KR20220079507A - 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재 및 이를 포함하는 배터리 케이스 - Google Patents

하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재 및 이를 포함하는 배터리 케이스 Download PDF

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Abstract

하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재 및 이를 포함하는 배터리 케이스에 관해 개시되어 있다. 개시된 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재는 적어도 하나의 제1 시트 및 이와 다른 적어도 하나의 제2 시트가 적층된 적층 시트를 포함할 수 있다. 상기 제1 시트는 제1 열경화성 매트릭스 및 제1 보강섬유를 포함할 수 있고, 상기 제2 시트는 제2 열경화성 매트릭스 및 상기 제1 보강섬유와 다른 형태를 갖는 제2 보강섬유를 포함할 수 있다. 상기 제1 시트의 상기 제1 보강섬유의 함량은 상기 제2 시트의 상기 제2 보강섬유의 함량과 다를 수 있다. 상기 제1 및 제2 시트 중 적어도 상기 제1 시트는 저수축제를 더 포함할 수 있고, 상기 저수축제의 함량은 상기 제1 및 제2 시트에서 서로 다를 수 있다.

Description

하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재 및 이를 포함하는 배터리 케이스{Hybrid type fiber-reinforced thermosetting plastic composite and battery case including the same}
본 발명은 플라스틱 재료 및 이를 적용한 물품에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 열경화성 플라스틱 재료 및 이를 적용한 케이스 부재에 관한 것이다.
섬유강화 플라스틱(fiber-reinforced plastic)은 플라스틱 매트릭스에 강화섬유가 혼합된 복합재료이다. 섬유강화 플라스틱은 경량이면서 고강도 및 고강성을 갖고 내부식성 및 내약품성이 우수하여, 다양한 분야에서 금속이나 기존 재료를 대체하여 적용되고 있다. 최근에는, 자동차 분야(경량화 차체, 차량 인테리어 부품 등), 항공기 분야, 스포츠 레저 용품 분야, 공업 부품/설비 분야 등에서 섬유강화 플라스틱 소재가 많은 관심을 받고 있다.
그런데 기존 섬유강화 플라스틱의 단순한 구성만으로는 다양한 분야에서 요구되는 우수한 물성을 만족시키기가 어려울 수 있다. 또한, 섬유강화 플라스틱을 성형하여 소정의 성형체를 제조함에 있어서, 열수축에 의한 변형이나 뒤틀림 문제 등이 발생할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 우수한 기계적ㆍ화학적 물성을 가지면서 열수축에 의한 변형이나 뒤틀림 문제를 억제 또는 방지할 수 있는 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 적용한 배터리 케이스(예컨대, 전기자동차용 배터리 케이스)를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 제1 시트 및 적어도 하나의 제2 시트가 적층된 적층 시트를 포함하고, 상기 제1 시트는 제1 열경화성 매트릭스 및 제1 보강섬유를 포함하고, 상기 제2 시트는 제2 열경화성 매트릭스 및 상기 제1 보강섬유와 다른 형태를 갖는 제2 보강섬유를 포함하며, 상기 제1 시트에서의 상기 제1 보강섬유의 함량은 상기 제2 시트에서의 상기 제2 보강섬유의 함량과 다르고, 상기 제1 및 제2 시트 중 적어도 상기 제1 시트는 저수축제를 더 포함하고, 상기 저수축제의 함량은 상기 제1 및 제2 시트에서 서로 다른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재가 제공된다.
상기 제1 보강섬유는 장섬유 형태를 가질 수 있고, 상기 제2 보강섬유는 직물 형태를 가질 수 있다.
상기 제1 보강섬유는 상기 장섬유 형태의 유리섬유를 포함할 수 있고, 상기 제2 보강섬유는 상기 직물 형태의 유리섬유를 포함할 수 있다.
상기 제1 시트에서의 상기 제1 보강섬유의 함량은 상기 제2 시트에서의 상기 제2 보강섬유의 함량보다 낮을 수 있다.
상기 제1 시트에서의 상기 제1 보강섬유의 함량은 약 30 내지 50 wt% 정도일 수 있다.
상기 제2 시트에서의 상기 제2 보강섬유의 함량은 약 60 내지 80 wt% 정도일 수 있다.
상기 제2 시트는 저수축제를 미포함할 수 있다.
상기 제1 시트의 상기 저수축제의 함량은 약 0.1 내지 15 wt% 정도일 수 있다.
상기 제1 시트는 상기 저수축제로 폴리에스터(polyester)를 포함할 수 있고, 상기 제1 시트의 상기 저수축제의 함량은 약 5 내지 11 wt% 정도일 수 있다.
상기 제1 시트는 상기 저수축제로 폴리스타이렌(polystyrene)을 포함할 수 있고, 상기 제1 시트의 상기 저수축제의 함량은 약 5 내지 11 wt% 정도일 수 있다.
상기 제1 시트는 상기 저수축제로 폴리메틸메타크릴레이트[poly(methyl methacrylate)]를 포함할 수 있고, 상기 제1 시트의 상기 저수축제의 함량은 약 5 내지 11 wt% 정도일 수 있다.
상기 제1 시트는 상기 저수축제로 폴리비닐아세테이트[poly(vinyl acetate)]를 포함할 수 있고, 상기 제1 시트의 상기 저수축제의 함량은 약 5 내지 11 wt% 정도일 수 있다.
상기 제1 시트는 상기 저수축제로 폴리에틸렌(polyethylene)을 포함할 수 있고, 상기 제1 시트의 상기 저수축제의 함량은 약 5 내지 11 wt% 정도일 수 있다.
상기 장섬유 형태의 상기 제1 보강섬유의 평균 길이는 약 10 내지 60 mm 정도일 수 있고, 단면 직경은 약 5 내지 30 ㎛ 정도일 수 있다.
상기 제1 시트의 성형 전 평량은 약 1500 내지 3500 g/m2 정도일 수 있다.
상기 직물 형태의 상기 제2 보강섬유를 구성하는 연속섬유의 단면 직경은 약 1 내지 200 ㎛ 정도일 수 있다.
상기 제2 시트의 성형 전 평량은 약 600 내지 1100 g/m2 정도일 수 있다.
상기 제1 및 제2 열경화성 매트릭스 중 적어도 하나는 불포화 폴리에스터(polyester)를 포함할 수 있다.
