쌍의 상기 금속 판재를 적층하는 단계 및 적층된 한 쌍의 상기 금속 판재 내부에 플라스틱 수지를 주입하여 사출 성형하는 단계를 포함하는 자동차용 샌드위치 판넬 제조 방법으로서, 본 발명에 의하면, 판넬의 접합 성능을 향상시켜 프레스 성형으로 인한 형상 자유도를 향상시킬 수 있다.

Description

자동차용 샌드위치 판넬 제조 방법 및 자동차용 샌드위치 판넬{MANUFACTURING METHOD OF A SANDWICH PANEL AND THE SANDWICH PANEL}

본 발명은 자동차 부품을 위한 샌드위치 판넬을 제조하는 방법과 그 샌드위치 판넬에 관한 것이다.

자동차 부품 소재 적용을 위해 내구성이 우수하고 다양한 기능을 가지는 샌드위치 판넬에 대한 니즈(needs)가 존재한다.

기존의 자동차 부품용 샌드위치 판넬은 도 1과 같이 스틸이나 알루미늄 등의 금속 소재의 판재(1)와 수지(3)의 접합을 위해 본딩 필름(2)을 사용하여 판재(1)와 수지(3) 간의 접합을 유도하여 제작된다.

따라서, 이러한 일반적인 본딩 필름 구조를 적용할 경우 샌드위치 판넬의 성형에 한계가 있다. 즉, 복잡 형상의 프레스 성형시 본딩 필름의 박리 또는 깨짐에 의해 본딩 필름 층이 분리되며, 수지와 금속 간의 갭이 발생할 우려가 크다.

그러므로, 설계 자유도의 한계로 인해 자동차 부품용으로의 제작에 한계가 있다.

이와 같이 지금까지의 본딩 방식 접합으로는 판재 사이의 접합력이 떨어져 패턴 성형후 접합이 불가능하고, 리크 발생 우려가 높았다.

그리고, 용접 방식의 접합은 공수가 과다하고, 성형 영역의 한계가 있으므로 자동차용 부품으로 적합한 결과를 도출하지 못하였다.

샌드위치 판넬은 건축자재 분야에서는 다양하게 적용이 가능하지만, 자동차 부품과 같이 복잡한 형상의 프레스 형성을 요하는 부품 제작에는 계면간 박리 현상으로 도입에 한계가 있는 것이다.

그러나, 자동차 부품의 접합 특성이 지속 유지될 수 있다면, 루프, 후드, 환경차용 전자기기 박스, 배터리 케이스를 비롯한 단순 부품과 함께, 단열 및 NVH(Noise, Vibration and Harshness) 개선을 위한 공기층이나 유로 형성을 통한 채널 등에 샌드위치 판넬을 적용하는 것은 자동차 제조에 이로운 점이 많다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국등록특허공보 제10-1262264호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 판넬의 접합 성능을 향상시켜 프레스 성형으로 인한 형상 자유도를 향상시킬 수 있는 자동차용 샌드위치 판넬의 제조 방법 및 그 샌드위치 판넬을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 자동차용 샌드위치 판넬 제조 방법은, 금속 판재의 표면을 에칭하는 판재 에칭 단계, 상기 판재 에칭 단계에 의해 에칭 처리된 상기 금속 판재의 일 면에 특정한 형상의 패턴을 형성시키는 판재 프레스 단계, 한 쌍의 상기 금속 판재를 적층하는 단계 및 적층된 한 쌍의 상기 금속 판재 내부에 플라스틱 수지를 주입하여 사출 성형하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 판재 에칭 단계는 상기 금속 판재를 에칭액에 침지시켜 에칭 처리하는 것을 특징으로 한다.

그 결과, 상기 판재 에칭 단계에 의해 상기 금속 판재의 표면에 언더컷(undercut)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 적층된 한 쌍의 상기 금속 판재 내부에는 상기 판재 프레스 단계에 의해 형성된 패턴 형상의 공동(空洞, void)부가 형성되고, 상기 사출 성형하는 단계는 상기 공동부에 상기 플라스틱 수지를 주입하는 것을 특징으로 한다.

