KR20230035030A - 개선된 탄소 섬유 휠 외부 페이스 - Google Patents

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KR20230035030A
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wheel
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carbon fiber
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하이든 로
스티븐 애지우스
애슐리 제임스 덴미드
매튜 에드워드 딩글
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카본 레볼루션 리미티드
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Abstract

차량용 탄소 섬유 휠에 있어서, 이 탄소 섬유 휠은,
림 부분(rim portion)과 페이스 부분(face portion)을 포함하는 휠 바디(wheel body)로서, 림 부분은 타이어를 수용하여 안착시키도록 구성되는 환형(annulus) 구조체를 포함하고, 페이스 부분은 휠을 차량에 고정시키도록 구성되는 허브(hub) 및 허브와 림 사이에서 연장되어 이들을 상호 연결하는 연결 구조체를 포함하고, 휠 바디는 차량의 휠 마운트를 향하도록 구성되는 안쪽 측면 및 차량의 휠 마운트에 연결되는 경우 외측을 향하도록 구성되는 바깥쪽 측면을 구비하고, 휠 바디는 제 1 수지가 주입되는 탄소 섬유 레이업(carbon fibre layup)을 포함하는 제 1 탄소 섬유 복합 조성물로 형성되는, 상기 휠 바디; 및
휠 바디의 바깥쪽 측면의 페이스 부분의 적어도 일부에 부착되는 페이셔 레이어(fascia layer)로서, 페이셔 레이어는 제 2 수지가 주입되는 선택된 섬유 레이업을 포함하는 제 2 섬유 복합 조성물로 형성되는, 상기 페이셔 레이어를 포함한다.

Description

개선된 탄소 섬유 휠 외부 페이스
우선권 상호 참조
본 출원은 2020년 6월 4일자로 호주 특허청에 출원된 호주 가특허출원 제 2020901840호의 우선권을 주장하며, 이 문헌의 내용은 참조로서 본 명세서에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
기술 분야
본 발명은 일반적으로 심미적으로 개선된 바깥쪽 또는 외부 페이스를 갖는 탄소 섬유 휠에 관한 것이다. 본 발명은 특히 차량용 복합 탄소 섬유 휠에 적용 가능하며, 편의를 위해 이하에서는 예시적인 응용과 관련하여 본 발명을 개시하도록 한다. 그러나, 본 발명이 해당 응용에 제한되는 것이 아니며 매우 다양한 복합 타입 휠들에서의 생산 보조 기술로서 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
발명의 배경 기술에 대한 하기의 논의는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이다. 그러나, 언급되는 임의의 재료가 본 출원의 우선일에 공개되었거나, 공지되었거나, 공공연한 일반적인 지식의 일부이었다는 것을 이러한 논의가 인정하거나 승인하는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다.
본 출원인은 예를 들어 국제 특허 공개 번호 WO2010/025495A1 및 국제 특허 공개 번호 WO2019/033169A1에서 설명된 일체형 복합 휠을 생산하였다. 일체형 복합 휠의 생산은 일반적으로 별개의 림(rim) 부분 몰드와 관련 보강부, 및 페이스(face) 부분 몰드와 관련 보강부를 사용해야 한다. 그 다음, 별개의 림 및 페이스 몰드 부분들은 최종 조립 및 몰딩 공정에서 상호 연결되어 전체 복합 휠이 일체형으로 형성될 수 있다. 그 다음, 매트릭스 재료(예를 들면, 수지(resin))를 전체 휠 형태의 보강부에 사출 및/또는 주입함으로써 몰딩된 단일 피스 휠을 생산하는 최종 몰딩 공정이 수행된다.
몰딩된 단일 피스 휠을 생산하기 위해 다양한 수지들이 전체 휠 형태의 보강부에 주입될 수 있다. 종래의 탄소 섬유 휠들에서는, 일단 경화되고 나면 종래의 주로 반투명한 색상을 제공하는 구조적 수지, 전형적으로 에폭시 수지가 일반적으로 사용되어 왔다. 이 반투명 수지를 검은색 탄소 섬유와 결합시키면 재료가 검은색 외관을 갖게 된다. 이 검은색 경화 색상은 탄소 섬유 제품의 심미적으로 바람직하고 기대되는 외관 및 색상인 것으로 간주된다.