상기 적층 시트는 상기 제1 시트와 상기 제2 시트가 교대로 적층된 구조를 갖거나, 하나 이상의 상기 제1 시트가 적층된 제1 시트 그룹과 하나 이상의 상기 제2 시트가 적층된 제2 시트 그룹이 적층된 구조를 갖거나, 또는 상기 제1 시트 그룹과 상기 제2 시트 그룹이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다.
상기 적층 시트에서 상기 제1 시트와 제2 시트의 적층비(lay-up ratio)는, 예컨대, 1:10 내지 10:1 정도일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 전술한 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 포함하는 배터리 케이스가 제공된다.
상기 배터리 케이스는 전기자동차용 배터리 케이스일 수 있다.
상기 배터리 케이스는 배터리 모듈이 안착되어 지지되고 테두리부에서 상방으로 연장하여 형성되는 측벽부를 포함하는 지지부; 상기 지지부의 상면에 결합되어 상기 배터리 모듈의 안착부를 구획하는 내부프레임; 상기 지지부의 외측면에 결합되는 외부프레임; 및 상기 지지부의 하부에 결합되는 하부보호판을 포함할 수 있고, 여기서 상기 하부보호판 및 상기 지지부 중 적어도 하나는 상기 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 우수한 기계적ㆍ화학적 물성을 가지면서 열수축에 의한 변형이나 뒤틀림 문제를 억제 또는 방지할 수 있는 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 구현할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 적용하여 우수한 특성을 갖는 배터리 케이스(예컨대, 전기자동차용 배터리 케이스)를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 표 1에서 설명한 샘플1 내지 샘플7의 적층 시트로부터 제조된 평판형 성형체들의 후변형 수치(뒤틀림 정도)를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법으로 제조된 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 성형체를 예시적으로 보여주는 사진 이미지이다.
도 5 내지 도 7은 도 4의 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 성형체에 대해서 변형량을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 보여주는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 적용한 배터리 케이스를 보여주는 사시도이다.
도 14는 도 13의 배터리 케이스의 예시적인 분해 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
이하에서 설명할 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 명학하게 설명하기 위하여 제공되는 것이고, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용되는 단수 형태의 용어는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이라는 용어는 언급한 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "연결"이라는 용어는 어떤 부재들이 직접적으로 연결된 것을 의미할 뿐만 아니라, 부재들 사이에 다른 부재가 더 개재되어 간접적으로 연결된 것까지 포함하는 개념이다.
아울러, 본원 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본원 명세서에서 사용되는 "약", "실질적으로" 등의 정도의 용어는 고유한 제조 및 물질 허용 오차를 감안하여, 그 수치나 정도의 범주 또는 이에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 제공된 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 영역이나 파트들의 사이즈나 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재는 적어도 하나의 제1 시트(10) 및 적어도 하나의 제2 시트(20)가 적층된 적층 시트(50)를 포함할 수 있다. 여기서는, 하나의 제1 시트(10)와 하나의 제2 시트(20)가 적층된 구조가 개시된다. 제1 시트(10)와 제2 시트(20)는 서로 다른 물질 구성을 가질 수 있다.
제1 시트(10)는 제1 열경화성 매트릭스 및 이에 함유된 제1 보강섬유를 포함할 수 있다. 제2 시트(20)는 제2 열경화성 매트릭스 및 이에 함유된 제2 보강섬유를 포함할 수 있다. 상기 제2 보강섬유는 상기 제1 보강섬유와 다른 형태를 가질 수 있다. 다시 말해, 상기 제2 보강섬유의 종류는 상기 제1 보강섬유와 다를 수 있다. 제1 시트(10)에서의 상기 제1 보강섬유의 함량은 제2 시트(20)에서의 상기 제2 보강섬유의 함량과 다를 수 있다.
또한, 제1 및 제2 시트(10, 20) 중 적어도 제1 시트(10)는 저수축제(low profile agent 또는 low shrinking agent)를 더 포함할 수 있고, 상기 저수축제의 함량은 제1 및 제2 시트(10, 20)에서 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 저수축제는 제1 및 제2 시트(10, 20) 중 제1 시트(10)에만 포함되거나, 제1 시트(10)의 저수축제의 함량이 제2 시트(20)의 저수축제의 함량보다 클 수 있다.
이와 같이, 서로 다른 물질 구성을 갖는 복수의 시트(10, 20)를 적층하되, 제1 시트(10) 및 제2 시트(20)에 포함된 보강섬유의 종류(형태) 및 함량을 서로 다르게 조절할 수 있고, 또한, 제1 시트(10) 및 제2 시트(20)에서 소정 저수축제의 함량을 서로 다르게 조절할 수 있다. 이와 관련해서, 본 발명의 실시예에 따르면, 우수한 기계적ㆍ화학적 물성을 가지면서 열수축에 의한 변형이나 뒤틀림 문제를 억제 또는 방지할 수 있는 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 구현할 수 있다. 이하에서는, 제1 시트(10) 및 제2 시트(20)의 물질 구성을 보다 구체적으로 설명한다.
제1 시트(10)에 포함된 상기 제1 보강섬유는 '장섬유' 형태를 가질 수 있고, 제2 시트(20)에 포함된 상기 제2 보강섬유는 '직물' 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 보강섬유는 장섬유 형태의 유리섬유(glass fiber)일 수 있고, 상기 제2 보강섬유는 직물 형태의 유리섬유일 수 있다. 여기서, 상기 장섬유는, 예컨대, 촙 스트랜드(chopped strand)일 수 있다. 다시 말해, 상기 제1 보강섬유는 촙 스트랜드(chopped strand) 형태의 복수의 장섬유(예컨대, 유리 장섬유)를 포함할 수 있다. 상기 직물은 연속섬유(예컨대, 유리 연속섬유)로 직조된 형태(즉, fabric or cloth)를 가질 수 있다. 보강섬유의 종류에 따라서 시트들(10, 20)을 명명할 경우, 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 시트(10)는 '장섬유 시트'라고 할 수 있고, 제2 시트(20)는 '직물 시트'라고 할 수 있다.