또한, 한 쌍의 상기 금속 판재에 형성된 상기 패턴 형상은 동일한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일 관점에 의한 자동차용 샌드위치 판넬은, 표면이 에칭 처리된 한 쌍의 금속 판재 사이에 수지 접합층이 적층 형성되고, 상기 수지 접합층은 한 쌍의 상기 금속 판재에 직접 접합된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 금속 판재의 상기 수지 접합층과 접합되는 표면에는 언더컷(undercut)이 형성된 것을 특징으로 한다.

다음, 본 발명의 또 다른 일 관점에 의한 자동차용 샌드위치 판넬은, 표면이 에칭 처리되어 적층된 한 쌍의 금속 판재 내부에 복수 개의 공동(空洞, void)부가 형성되고, 복수 개의 상기 공동부 중 적어도 하나의 공동부에는 플라스틱 수지가 충진된 것을 특징으로 한다.

그리고, 복수 개의 상기 공동부는 서로 이격되고 평행하게 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 복수 개의 상기 공동부 중 적어도 하나의 공동부는 중공(中空) 상태인 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 중공 상태의 공동부의 양 단은 외부로 연통된 것을 특징으로 한다.

그리고, 복수 개의 상기 공동부는 서로 이격되고 평행하게 형성되며, 상기 플라스틱 수지가 충진된 수지 접합층과 상기 중공 상태의 공기층이 교번(交番)하여 형성된 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 중공 상태의 공기층의 벽면에는 상기 공기층을 둘러싸는 형태로 상기 플라스틱 수지가 충진된 것을 특징으로 한다.

다음으로, 본 발명의 또 다른 일 관점에 의한 자동차용 샌드위치 판넬은, 표면이 에칭 처리되어 적층된 한 쌍의 금속 판재 내부에 공동(空洞, void)부가 형성되고, 상기 공동부의 양 단은 외부로 연통된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 공동부의 벽면에는 상기 공동부를 둘러싸는 형태로 상기 플라스틱 수지가 충진된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 샌드위치 판넬 제조 방법에 의해 제조되는 샌드위치 판넬은 일반 본딩 필름에 의해 제조되는 샌드위치 판넬에 비해 융착 소재 대비 접합강도가 50~100% 향상된다. 즉, 전단강도 35MPa 이상을 발휘한다.

그리고, 본딩 필름을 적용하지 않고 수지 자체와 금속계면 간의 기계적 접합인 앵커 타입으로 접합하므로 성형자유도가 높아지므로, 접합영역 박리강도가 강화된다.

그러므로, 기존의 건축자재용으로의 비성형 판넬이 아닌, 높아진 성형 자유도로 루프, 후드 등 자동차용 부품 제작이 가능해진다.

블랭크 타입의 샌드위치 판넬의 경우 특정 패턴의 형성이 가능한 판재 제작이 가능하므로 경량화 및 특정 기능성 판재 제작이 가능하다.

따라서, 강성 보강용 샌드위치 판재 또는 NVH 최적화를 위한 샌드위치 판재 또는 냉각 수로가 형성된 냉각시스템 부품으로 활용이 가능하다.

그리고, 수요가 증대하고 있는 차량용 전자/전기 부품 및 배터리 케이스 등 에 적용이 가능하고, 차량의 NVH 개선, 루프 적용시 단열 효과로 인한 연비 효과 및 강성 보강 소재의 활용을 통한 차량 경량화를 가능하게 한다.

도 1은 기존의 샌드위치 판넬의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2 내지 4는 본 발명의 샌드위치 판넬의 제조 과정을 순차적으로 도시한 것이다.
도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 의한 샌드위치 판넬의 평면 형상을 도시한 것이고, 도 5b는 도 5a의 측단면 형상을 도시한 것이다.
도 6a는 본 발명의 제2 실시예에 의한 샌드위치 판넬의 평단면 형상을 도시한 것이고, 도 6b는 도 6a의 X1-Y1 절단시 단면 형상을 도시한 것이다.
도 7a는 본 발명의 제3 실시예에 의한 샌드위치 판넬의 평단면 형상을 도시한 것이고, 도 7b는 도 7a의 X2-Y2 절단시 단면 형상을 도시한 것이다.
도 8a는 본 발명의 제4 실시예에 의한 샌드위치 판넬의 평단면 형상을 도시한 것이고, 도 8b는 도 8a의 X3-Y3 절단시 단면 형상을 도시한 것이다.
도 9a는 본 발명의 제5 실시예에 의한 샌드위치 판넬의 평단면 형상을 도시한 것이고, 도 9b 및 도 9c는 도 9a의 X4-Y4 절단시 단면 형상을 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 2 내지 4는 본 발명의 샌드위치 판넬의 제조 과정을 순차적으로 도시한 것이다. 이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 자동차용 샌드위치 판넬 제조 방법 및 샌드위치 판넬을 설명하기로 한다.