본 출원인은 예를 들어 고성능 자동차와 같은 일부 응용 분야에서 사용되는 탄소 섬유 휠들은 근접한 제동 장치로부터의 고온 부하들로 인해 표준 수지-기반 휠들에 비해 더 큰 내열 특성 및 성능을 필요로 할 수 있음을 발견하였다.
차량 휠을 포함하는 탄소 섬유 부품은 고온에 노출되는 부품의 섹션에 열차폐 코팅을 적용하는 것에 의해 이전에 수정되었다(예를 들어 국제 특허 공개 번호 WO2016168899 참조). 이를 통해 열 성능은 낮지만 심미적으로 허용 가능한 구조적 수지로 부품이 구성될 수 있다. 그러나, 열차폐 코팅의 적용에 의하여 불가피하게 휠의 섹션들이 유색 코팅으로 덮이게 되며 상당한 비용이 추가될 수 있다. 이것은 원하는 휠의 심미감 및 경제성을 손상시킬 수 있다.
또 다른 솔루션은 몰딩 공정 동안 높은 열 성능 구조적 수지 또는 다른 열 성능 첨가제들과 같은, 더 나은 열적 특성들을 갖는 대체 타입의 재료를 사용하는 것이다. 그러나, 그 결과물은 심미적으로 허용될 수 없는 외관을 가질 수 있다. 예를 들어, 다수의 높은 열 성능 구조적 수지들은 비-검정색(경우에 따라, 짙은 갈색)으로 경화되어, 고가의 판매 제품에 필요한 바람직하고 허용되는 검정색 탄소 섬유 외관을 제공하지 않는다.
또한, 본 출원인은 현재의 수지 트랜스퍼 몰딩 공정들에 의해서 일반적으로, 몰딩된 복합 휠의 외부 표면에 적어도 일부 표면 결함들이 도입된다는 것을 발견하였다. 현재의 휠 제조 공정에서 발생하는 심미적 결함들은 교정을 위한 품질 비용을 발생시킨다. 일부 경우들에 있어서는, 이러한 심미적 결함들 모두가 몰딩 이후 및 투명 코팅 또는 다른 페인팅 공정 이전에 교정될 수 있는 것은 아니다. 따라서, 특정한 표면 결함들의 경우 제품 거부가 발생하여, 바람직하지 않은 높은 폐기 비용을 지불해야 할 수도 있다.
따라서 상기한 문제들 중 하나 이상을 해결하거나 적어도 개선할 수 있는 신규하거나 개선된 탄소 섬유 휠 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 탄소 섬유 휠 바디의 외부 표면 부분의 적어도 일부를 덮도록 설계된 탄소 섬유 페이셔 레이어를 포함하는 탄소 섬유 휠 바디(구조적 휠)로 구성되는 새로운 탄소 섬유 휠 장치를 제공한다.
본 발명은 제 1 양태에서, 차량용 탄소 섬유 휠을 제공하며, 이 탄소 섬유 휠은,
림 부분(rim portion)과 페이스 부분(face portion)을 포함하는 휠 바디(wheel body)로서, 림 부분은 타이어를 수용하여 안착시키도록 구성되는 환형(annulus) 구조체를 포함하고, 페이스 부분은 휠을 차량에 고정시키도록 구성되는 허브(hub) 및 허브와 림 사이에서 연장되어 이들을 상호 연결하는 연결 구조체를 포함하고, 휠 바디는 차량의 휠 마운트를 향하도록 구성되는 안쪽 측면 및 차량의 휠 마운트에 연결되는 경우 외측을 향하도록 구성되는 바깥쪽 측면을 구비하고, 휠 바디는 제 1 수지가 주입되는 탄소 섬유 레이업(carbon fibre layup)을 포함하는 제 1 탄소 섬유 복합 조성물로 형성되는, 휠 바디; 및
휠 바디의 바깥쪽 측면의 페이스 부분의 적어도 일부에 부착되는 페이셔 레이어(fascia layer)로서, 페이셔 레이어는 제 2 수지가 주입되는 선택된 섬유 레이업을 포함하는 제 2 섬유 복합 조성물로 형성되는, 페이셔 레이어를 포함한다.