상기 제1 보강섬유가 상기 장섬유를 포함하는 경우, 상기 장섬유의 평균 길이는 약 10 내지 60 mm 정도일 수 있고, 단면 직경은 약 5 내지 30 ㎛ 정도일 수 있다. 또한, 상기 제1 시트(10)의 성형 전 평량은 약 1500 내지 3500 g/m2 정도일 수 있고, 상기 장섬유(즉, 상기 제1 보강섬유)의 성형 전 평량은 약 500 내지 1500 g/m2 정도일 수 있다. 상기 제2 보강섬유가 상기 직물 형태의 섬유를 포함하는 경우, 상기 직물 형태의 섬유를 구성하는 연속섬유의 단면 직경은 약 1 내지 200 ㎛ 정도일 수 있다. 또한, 제2 시트(20)의 성형 전 평량은 약 600 내지 1100 g/m2 정도일 수 있고, 상기 직물 형태의 섬유(즉, 상기 제2 보강섬유)의 성형 전 평량은 약 500 내지 800 g/m2 정도일 수 있다. 그러나, 여기서 제시한 섬유의 평균 길이, 단면 직경 및 평량의 수치 범위는 예시적인 것이고, 경우에 따라, 달라질 수 있다.
제1 시트(10)에서 상기 제1 보강섬유의 함량은 제2 시트(20)에서 상기 제2 보강섬유의 함량보다 낮을 수 있다. 제1 시트(10)에서 상기 제1 보강섬유의 함량은, 예컨대, 약 30 내지 50 wt% 정도일 수 있다. 제2 시트(20)에서 상기 제2 보강섬유의 함량은, 예컨대, 약 60 내지 80 wt% 정도일 수 있다. 제1 시트(10)가 상기 제1 보강섬유로 장섬유를 포함하고, 제2 시트(20)가 상기 제2 보강섬유로 직물 섬유를 포함할 경우, 상기 제1 보강섬유의 함량을 상기 제2 보강섬유의 함량보다 낮게 조절하는 것이 우수한 기계적ㆍ화학적 물성을 확보하면서 열수축에 의한 변형이나 뒤틀림 문제를 억제하는데 유리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 시트(20)는 저수축제를 미포함할 수 있다. 다시 말해, 제1 및 제2 시트(10, 20) 중에서 제1 시트(10)만 소정의 저수축제를 포함할 수 있다. 이때, 제1 시트(10)에서 상기 저수축제의 함량은 약 0.1 내지 15 wt% 정도일 수 있다. 제2 시트(20)에는 저수축제를 포함시키지 않고, 제1 시트(10)에 포함되는 저수축제의 종류 및 함량을 적절히 선택/제어함으로써, 열수축에 의한 변형이나 뒤틀림 문제를 효과적으로 억제/방지할 수 있다.
구체적인 예로, 제1 시트(10)는 상기 저수축제로 폴리에스터(polyester)(PE)를 포함할 수 있고, 이 경우, 제1 시트(10)의 상기 저수축제(즉, 폴리에스터)의 함량은 약 5 내지 11 wt% 정도일 수 있다. 이러한 조건을 만족할 때, 열수축에 의한 변형이나 뒤틀림 문제를 효과적으로 억제/방지할 수 있다. 상기 저수축제로 사용되는 폴리에스터(PE)는 포화 폴리에스터(saturated PE)일 수 있다.
그러나, 제1 시트(10)에 적용될 수 있는 저수축제의 종류는 폴리에스터(PE)로 한정되지 않고, 경우에 따라, 달라질 수 있다. 예를 들어, 제1 시트(10)는 상기 저수축제로 폴리스타이렌(polystyrene)(PS), 폴리메틸메타크릴레이트[poly(methyl methacrylate)](PMMA), 폴리비닐아세테이트[poly(vinyl acetate)](PVA) 또는 폴리에틸렌(polyethylene)을 포함할 수 있다. 제1 시트(10)가 상기 저수축제로 폴리스타이렌(PS)을 포함하는 경우, 제1 시트(10)에서 상기 저수축제(즉, 폴리스타이렌)의 함량은 약 5 내지 11 wt% 정도일 수 있다. 제1 시트(10)가 상기 저수축제로 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 포함하는 경우, 제1 시트(10)에서 상기 저수축제(즉, 폴리메틸메타크릴레이트)의 함량은 약 5 내지 11 wt% 정도일 수 있다. 제1 시트(10)가 상기 저수축제로 폴리비닐아세테이트(PVA)를 포함하는 경우, 제1 시트(10)에서 상기 저수축제(즉, 폴리비닐아세테이트)의 함량은 약 5 내지 11 wt% 정도일 수 있다. 제1 시트(10)가 상기 저수축제로 폴리에틸렌을 포함하는 경우, 제1 시트(10)에서 상기 저수축제(즉, 폴리에틸렌)의 함량은 약 5 내지 11 wt% 정도일 수 있다. 이러한 조건을 만족할 때, 열수축에 의한 변형이나 뒤틀림 문제를 억제/방지하는데 유리할 수 있다.
한편, 제1 시트(10)의 모재에 해당하는 상기 제1 열경화성 매트릭스 및 제2 시트(20)의 모재에 해당하는 상기 제2 열경화성 매트릭스 중 적어도 하나는, 예컨대, 불포화 폴리에스터(unsaturated polyester)를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 열경화성 매트릭스 모두 불포화 폴리에스터를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 시트(10, 20)는 모재는 동일하면서 보강섬유의 종류 및 함량이 서로 다를 수 있고, 또한, 저수축제의 함량이 서로 다를 수 있다. 그러나, 경우에 따라, 상기 제1 및 제2 열경화성 매트릭스의 종류는 서로 다를 수도 있다.