본 발명은 판재와 수지 간 본딩 필름 등의 개재 없이 직접 접합 가능하도록 함으로써, 자동차 부품으로 적합한 내구성을 발휘하는 샌드위치 판넬을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 금속판재의 수지 접합면에 언더컷(undercut) 또는 돌기 형상을 부여하여 샌드위치 패널을 제조하기 위한 것이다.

언더컷은 금속 내 미세 원소의 부식 정도의 차이를 이용하여 생성할 수 있는데, 기존의 금속 표면처리 방식은 숏블라스트, 레이저 등이 있으나 이는 언더컷 형성에 한계가 있고, 사출 접합시 접합력이 기존의 본딩 융착 방식보다 높지가 않다.

본 발명은 금속판재의 표면에 언더컷을 형성하기 위해 판재 에칭(ething) 단계를 거친다.

즉, 도 2와 같이 금속 판재(11)를 롤 포밍 장치(31)에 의해 연속 롤 공정에서 에칭 수조(32)에 금속 판재(11)가 침지(浸漬)되게 하여 금속 판재(11)의 표면이 에칭에 의해 언더컷(u)이 형성될 수 있게 한다.

다음, 이를 거친 도 3과 같은 금속 판재 블랭크(blank, 12)의 에칭된 면에 패턴을 형성시킨다. 형성시키는 패턴은 후술할 공동(空洞, void)을 형성시키기 위한 것으로서, 판재 프레스(press) 단계를 통해 한 쌍의 금속 판재의 에칭면에 특정한 형상의 음각 패턴을 형성시키며, 한 쌍의 금속 판재에 형성시키는 패턴의 형태는 동일할 수 있다.

그래서, 도 4와 같이 한 쌍의 금속 판재의 패턴면이 마주보도록 적층시킴으로써 패턴대로 공동부(20)가 형성된 샌드위치 판넬(10)을 제조하고, 적층된 샌드위치 판넬(10)에 형성시킨 주입구(13)를 통해서 플라스틱 수지(30)를 사출시켜 제조한다.

본 발명의 제1 실시예에 의한 샌드위치 판넬(10)은 이와 같이 제조됨으로써, 도 5a 및 도 5b와 같이 스틸이나 알루미늄 소재의 금속 판재 사이에 플라스틱 수지가 개재되어 적층되며, 금속 판재에 형성된 언더컷 형상에 의해서 본딩 필름 없이 금속 판재와 수지 간 강한 접합력을 유지하여 제조가 가능하다.

본 발명의 제1 실시예에 의한 샌드위치 판넬(10)은 플라스틱 수지가 금속 판재 간에 전면적으로 충진되어 수지 접합층(21)을 형성함으로써 접합성이 강한 것을 특징으로 하는데, 전면 수지 접합층 외에 다양한 형태의 공동부를 판재 프레스 단계에 의해 형성시킬 수 있다.

이러한 본 발명의 제1 실시예에 의한 샌드위치 판넬은 접합 강도가 매우 우수하여 차체나 바디 부품에 적용이 용이하다.

이하에서는 다양한 형태의 공동부로 구현되는 다양한 실시예에 의한 샌드위치 판넬을 설명하기로 한다.

도 6a는 본 발명의 제2 실시예에 의한 샌드위치 판넬의 평단면 형상을 도시한 것이고, 도 6b는 도 6A의 X1-Y1 절단시 단면 형상을 도시한 것이다.

제2 실시예에 의한 샌드위치 판넬(10)은 도시와 같이 평면상 사선 방향으로 공동부가 형성된 것을 특징으로 하며, 공동부에 플라스틱 수지가 채워짐으로써 금속 판재 사이에 수지 접합층(21)이 형성된 것이다.

반드시 사선 방향일 필요는 없으며, 도시와 같이 복수 개의 공동부가 간격을 두고 이격되어 형성된다.