페이셔 레이어의 사용은 유리하게는 벌크 몰딩된 탄소 섬유 휠의 표면과 비교하여 개선된 표면 마무리를 제공한다. 페이셔 레이어는 표면 품질과 마감을 보다 쉽게 제어할 수 있는 훨씬 더 작고 얇은 레이어(벌크 휠에 비해)로 구성된다. 따라서 페이셔 레이어를 사용하면 휠 바디 몰딩의 바깥쪽 측면의 심미적 결함을 완전히 덮을 수 있다. 페이셔 레이어는 바람직하게는 탄소 섬유 휠의 이 바깥쪽 레이어의 모든 심미적, 구조적, 환경적 및 성능 요구 사항을 충족하도록 설계된다.
탄소 섬유 휠이 일체형으로 몰딩되는 경우, 외부 또는 바깥쪽 표면의 결함을 교정해야 하므로 교정 비용이 추가된다. 특정 결함으로 인해 제품 거부가 발생하여, 높은 폐기 비용이 발생할 수 있다. 이에 비해, 사전 형성된 휠 바디에 페이셔 레이어를 추가하는 비용은 전체 탄소 섬유 휠을 몰딩 및 생산하고 전체 탄소 섬유 휠의 외부 표면에서 표면 결함을 교정하는 것보다 훨씬 저렴한다. 일반적으로, 구조적 휠 몰딩의 표면 마감 결함은 교정이 필요하지 않으며, 그 이유는 휠 바디의 바깥쪽 측면에 페이셔 레이어를 부착하는 단계 동안 접착제 및/또는 페이셔 재료 자체가 그 결함을 채우게 되기 때문이다. 따라서 페이셔 레이어가 휠 바디의 바깥쪽 표면에 오버레이됨으로써 심미적으로 만족스러운 외부 마감으로 탄소 섬유 휠을 완성한다. 따라서 페이셔 레이어를 사용하면 외부 표면 마감 결함과 연관된 품질 검사 및 부품 거부에 있어서의 비용 효율성을 제공할 수 있다.
휠 바디의 제 1 수지 및 페이셔 레이어의 제 2 수지는 임의의 적합한 수지를 포함할 수 있다. 제 1 수지 및 제 2 수지는 바람직하게는 불포화 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리비닐 에스테르, 에폭시, 열경화성 수지, 열가소성 수지 또는 이들의 조합을 기반으로 한다. 일부 실시예들에서, 제 1 수지 및 제 2 수지는 동일하거나 유사한 조성을 가질 수 있다. 여기서 페이셔 수지는 구조적 휠 몰딩에 사용되는 것과 동일한 수지를 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 제 1 수지는 제 2 수지와 상이한 조성을 갖는다.
제 1 수지는 바람직하게는 구조적 수지로 선택된다. 이 수지는 다음 특성들 중 하나 이상을 포함하는 수지로 선택될 수 있다: 높은 인성(toughness), 비용 효율적인 수지, 높은 파단 연신율(elongation to failure) 수지, 높은 열 성능 수지 또는 짧은 경화 주기 시간 수지. 제 1 수지는 특정 응용을 위한 원하는 기계적 특성을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 적어도 제 2 수지는 심미적으로 허용 가능한 경화 색상을 갖는다. 심미적으로 허용 가능한 경화 색상은 탄소 섬유 휠에 심미적으로 바람직하고 예상되는 외관 및 색상을 제공하는 것으로 간주되는 색상을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이를 위해 일반적으로 탄소 섬유 휠에는 해당 섬유의 색상을 보여주는(예를 들어 탄소 섬유의 경우 검은색 또는 검은색에 가까운 색상과 해당 탄소 섬유의 외관을 해당 수지를 통해 볼 수 있음) 경화된 수지가 있어야 한다. 색상 "검은색"은 제트 블랙에서 오프 블랙까지의 다양한 검은색 색조를 가질 수 있음을 이해해야 한다. 본 명세서에서 사용되는 "검은색"이라는 용어는 탄소 섬유 복합재와 연관된 다양한 검은색 색조를 포함하는 것으로 의도된다. 실시예들에서, 제 2 수지의 심미적으로 허용 가능한 경화 색상은 실질적으로 클리어하거나 투명하다. 경화된 제 2 수지는 또한 일부 형태들에서 반투명, 글래시 또는 펠루시드 중 적어도 하나일 수 있다. 따라서, 탄소 섬유 복합재의 경우, 클리어, 투명, 반투명 등(위에서와 같음) 수지와 검은색 탄소 섬유의 조합은 심미적으로 바람직한 검은색 외관을 나타내는 물질을 발생시킨다.