부가적으로, 전술한 설명에서는 상기 제1 보강섬유와 제2 보강섬유의 물질이 모두 유리(즉, 유리섬유)인 경우에 대해서 주로 설명하였지만, 유리섬유 이외에 다른 섬유 물질을 사용할 수도 있다. 즉, 상기 제1 보강섬유 및 상기 제2 보강섬유 중 적어도 하나는 유리섬유, 탄소섬유, 흑연섬유, 합성 유기섬유, 고모듈러스 유기섬유(예컨대, 파라-아라미드 섬유 또는 메타-아라미드 섬유, 나일론 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유 또는 폴리에스테르 섬유), 천연섬유(예컨대, 대마, 황마, 아마, 코이어, 양마 또는 셀룰로스 섬유), 미네랄섬유(예컨대, 현무암, 규회석, 알루미나, 실리카 또는 슬래그 울이나 암석 울과 같은 광물 울), 금속섬유, 금속 처리된 천연섬유, 금속 처리된 합성섬유, 세라믹섬유, 얀 섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하여 설명한 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재는 열경화 공정을 통해 경화된(cured) 상태의 플라스틱 소재일 수 있다. 즉, 상기한 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재는 소정 형태로 성형되어 경화된 성형체(성형물)에 해당될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 2a를 참조하면, 적어도 하나의 제1 시트(10a)와 적어도 하나의 제2 시트(20a)가 적층된 형태의 적층 시트(50a)를 형성할 수 있다. 적층 시트(50a)는 열경화 공정을 수행하기 이전의 상태일 수 있다. 제1 시트(10a)는 제1 열경화성 매트릭스 물질(즉, 열경화성 수지) 및 이에 함유된 제1 보강섬유를 포함할 수 있다. 제2 시트(20a)는 제2 열경화성 매트릭스 물질(즉, 열경화성 수지) 및 이에 함유된 제2 보강섬유를 포함할 수 있다. 상기 제2 보강섬유는 상기 제1 보강섬유와 다른 형태를 가질 수 있다. 제1 시트(10a)의 상기 제1 보강섬유의 함량은 제2 시트(20a)의 상기 제2 보강섬유의 함량과 다를 수 있다. 제1 및 제2 시트(10a, 20a) 중 적어도 제1 시트(10a)는 저수축제를 더 포함할 수 있고, 상기 저수축제의 함량은 제1 및 제2 시트(10a, 20a)에서 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 저수축제는 제1 및 제2 시트(10a, 20a) 중 제1 시트(10a)에만 포함되거나, 제1 시트(10a)의 저수축제의 함량이 제2 시트(20a)의 저수축제의 함량보다 클 수 있다.
제1 시트(10a)에 포함된 상기 제1 보강섬유는 장섬유 형태를 가질 수 있고, 제2 시트(20a)에 포함된 상기 제2 보강섬유는 직물 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 보강섬유는 장섬유 형태의 유리섬유일 수 있고, 상기 제2 보강섬유는 직물 형태의 유리섬유일 수 있다. 상기 제1 보강섬유가 상기 장섬유를 포함하는 경우, 상기 장섬유의 평균 길이는 약 10 내지 60 mm 정도일 수 있고, 단면 직경은 약 5 내지 30 ㎛ 정도일 수 있다. 또한, 상기 제1 시트(10a)의 성형 전 평량은 약 1500 내지 3500 g/m2 정도일 수 있고, 상기 장섬유(즉, 상기 제1 보강섬유)의 성형 전 평량은 약 500 내지 1500 g/m2 정도일 수 있다. 상기 제2 보강섬유가 상기 직물 형태의 섬유를 포함하는 경우, 상기 직물 형태의 섬유를 구성하는 연속섬유의 단면 직경은 약 1 내지 200 ㎛ 정도일 수 있다. 또한, 제2 시트(20a)의 성형 전 평량은 약 600 내지 1100 g/m2 정도일 수 있고, 상기 직물 형태의 섬유(즉, 상기 제2 보강섬유)의 성형 전 평량은 약 500 내지 800 g/m2 정도일 수 있다.
제1 시트(10a)에서 상기 제1 보강섬유의 함량은 제2 시트(20a)에서 상기 제2 보강섬유의 함량보다 낮을 수 있다. 제1 시트(10a)에서 상기 제1 보강섬유의 함량은, 예컨대, 약 30 내지 50 wt% 정도일 수 있고, 제2 시트(20a)에서 상기 제2 보강섬유의 함량은, 예컨대, 약 60 내지 80 wt% 정도일 수 있다.
제2 시트(20a)는 저수축제를 미포함할 수 있다. 다시 말해, 제1 및 제2 시트(10a, 20a) 중에서 제1 시트(10a)만 소정의 저수축제를 포함할 수 있다. 이때, 제1 시트(10a)에서 상기 저수축제의 함량은, 예컨대, 약 0.1 내지 15 wt% 정도일 수 있다. 구체적인 예로, 제1 시트(10a)는 상기 저수축제로 폴리에스터(PE)를 포함할 수 있고, 이 경우, 제1 시트(10a)의 상기 저수축제(즉, 폴리에스터)의 함량은 약 5 내지 11 wt% 정도일 수 있다. 상기 저수축제로 사용되는 폴리에스터(PE)는 포화 폴리에스터(saturated PE)일 수 있다.
경우에 따라, 제1 시트(10a)는 상기 저수축제로 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐아세테이트(PVA) 또는 폴리에틸렌을 포함할 수도 있다. 제1 시트(10a)가 상기 저수축제로 폴리스타이렌(PS)을 포함하는 경우, 제1 시트(10a)에서 상기 저수축제(즉, 폴리스타이렌)의 함량은 약 5 내지 11 wt% 정도일 수 있다. 제1 시트(10a)가 상기 저수축제로 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 포함하는 경우, 제1 시트(10a)에서 상기 저수축제(즉, 폴리메틸메타크릴레이트)의 함량은 약 5 내지 11 wt% 정도일 수 있다. 제1 시트(10a)가 상기 저수축제로 폴리비닐아세테이트(PVA)를 포함하는 경우, 제1 시트(10a)에서 상기 저수축제(즉, 폴리비닐아세테이트)의 함량은 약 5 내지 11 wt% 정도일 수 있다. 제1 시트(10a)가 상기 저수축제로 폴리에틸렌을 포함하는 경우, 제1 시트(10a)에서 상기 저수축제(즉, 폴리에틸렌)의 함량은 약 5 내지 11 wt% 정도일 수 있다.
제1 시트(10a)의 모재에 해당하는 상기 제1 열경화성 매트릭스 물질 및 제2 시트(20a)의 모재에 해당하는 상기 제2 열경화성 매트릭스 물질 중 적어도 하나는, 예컨대, 불포화 폴리에스터(unsaturated polyester)를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 열경화성 매트릭스 물질 모두 불포화 폴리에스터일 수 있다. 그러나, 경우에 따라, 상기 제1 및 제2 열경화성 매트릭스 물질의 종류는 서로 다를 수도 있다.