이러한 샌드위치 판넬에 의해서 보다 강성 보강이 가능해지고, 접합강도는 판재 형상으로 제어 가능하며, 제작된 샌드위치 판재는 제1 실시예 대비 강성 향상(패턴 종류에 따라 차별화됨. 일반적으로 유니 디렉션 방향의 패턴시 30%이상 강도 향상됨.)

도 7a는 본 발명의 제3 실시예에 의한 샌드위치 판넬의 평단면 형상을 도시한 것이고, 도 7b는 도 7A의 X2-Y2 절단시 단면 형상을 도시한 것이다.

제3 실시예에 의한 샌드위치 판넬(10)은 도시와 같이 평면상 사선 방향으로 공동부가 형성된 것은 제2 실시예와 동일하다.

그러나, 간격을 두고 이격된 복수 개의 공동부가 모두 수지가 채워진 수지 접합층(21)이 아니며, 일부는 수지가 채워지지 않아 빈 중공(中空)의 공기층(22)으로 형성시킨다.

이는 앞선 실시예들에 비해 NVH 및 단열 특성을 보다 향상시킬 수가 있으며, 수지 접합층(21)과 공기층(22)은 교번(交番)하여 형성될 수 있다.

즉, 공기층은 지구상 최대의 단열재, 공기층을 별도로 만들어 단열 성능 극대화하여 강성보강으로 NVH 개선이 가능한 것이다.

따라서, 루프, 헤드라이너 단열 성능 개선시 연비 개선 효과가 있고 경량화가 가능하다. 그리고, 도어나 후드 이너 판넬 강성을 보강시킬 수 있다.

도 8a는 본 발명의 제4 실시예에 의한 샌드위치 판넬의 평단면 형상을 도시한 것이고, 도 8b는 도 8A의 X3-Y3 절단시 단면 형상을 도시한 것이다.

제4 실시예에 의한 샌드위치 판넬(10)은 도시와 같이 일정한 형태의 복수 개의 공동부가 판재 사이에 형성된 것을 특징으로 하며, 공동부는 속인 빈 공기층(22)으로 형성되되, 공기층(22)의 벽면에는 수지 접합층(21)이 형성됨으로써 공기층(22)을 둘러싸는 형태로 형성된다.

이러한 샌드위치 판넬은 단열 특성에 강한 특징을 가진다.

즉, 공기층을 최대한 많은 부피를 차지하도록 제어한 경우로서, 육각 엠보 타입으로 강성 효과가 큰 구조로 블랭크 성형 후 공기층을 고립시켜 단열성을 보다 우수하게 할 수 있다.

마지막으로, 도 9a는 본 발명의 제5 실시예에 의한 샌드위치 판넬의 평단면 형상을 도시한 것이고, 도 9b 및 도 9c는 도 9A의 X4-Y4 절단시 단면 형상을 도시한 것이다.

제5 실시예에 의한 샌드위치 판넬(10)은 도시와 같이 공동부가 수회 절곡 형성되어 판재 사이에서 전체 영역에 고르게 분포되고, 특히 공동부의 양 단이 개방, 즉 외부로 연통되도록 형성된다.

그래서, 제5 실시예의 공동부는 냉각 수로(23)를 형성하여 판재 사이에 냉각수가 순환하게 할 수 있다.

도 9a와 같은 구성, 즉 제2 또는 제3 실시예와 같이 일부 공동부에 수지 접합층(21)이 형성되고 일부 공동부에 냉각 수로(23)가 형성될 수 있다. 이와 같은 구성은 도 9a의 단면 형상과는 일치하지 않으며, 냉각 수로(23)는 양 단이 외부로 연통되도록 형성되고, 수지 접합층(21)이 냉각 수로(23)와는 별개로 형성되도록 하여 구현 가능하다.

또는, 도 9b와 같은 구성, 즉 제4 실시예와 같이 공동부는 냉각 수로(23)로 형성되되, 냉각 수로(23)의 벽면에 수지 접합층(21)이 형성될 수 있다.

현재 냉각수로 구현을 위해서는 별도의 파이프를 삽입하거나 냉각수로 용접으로 리크를 방지하는 구조로 제작되어 왔으나, 본 발명의 제5 실시예의 경우는 냉각수로 형성된 블랭크 양면을 플라스틱 사출로 접합시킴으로써, 구조가 간단하고 일체형으로 제작 가능하며 설계 자유도가 높아진다.