종래에는 많은 탄소 섬유 컴포넌트(섬유, 탄소 섬유 레이업, 수집된 섬유 부분 등)의 섬유 색상이 검은색이지만, 일부 실시예들에서, 페이셔 레이어의 섬유 부분은 페이셔 레이어의 선택된 섬유 레이업을 구성하기 위해 선택되는 섬유 또는 섬유 혼합물에 따르는 원하는 임의의 색상을 가질 수 있음을 이해해야 한다. 유사하게, 페이셔 레이어의 수지 색상은 임의의 특정한 원하는 색상을 갖도록 선택될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 수지, 선택된 섬유 또는 섬유의 혼합물 및/또는 임의의 특정 원하는 색상을 갖는 다른 섬유 레이업을 포함하는 페이셔 레이어를 구비할 수 있다.
페이셔 레이어의 제 2 섬유 조성물의 선택된 섬유 레이업은 경화된 수지를 통해 볼 수 있는 레이업에 특정 색상 및 패턴을 제공하는데 필요한 하나 이상의 섬유(예를 들어, 단일 섬유 또는 2개 이상의 섬유의 혼합물)를 포함할 수 있다. 선택된 섬유 레이업은 섬유 레이업으로부터 형성되는 임의의 원하는 패턴, 설계 또는 심미감 및 해당 레이어에 추가되는 임의의 추가 요소를 가질 수 있음을 이해해야 한다. 해당 설계를 형성하기 위해, 선택된 섬유 레이업은 탄소 섬유, 유리 섬유, 알루미늄화 유리 섬유, 아라미드 섬유, 합성 섬유(예를 들면, 아크릴, 폴리에스테르, PAN, PET, PE, PP 또는 PBO-섬유 등), 바이오 섬유(예를 들면, 대마, 황마, 셀룰로오스 섬유 등), 광물 섬유(예를 들면, Rockwool 등), 금속 섬유(예를 들면, 강철, 알루미늄, 황동, 구리 등), 붕소 섬유 또는 이들의 임의의 조합으로 구성되는 그룹에서 선택되는 섬유들로부터 형성될 수 있다. 실시예들에서, 선택된 섬유 레이업은 바람직하게는 탄소 섬유, 아라미드 섬유 또는 파라-아라미드 섬유(예를 들어 케블라(Kevlar)), 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유, 알루미늄화 유리 섬유 등으로부터 선택되는 하나 이상의 섬유로부터 형성된다. 이들 섬유는 착색될 수 있으며 이에 따라 선택된 섬유 레이업은 유색 유리 섬유, 유색 폴리에스테르 섬유, 유색 탄소 섬유 등으로부터 선택되는 하나 이상의 섬유를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 선택된 섬유 레이업은 장식 요소(decorative element)를 제공하기 위해 일정량의 추가적인 상이한 섬유를 갖는 탄소 섬유를 포함한다. 그러나, 많은 실시예들에서, 선택된 섬유 레이업은 탄소 섬유들을 포함하거나 적어도 실질적으로 탄소 섬유들을 포함한다. 실시예들에서, 페이셔 레이어는 제 2 수지가 주입되는 탄소 섬유 레이업을 포함하는 제 2 섬유 복합 조성물로부터 형성된다. 이들 실시예에서, 페이셔 레이어는 전형적으로 독특하고 심미적으로 바람직한 검은색 외관 및 규칙적인 탄소 섬유 레이업 패터닝을 갖는 탄소 섬유 부분의 장식용 바깥쪽 레이어처럼 보이도록 레이업된다.
실시예들에서, 제 1 수지는 열 성능 구조적 수지, 바람직하게는 높은 열 성능 구조적 수지를 포함한다. 열 성능 구조적 수지는 바람직하게는 에폭시, 비스말레이미드, 폴리이미드, 벤즈옥사진, 페놀류, 시아네이트 에스테르, 폴리우레탄, 폴리에스테르 또는 다른 열경화성 물질을 포함하는 수지 중 적어도 하나로부터 선택된다. 제 2 수지는 심미적으로 허용 가능한 경화 색상을 갖는 임의의 구조적 수지를 포함할 수 있다. 제 2 수지는 바람직하게는 에폭시, 폴리우레탄, 폴리에스테르 또는 비닐에스테르계 수지 중 적어도 하나로부터 선택된다. 특정 실시예들에서, 제 2 수지는 폴리우레탄계 수지, 바람직하게는 투명한 폴리우레탄계 수지를 포함한다. 다수의 실시예들에서, 제 2 수지는 UV 내성 수지를 포함한다.