제1 시트(10a)는 상기 제1 열경화성 매트릭스 물질과 상기 제1 보강섬유 및 상기 저수축제를 주요 구성요소로 포함할 수 있고, 제2 시트(20a)는 상기 제2 열경화성 매트릭스 물질과 상기 제2 보강섬유를 주요 구성요소로 포함할 수 있지만, 제1 시트(10a) 및 제2 시트(20a)는 상기한 주요 구성요소들 외에 적어도 하나의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 일반적인 열경화성 플라스틱 제조시 사용되는 첨가제와 유사할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 제1 시트(10a)와 제2 시트(20a)를 포함하는 적층 시트(50a)에 대한 성형 및 경화 공정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 소정의 금형(미도시)을 이용해서 적층 시트(50a)에 대한 가열 및 가압 공정을 수행함으로써, 성형 및 경화 공정을 수행할 수 있다. 금형을 이용할 경우, 상기 금형의 몰드(즉, 하부 금형부) 내에 도 2a에서 설명한 적층 시트(50a)를 적절한 형태로 로딩한 후에, 상기 금형의 프레스 부재(즉, 상부 금형부)로 적층 시트(50a)를 가압하면서 가열할 수 있다. 적층 시트(50a)의 경화 온도는, 예컨대, 약 130∼150℃ 정도일 수 있지만, 이에 한정되지 않고 달라질 수 있다. 경화 공정에서는, 제1 및 제2 시트(10a, 20a)에 각각 포함된 제1 및 제2 열경화성 매트릭스 물질(즉, 열경화성 수지)의 가교 결합이 발생할 수 있다.
경우에 따라서는, 적층 시트(50a)를 소정의 하부 구조체(하부 프레임) 상에 배치하여, 적층 시트(50a)를 상기 하부 구조체에 부착하는 공정과 함께 상기 성형 및 경화 공정을 수행할 수 있다. 이 경우, 상기 하부 구조체에 부착된 형태의 플라스틱 성형체를 제조할 수 있다. 그 밖에도 실시예에 따른 플라스틱 성형체의 제조방법은 다양하게 변화될 수 있다. 이와 같이 제조된 플라스틱 성형체는 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재라 할 수 있다.
하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재의 경우, 서로 다른 물질 구성을 갖는 복수의 시트가 적층된 형태를 갖기 때문에, 우수한 물성(기계적/화학적 물성) 구현에 유리할 수 있지만, 상기 복수의 시트가 서로 다른 열수축율을 가질 수 있고, 그로 인해 성형 후 변형(뒤틀림, 휘어짐 등) 문제가 발생할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 제조하되, 서로 다른 복수의 시트에 포함된 보강섬유의 종류와 함량을 최적화하고, 저수축제의 포함 여부 및 저수축제의 종류와 함량을 최적화함으로써, 시트들의 수축율 차이를 최소화하고 성형 후 변형(뒤틀림, 휘어짐 등)이 발생하는 문제를 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 우수한 기계적ㆍ화학적 물성을 가지면서 열수축에 의한 변형(뒤틀림, 휘어짐 등) 문제를 억제 또는 방지할 수 있는 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 구현할 수 있다.
아래의 표 1은 다양한 적층 시트 샘플로 제조한 평판형 성형체들의 후변형 정도(뒤틀림 정도)를 측정한 결과를 정리한 것이다.
Figure pat00001
상기 표 1에서 샘플1 내지 샘플7의 적층 시트는 제1 시트(1st sheet) 및 제2 시트(2nd sheet)를 포함하고, 여기서, 상기 제1 시트는 모두 '장섬유 시트(유리 장섬유 시트)'이고, 상기 제2 시트는 모두 '직물 시트(유리섬유 직물 시트)'이다. 또한, 상기 제1 및 제2 시트는 모두 열경화성 매트릭스 물질로 불포화 폴리에스터를 포함한다. 상기 샘플1 내지 샘플7의 적층 시트는 저수축제의 조성 및 함량에서 차이가 있다. 상기 샘플1의 경우, 제1 시트 및 제2 시트 각각에 저수축제로 SBS 및 PMMA를 모두 포함한다. 여기서, SBS는 poly(styrene-butadiene-styrene)을 나타내고, PMMA는 poly(methyl methacrylate)를 나타낸다. 상기 샘플2의 경우, 제1 시트에 저수축제로 SBS 및 PMMA를 포함하고, 제2 시트는 저수축제를 포함하지 않는다. 상기 샘플3의 경우, 제1 및 제2 시트 모두 저수축제를 미포함한다. 상기 샘플4의 경우, 제1 시트에 저수축제로 PMMA를 15 wt% 만큼 포함하고, 제2 시트는 저수축제를 포함하지 않는다. 상기 샘플5의 경우, 제1 시트에 저수축제로 PE(polyester)를 15 wt% 만큼 포함하고, 제2 시트는 저수축제를 포함하지 않는다. 상기 샘플6의 경우, 제1 시트에 저수축제로 PE를 7 wt% 만큼 포함하고, 제2 시트는 저수축제를 포함하지 않는다. 상기 샘플7의 경우, 제1 시트에 저수축제로 PE를 8 wt% 만큼 포함하고, 제2 시트는 저수축제를 포함하지 않는다.
상기 샘플1 내지 샘플7의 적층 시트로부터 제조된 평판형 성형체들의 사진 및 각각의 평판형 성형체의 후변형 수치를 측정한 결과가 표 1에 개시된다. 여기서, 상기 후변형 수치는 평판형 성형체의 뒤틀림 정도를 나타낸 것으로, 단위는 mm 이다.
도 3은 상기 표 1에서 설명한 샘플1 내지 샘플7의 적층 시트로부터 제조된 평판형 성형체들의 후변형 수치(즉, 뒤틀림 정도)를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 3에서 제1 시트의 변형량(절대값)과 제2 시트의 변형량(절대값)을 합한 수치가 표 1에서 설명한 후변형 수치에 대응된다.
표 1 및 도 3의 결과를 참조하면, 샘플5 내지 샘플7에 대응하는 성형체들의 후변형 수치가 상대적으로 상당히 작게 나타난 것을 알 수 있다. 특히, 샘플7에 대응하는 성형체의 경우, 후변형 수치가 6.0 정도로 매우 작게 나타났고, 이는 샘플1의 후변형 수치인 18.0 및 샘플3의 후변형 수치인 25.7과 비교하여 크게 낮아진 것이라 할 수 있다.