이상과 같이 본 발명은 판재 표면을 처리하여 접합성을 향상시킴으로써 패턴 형성이 자유로워 판재 간에 다양한 공동부의 형성이 가능한 샌드위치 판넬을 제조 가능하게 한다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

10 : 샌드위치 판넬
11 : 금속 판재 12 : 블랭크
13 : 주입구
20 : 공동부
21 : 수지 접합층
22 : 공기층
23 : 냉각 수로
30 : 수지

Claims

금속 판재의 표면을 에칭하는 판재 에칭 단계;
상기 판재 에칭 단계에 의해 에칭 처리된 상기 금속 판재의 일 면에 특정한 형상의 패턴을 형성시키는 판재 프레스 단계;
한 쌍의 상기 금속 판재를 적층하는 단계; 및
적층된 한 쌍의 상기 금속 판재 내부에 플라스틱 수지를 주입하여 사출 성형하는 단계를 포함하는,
자동차용 샌드위치 판넬 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 판재 에칭 단계는 상기 금속 판재를 에칭액에 침지시켜 에칭 처리하는 것을 특징으로 하는,
자동차용 샌드위치 판넬 제조 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 판재 에칭 단계에 의해 상기 금속 판재의 표면에 언더컷(undercut)이 형성되는 것을 특징으로 하는,
자동차용 샌드위치 판넬 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
적층된 한 쌍의 상기 금속 판재 내부에는 상기 판재 프레스 단계에 의해 형성된 패턴 형상의 공동(空洞, void)부가 형성되고,
상기 사출 성형하는 단계는 상기 공동부에 상기 플라스틱 수지를 주입하는 것을 특징으로 하는,
자동차용 샌드위치 판넬 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
한 쌍의 상기 금속 판재에 형성된 상기 패턴 형상은 동일한 것을 특징으로 하는,
자동차용 샌드위치 판넬 제조 방법.
표면이 에칭 처리된 한 쌍의 금속 판재 사이에 수지 접합층이 적층 형성되고, 상기 수지 접합층은 한 쌍의 상기 금속 판재에 직접 접합된 것을 특징으로 하는,
자동차용 샌드위치 판넬.
청구항 6에 있어서,
상기 금속 판재의 상기 수지 접합층과 접합되는 표면에는 언더컷(undercut)이 형성된 것을 특징으로 하는,
자동차용 샌드위치 판넬.
표면이 에칭 처리되어 적층된 한 쌍의 금속 판재 내부에 복수 개의 공동(空洞, void)부가 형성되고, 복수 개의 상기 공동부 중 적어도 하나의 공동부에는 플라스틱 수지가 충진된 것을 특징으로 하는,
자동차용 샌드위치 판넬.
청구항 8에 있어서,
복수 개의 상기 공동부는 서로 이격되고 평행하게 형성된 것을 특징으로 하는,
자동차용 샌드위치 판넬.
청구항 8에 있어서,
복수 개의 상기 공동부 중 적어도 하나의 공동부는 중공(中空) 상태인 것을 특징으로 하는,
자동차용 샌드위치 판넬.
청구항 10에 있어서,
상기 중공 상태의 공동부의 양 단은 외부로 연통된 것을 특징으로 하는,
자동차용 샌드위치 판넬.
청구항 10에 있어서,
복수 개의 상기 공동부는 서로 이격되고 평행하게 형성되며,
상기 플라스틱 수지가 충진된 수지 접합층과 상기 중공 상태의 공기층이 교번(交番)하여 형성된 것을 특징으로 하는,
자동차용 샌드위치 판넬.
청구항 10에 있어서,
상기 중공 상태의 공기층의 벽면에는 상기 공기층을 둘러싸는 형태로 상기 플라스틱 수지가 충진된 것을 특징으로 하는,
자동차용 샌드위치 판넬.
표면이 에칭 처리되어 적층된 한 쌍의 금속 판재 내부에 공동(空洞, void)부가 형성되고, 상기 공동부의 양 단은 외부로 연통된 것을 특징으로 하는,
자동차용 샌드위치 판넬.
청구항 14에 있어서,
상기 공동부의 벽면에는 상기 공동부를 둘러싸는 형태로 상기 플라스틱 수지가 충진된 것을 특징으로 하는,
자동차용 샌드위치 판넬.