높은 열 성능 구조적 수지가 사용되는 경우, 본 발명은 높은 열 성능을 갖는 심미적으로 허용 가능한 탄소 섬유 휠을 제공할 수 있다. 높은 열 성능은 높은 열 성능 수지로 형성된 베이스 탄소 섬유 휠 바디에 의해 제공되며, 심미적으로 허용 가능한 탄소 섬유 외관이 탄소 섬유 휠의 페이스 부분과 림 부분의 외부 표면들(외측을 향하는 전면 페이스)을 덮는 외부 페이셔에 의해 제공된다.
제 2 수지가 폴리우레탄계 수지를 포함하는 경우, 몰딩된 표면은 일부 실시예들에서 몰딩 공정에서 원하는 질감 또는 연마된 표면을 사용하여 예를 들어 고광택, 반광택, 무광택, 질감 등의 툴링 표면 설계(tooling surface design)에 의해 영향을 받는 원하는 표면 마감으로 생산될 수 있다. 폴리우레탄 기반 수지는 또한 페이셔 수지에 안료/색소를 추가하여 다양한 비-클리어 마감(예를 들면, 착색 마감(tinted finish))을 달성할 수 있는 능력을 제공한다. 폴리우레탄계 수지를 사용하면 폴리우레탄 클리어 코팅을 통해 휠 바디의 페이스 부분과 다른 부분들에 자가 치유 기능(self-healing functionality)을 적용할 수도 있다. 폴리우레탄 수지는 보호 코팅을 필요로 하지 않으며, 예를 들어 스프레이 페인팅이 적용될 필요가 없다. 따라서, 추가 보호 코팅이나 또는 스프레이 페인팅과 같은 다른 표면 마감이 필요하지 않다. 폴리우레탄 수지는 또한 본질적으로 에폭시 수지보다 더 클리어하므로, 페이셔 레이어에 사용될 수 있는 다른 타입의 수지들보다 심미적 이점을 제공한다.
페이셔 레이어는 다음과 같은 다양한 형태를 가질 수 있다:
제 1 실시예에서, 페이셔 레이어는 휠 바디에 접착되는, 바람직하게는 접착제를 사용하여 휠 바디에 접착되는 몰딩된 섬유 복합 레이어를 포함한다. 이 실시예에서, 페이셔 레이어는 바람직하게는 별도의 몰딩된 섬유 복합 레이어 컴포넌트, 전형적으로 RTM(resin transfer moulded) 컴포넌트로서 생성된 다음에, 휠 바디의 바깥쪽 측면의 페이스 부분 및 선택적으로 림 부분의 적어도 일부 상에 부착된다. 몰딩된 섬유 복합 레이어 컴포넌트의 사용은 유리하게는 벌크 몰딩된 탄소 섬유 휠의 표면에 비해 개선된 표면 마무리를 제공한다. 몰딩된 섬유 복합 레이어는 표면 품질과 마감을 더 쉽게 제어할 수 있는 벌크 휠에 비해 훨씬 더 작고 얇은 몰딩된 부분으로 구성된다. 따라서 몰딩된 섬유 복합 레이어를 사용하면 휠 바디 몰딩 바깥쪽 측면 상의 심미적 결함을 완전히 덮을 수 있다. 페이셔 레이어는 바람직하게는 탄소 섬유 휠의 모든 심미적, 구조적 및 환경적 성능 요구 사항을 충족하도록 설계된다.