샘플1의 경우, 제1 시트 및 제2 시트에 저수축제(SBS + PMMA)를 동일하게 포함하고, 샘플 3의 경우, 제1 시트 및 제2 시트에 저수축제를 모두 포함하지 않으므로, 본 발명의 실시예에 해당되지 않을 수 있다. 반면, 샘플5 내지 샘플7 등은 제1 시트에는 저수축제(PE)를 적정량 포함하고, 제2 시트에는 저수축제를 포함하지 않으므로, 본 발명의 실시예에 해당하거나 실시예와 유사한 예시일 수 있다. 이러한 결과로부터, 본 발명의 실시예에 따르면, 열변형에 의한 뒤틀림 문제가 억제된 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 구현할 수 있음을 알 수 있다. 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재는 샘플1 및 샘플3과 같은 비교예에 따른 플라스틱 복합재보다 변형량 수치가 약 70% 이상 또는 약 80 % 이상 개선될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법으로 제조된 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 성형체를 예시적으로 보여주는 사진 이미지이다.
도 4의 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 성형체는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한 방법으로 성형 및 경화된 제품일 수 있고, 도 1을 참조하여 설명한 단면 구조 및 물질 구성을 가질 수 있다. 도 4에는 변형량을 측정하기 위한 측정 포인트들이 표시되어 있다. V1 내지 V6의 변형량 측정 포인트들은 성형체의 중앙부를 세로 방향으로 가로지르도록 배열되고, P1 내지 P12의 변형량 측정 포인트들은 성형체의 양단부 가장자리를 따라서 배열되며, H1 내지 H10의 변형량 측정 포인트들은 성형체의 중앙부를 가로 방향으로 가로지르도록 배열된다.
도 5 내지 도 7은 도 4의 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 성형체에 대해서 변형량을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 5는 V1 내지 V6의 변형량 측정 포인트에서 측정한 결과이고, 도 6은 P1 내지 P12의 변형량 측정 포인트에서 측정한 결과이며, 도 7은 H1 내지 H10의 변형량 측정 포인트에서 측정한 결과이다. 또한, 도 5 내지 도 7 각각은 비교예에 따라 제조된 플라스틱 성형체에 대한 변형량 측정 결과도 포함한다. 상기 비교예에 따른 플라스틱 성형체는 표 1에서 설명한 샘플1에 대응될 수 있고, 상기 실시예에 따른 플라스틱 성형체는 표 1에서 설명한 샘플7에 대응될 수 있다. 상기 비교예에 따른 플라스틱 성형체와 상기 실시예에 따른 플라스틱 성형체는 모두 도 4와 같은 형태를 가질 수 있다.
도 5 내지 도 7의 결과로부터, 상기 실시예에 따른 플라스틱 성형체의 변형량이 상기 비교예에 따른 플라스틱 성형체의 변형량보다 상대적으로 매우 작은 것을 확인할 수 있다.
도 1의 실시예에서는 하나의 제1 시트(10)와 하나의 제2 시트(20)가 적층된 구조를 갖는 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재에 대해 설명하였지만, 이는 예시적인 것이고, 적층의 방식/형태는 다양하게 변화될 수 있다. 예를 들어, 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재에서 상기 적층 시트는 상기 제1 시트와 상기 제2 시트가 교대로 적층된 구조를 갖거나, 하나 이상의 상기 제1 시트가 적층된 제1 시트 그룹과 하나 이상의 상기 제2 시트가 적층된 제2 시트 그룹이 적층된 구조를 갖거나, 또는 상기 제1 시트 그룹과 상기 제2 시트 그룹이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이때, 상기 적층 시트에서 상기 제1 시트와 제2 시트의 적층비(lay-up ratio)는, 예컨대, 1:10 내지 10:1 정도이거나, 또는 1:5 내지 5:1 정도일 수 있다. 다시 말해, 상기 적층 시트에 포함된 상기 제1 시트의 총 수와 상기 제2 시트의 총 수의 비는, 예컨대, 1:10 내지 10:1 정도이거나, 또는 1:5 내지 5:1 정도일 수 있다.
이하에서는, 도 8 내지 도 12를 참조하여, 실시예들에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재의 다양한 적층 구조를 설명한다.
도 8을 참조하면, 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재의 적층 시트(51)는 제1 시트(11A, 11B)와 제2 시트(21A, 21B)가 2회 이상 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 제1 시트(11A, 11B)는 도 1의 제1 시트(10)와 동일하거나 유사할 수 있고, 제2 시트(21A, 21B)는 도 1의 제2 시트(20)와 동일하거나 유사할 수 있다.
도 9를 참조하면, 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재의 적층 시트(52)는 제1 시트(12A)의 하면 및 상면에 각각 제2 시트(22A, 22B)가 구비된 구조(즉, 샌드위치 구조)를 가질 수 있다. 제1 시트(12A)는 도 1의 제1 시트(10)와 동일하거나 유사할 수 있고, 제2 시트(22A, 22B)는 도 1의 제2 시트(20)와 동일하거나 유사할 수 있다.
도 10을 참조하면, 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재의 적층 시트(53)는 제2 시트(23A)의 하면 및 상면에 각각 제1 시트(13A, 13B)가 구비된 구조(즉, 샌드위치 구조)를 가질 수 있다. 제1 시트(13A, 13B)는 도 1의 제1 시트(10)와 동일하거나 유사할 수 있고, 제2 시트(23A)는 도 1의 제2 시트(20)와 동일하거나 유사할 수 있다.
도 11을 참조하면, 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재의 적층 시트(54)는 제1 시트(14A)의 일면 상에 복수의 제2 시트(24A, 24B, 24C)가 순차로 구비된(적층된) 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 복수의 제2 시트(24A, 24B, 24C)는 제2-1 시트(24A), 제2-2 시트(24B) 및 제2-3 시트(24C)를 포함할 수 있다. 이때, 복수의 제2 시트(24A, 24B, 24C) 중 하나에 포함된 제2 보강섬유의 배열 방향은 다른 하나에 포함된 제2 보강섬유의 배열 방향과 다를 수 있다. 복수의 제2 시트(24A, 24B, 24C)가 모두 직물 형태의 제2 보강섬유를 포함하는 경우, 제2-2 시트(24B)에 포함된 제2 보강섬유의 배열 방향(즉, 직물의 배열 방향)은 제2-1 시트(24A) 및 제2-3 시트(24C)에 포함된 제2 보강섬유의 배열 방향(즉, 직물의 배열 방향)과 다를 수 있다. 이와 같이, 복수의 제2 시트(24A, 24B, 24C)에서 제2 보강섬유의 배열 방향을 변화시킴으로써, 기계적 강도 등의 특성을 더욱 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 그러나 여기서 개시한 복수의 제2 시트(24A, 24B, 24C)의 개수 및 이들에 포함된 제2 보강섬유의 배열 방향 변화 방식은 예시적인 것에 불과하고, 다양하게 변화될 수 있다.
도 11에서 하나의 제1 시트(14A)는 제1 시트 그룹(G10)이라 할 수 있고, 복수의 제2 시트(24A, 24B, 24C)는 제2 시트 그룹(G20)을 구성한다고 할 수 있다. 이러한 제1 시트 그룹(G10)과 제2 시트 그룹(G20)이 교대로 적층될 수도 있다.
도 12를 참조하면, 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재의 적층 시트(55)는 하나 이상의 제1 시트(15A, 15B)가 적층된 제1 시트 그룹(G11)과 하나 이상의 제2 시트(25A, 25B)가 적층된 제2 시트 그룹(G21)이 적층된 구조를 가질 수 있다. 또한, 제1 시트 그룹(G11)과 제2 시트 그룹(G21)이 교대로 적층될 수도 있다. 여기서, 제1 시트(15A, 15B)는 도 1의 제1 시트(10)와 동일하거나 유사할 수 있고, 제2 시트(25A, 25B)는 도 1의 제2 시트(20)와 동일하거나 유사할 수 있다.
도 8 내지 도 12에서는 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재가 가질 수 있는 다양한 적층 구조를 예시적으로 설명하였지만, 본원은 이에 한정되지 않고, 그 밖에도 적층의 방식은 다양하게 변화될 수 있다.
이상에서 설명한 실시예들에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재는 다양한 분야에 여러가지 용도로 적용될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재는 자동차 분야, 항공기 분야, 스포츠 레저 용품 분야, 공업 부품/설비 분야 등에서 금속이나 기존 재료를 대체하는 소재로 유용하게 적용될 수 있다. 특히, 전기자동차 부품의 경량화를 위한 기술 개발과 관련하여 전기자동차 배터리를 지지하는 배터리 케이스에 대한 재료의 변경이 요구되는데, 이러한 배터리 케이스에 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 적용할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 적용한 배터리 케이스(1000)를 보여주는 사시도이다. 도 14는 도 13의 배터리 케이스(1000)의 예시적인 분해 사시도이다. 배터리 케이스(1000)는, 예컨대, 전기자동차용 배터리 케이스일 수 있다.
도 14를 참조하면, 배터리 케이스(도 13의 1000)는 지지부(300), 내부프레임(100), 외부프레임(400) 및 하부보호판(500)을 포함할 수 있다. 지지부(300)는 배터리 모듈(미도시)이 안착되어 지지되고 테두리부에서 상방으로 연장되어 형성되는 측벽부(360)를 포함할 수 있다. 내부프레임(100)은 지지부(300)의 상면에 결합되어 상기 배터리 모듈의 안착부를 구획하도록 구성될 수 있다. 외부프레임(400)은 지지부(300)의 외측면에 결합되도록 구성될 수 있다. 하부보호판(500)은 지지부(300)의 하부(하면부)에 결합되도록 구성될 수 있다. 여기서, 하부보호판(500) 및 지지부(300) 중 적어도 하나는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 포함할 수 있다.
내부프레임(100)은 내측에 좌우 방향으로 배치된 제1 내부프레임(110), 전후방 외측에 좌우 방향으로 배치된 제2 내부프레임(120), 내측에 전후 방향으로 배치된 제3 내부프레임(130), 좌우 외측에 전후 방향으로 배치된 제4 내부프레임(140)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 내부프레임(110, 120, 130, 140)은 금속 재질로 개별적으로 제작되어 서로 용접될 수 있다. 제1 내부프레임(110)에는 체결홀(150)이 더 형성될 수 있다. 내부프레임(100)은, 예컨대, 스틸 재질로 형성될 수 있다.
지지부(300)는 상기 배터리 모듈이 안착되는 지지판형부(310) 및 지지판형부(310)의 가장자리 영역에서 상방으로 연장된 측벽부(360)를 포함할 수 있고, 지지판형부(310)에 형성된 체결홀(350)을 더 포함할 수 있다.
외부프레임(400)은 지지부(300)의 외측면에 결합되는 것으로서, 좌우측부와 전방부 및 후방부가 서로 연결되지 않고 분리되는 형태로 각각 지지부(300)에 결합될 수 있다. 즉, 외부프레임(400)은 지지부(300)의 장변측에 결합되는 제1 측부프레임(410) 및 제2 측부프레임(420)과 지지부(300)의 단변측에 결합되는 후방프레임(430) 및 전방프레임(440)을 포함할 수 있다. 또한, 외부프레임(400)에는 내측방향으로 연장되어 지지부(300)의 테두리부 하면을 지지하는 수평리브(450)가 형성될 수 있다. 수평리브(450)의 상면은 지지부(300)의 테두리부 하면에 소정의 접착제에 의해 결합될 수 있다. 외부프레임(400)은, 예컨대, 스틸 재질로 형성될 수 있다.
하부보호판(500)은 지지부(300)를 지지할 수 있도록 구비된 돌출형 지지부(540)를 포함할 수 있고, 지지부(300)의 체결홀(350)에 대응하는 위치에 형성된 체결홀(550)을 더 포함할 수 있다.
도 14를 참조하여 설명한 배터리 케이스(도 13의 1000)의 구성은 예시적인 것이고, 이는 다양하게 변화될 수 있다. 예를 들어, 지지부(300)는 지지판형부(310)에 복수의 냉각유로를 포함하는 냉각 블록의 구성을 가질 수 있다. 또한, 지지부(300)와 내부프레임(100) 사이에는 소정의 방열판이 더 구비될 수 있다. 또한, 지지부(300)와 하부보호판(500)은 일체형으로 형성될 수도 있다. 그 밖에도 상기 배터리 케이스의 구조 및 구성은 다양하게 변화될 수 있다.
배터리 케이스(1000)에서 하부보호판(500)은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 포함할 수 있다. 이때, 하부보호판(500) 전체가 상기 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재로 형성되거나, 하부보호판(500)의 일부가 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재로 형성될 수 있다. 또한, 배터리 케이스(1000)에서 지지부(300)는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 포함할 수 있다. 지지부(300)의 전체 또는 일부가 상기 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재로 형성될 수 있다. 하부보호판(500)과 지지부(300)를 제외한 나머지 구성품 중 적어도 일부도 상기 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 포함할 수도 있다. 이와 같이 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 적용하여 배터리 케이스(1000)를 제조하면, 열수축 변형을 억제/방지하면서 우수한 기계적/화학적 물성 및 내구성을 확보할 수 있으며, 배터리 케이스의 전체적인 무게를 경량화할 수 있다. 또한, 우수한 기밀성, 견고성 및 생산성을 확보하는데도 유리할 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 예들 들어, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 내지 도 14를 참조하여 설명한 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재 및 이를 포함하는 배터리 케이스는 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 실시예에 따른 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재는 배터리 케이스 이외에 다른 분야에도 여러가지 용도로 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
10, 10a : 제1 시트 20, 20a : 제2 시트
50, 50a : 적층 시트 51∼54 : 적층 시트
100 : 내부프레임 110 : 제1 내부프레임
120 : 제2 내부프레임 130 : 제3 내부프레임
140 : 제4 내부프레임 150 : 체결홀
300 : 지지부 310 : 지지판형부
350 : 체결홀 360 : 측벽부
400 : 외부프레임 410 : 제1 측부프레임
420 : 제2 측부프레임 430 : 후방프레임
440 : 전방프레임 450 : 수평리브
500 : 하부보호판 540 : 돌출형 지지부
550 : 체결홀 1000 : 배터리 케이스

Claims (23)

  1. 적어도 하나의 제1 시트 및 적어도 하나의 제2 시트가 적층된 적층 시트를 포함하고,
    상기 제1 시트는 제1 열경화성 매트릭스 및 제1 보강섬유를 포함하고,
    상기 제2 시트는 제2 열경화성 매트릭스 및 상기 제1 보강섬유와 다른 형태를 갖는 제2 보강섬유를 포함하며,
    상기 제1 시트에서의 상기 제1 보강섬유의 함량은 상기 제2 시트에서의 상기 제2 보강섬유의 함량과 다르고,
    상기 제1 및 제2 시트 중 적어도 상기 제1 시트는 저수축제를 더 포함하고, 상기 저수축제의 함량은 상기 제1 및 제2 시트에서 서로 다른,
    하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 보강섬유는 장섬유 형태를 갖고,
    상기 제2 보강섬유는 직물 형태를 갖는 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 보강섬유는 상기 장섬유 형태의 유리섬유를 포함하고,
    상기 제2 보강섬유는 상기 직물 형태의 유리섬유를 포함하는 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 시트에서의 상기 제1 보강섬유의 함량은 상기 제2 시트에서의 상기 제2 보강섬유의 함량보다 낮은 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 시트에서의 상기 제1 보강섬유의 함량은 30 내지 50 wt% 인 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 시트에서의 상기 제2 보강섬유의 함량은 60 내지 80 wt% 인 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 시트는 저수축제를 미포함하는 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 시트의 상기 저수축제의 함량은 0.1 내지 15 wt% 인 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 시트는 상기 저수축제로 폴리에스터(polyester)를 포함하고,
    상기 제1 시트의 상기 저수축제의 함량은 5 내지 11 wt% 인 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 시트는 상기 저수축제로 폴리스타이렌(polystyrene)을 포함하고,
    상기 제1 시트의 상기 저수축제의 함량은 5 내지 11 wt% 인 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 시트는 상기 저수축제로 폴리메틸메타크릴레이트[poly(methyl methacrylate)]를 포함하고,
    상기 제1 시트의 상기 저수축제의 함량은 5 내지 11 wt% 인 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 시트는 상기 저수축제로 폴리비닐아세테이트[poly(vinyl acetate)]를 포함하고,
    상기 제1 시트의 상기 저수축제의 함량은 5 내지 11 wt% 인 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 시트는 상기 저수축제로 폴리에틸렌(polyethylene)을 포함하고,
    상기 제1 시트의 상기 저수축제의 함량은 5 내지 11 wt% 인 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  14. 제 2 항에 있어서,
    상기 장섬유 형태의 상기 제1 보강섬유의 평균 길이는 10 내지 60 mm 이고, 단면 직경은 5 내지 30 ㎛ 인 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  15. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 시트의 성형 전 평량은 1500 내지 3500 g/m2 인 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  16. 제 2 항에 있어서,
    상기 직물 형태의 상기 제2 보강섬유를 구성하는 연속섬유의 단면 직경은 1 내지 200 ㎛ 인 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  17. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 시트의 성형 전 평량은 600 내지 1100 g/m2 인 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 열경화성 매트릭스 중 적어도 하나는 불포화 폴리에스터(polyester)를 포함하는 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 적층 시트는,
    상기 제1 시트와 상기 제2 시트가 교대로 적층된 구조를 갖거나,
    하나 이상의 상기 제1 시트가 적층된 제1 시트 그룹과 하나 이상의 상기 제2 시트가 적층된 제2 시트 그룹이 적층된 구조를 갖거나, 또는
    상기 제1 시트 그룹과 상기 제2 시트 그룹이 교대로 적층된 구조를 갖는 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 적층 시트에서 상기 제1 시트와 제2 시트의 적층비(lay-up ratio)는 1:10 내지 10:1 인 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재.
  21. 청구항 1 내지 20 중 어느 한 항에 기재된 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 포함하는 배터리 케이스.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 배터리 케이스는 전기자동차용 배터리 케이스인 배터리 케이스.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 배터리 케이스는 배터리 모듈이 안착되어 지지되고 테두리부에서 상방으로 연장하여 형성되는 측벽부를 포함하는 지지부; 상기 지지부의 상면에 결합되어 상기 배터리 모듈의 안착부를 구획하는 내부프레임; 상기 지지부의 외측면에 결합되는 외부프레임; 및 상기 지지부의 하부에 결합되는 하부보호판을 포함하고,
    상기 하부보호판 및 상기 지지부 중 적어도 하나는 상기 하이브리드형 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재를 포함하는 배터리 케이스.
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