페이셔 레이어(몰딩된 섬유 복합 레이어 실시예)는 영구적 또는 교체 가능/제거 가능한 방식으로 휠 바디에 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 페이셔 레이어는 휠 바디에 고정적으로 부착된다. 이것은 접착제, 몰딩, 용융, 기계적 또는 기타 일체형 부착 방법 또는 수단을 포함하는 다양한 수단을 통해 달성될 수 있다. 바람직한 형태에서, 몰딩된 섬유 복합 레이어를 휠 바디에 본딩하기 위해 접착제가 사용된다. 여기서 탄소 섬유 휠은 페이셔 레이어를 휠 바디에 부착하는 휠 바디와 페이셔 레이어 사이의 접착제를 추가로 포함한다. 다양한 접착제, 예를 들어 에폭시, 폴리우레탄, 메타크릴레이트 또는 유사한 접착제 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
접착제는 바람직하게는 휠 바디의 바깥쪽 측면과 페이셔 레이어의 안쪽 표면 사이에서 흐를 수 있으며 이에 따라 그 사이의 임의의 갭, 리세스 또는 캐비티를 채울 수 있도록 선택된다. 섬유 구조 재료를 사용하는 것보다 접착제를 사용하여 휠 바디와 페이셔 레이어 사이를 채우는 것이 더 비용 효율적일 수 있다. 따라서 접착제는 바람직하게는 휠 바디의 바깥쪽 측면과 페이셔 레이어의 안쪽 표면 사이의 임의의 캐비티, 갭 또는 리세스에 위치된 충전제 재료를 추가로 포함한다. 접착제는 바람직하게는 휠 바디와 페이셔 레이어 사이의 공간을 완전히 채우는 양으로 존재한다. 그러나 일부 형태에서는 대안적인 저비용 충전제 재료가 그 사이의 캐비티, 갭 또는 리세스를 채우는데 사용되는 접착제의 일부를 대체할 수 있음을 이해해야 한다.
부착을 돕기 위해, 휠 바디의 바깥쪽 측면은 페이셔 레이어와 협력적으로 맞물리도록 구성되는 적어도 하나의 리세스 또는 윤곽을 포함할 수 있다. 리세스 또는 윤곽은 바람직하게는 접착제를 수용하고 그 접착제가 휠 바디의 바깥쪽 측면과 페이셔 레이어의 안쪽 표면 사이에서 흐르도록 설계된다.
이 제 1 실시예의 페이셔 레이어는 휠 바디의 바깥쪽 측면을 덮도록 설계된 얇은 몰딩된 페이스 플레이트를 포함한다. 페이셔 레이어는 전체 휠에 중요한 구조적 또는 기계적 특성을 제공하는 것으로 의도되지 않는다. 페이셔 레이어는 사용 시에 높은 응력을 받을 수 있으며, 이에 따라 시스템에 약간의 기계적 무결성을 제공할 수 있다. 휠 바디는 탄소 섬유 휠의 구조적 특성을 제공하기 위한 것으로 의도되지 않는다. 따라서 페이셔 레이어는 바람직하게는 0.1 내지 10mm, 보다 바람직하게는 0.2 내지 10mm의 벽/레이어 두께로 구성된다. 일부 실시예들에서, 페이셔 레이어의 벽 두께는 0.1 내지 15mm, 보다 바람직하게는 0.5 내지 10mm이다. 다른 실시예들에서, 페이셔 레이어의 벽 두께는 1 내지 8 mm, 보다 바람직하게는 2 내지 6 mm이다. 또 다른 실시예들에서, 페이셔 레이어의 벽 두께는 0.1 내지 2 mm, 보다 바람직하게는 0.2 내지 1 mm이다. 예시적인 실시예들에서, 페이셔 레이어의 벽 두께는 1 내지 2.5 mm이다. 실시예들에서, 페이셔 레이어의 벽 두께는 휠 바디의 두께/깊이의 적어도 1/20, 보다 바람직하게는 휠 바디의 두께/깊이의 적어도 1/30이다. 실시예들에서, 페이셔 레이어의 벽 두께는 휠 바디의 두께/깊이의 1/20 내지 1/500 사이이며, 예를 들어 일부 부분에서는 휠 바디의 두께/깊이의 1/250이다.
몰딩된 페이셔를 몰딩된 휠에 본딩하는데 사용되는 접착제 범위는 바람직하게는 50 내지 400 미크론, 일부 실시예에서는 100 내지 300 미크론, 보다 바람직하게는 약 200 미크론의 두께를 갖는다.
페이셔 레이어는 바람직하게는 형상화되고 윤곽이 있는 바깥쪽 표면으로 구성된다. 실시예들에서, 페이셔 레이어(및 그 바깥쪽 페이스)는 예를 들어 개선된 심미감을 위한 설계 피처와 같은, 휠 바디의 바깥쪽 표면보다 더 복잡한 기하학적 구조로 구성된다. 따라서 본 발명은 휠 바디가 더 단순한 바깥쪽 측면 기하학적 구조로 설계될 수 있게 할 수 있다. 페이셔 레이어는 원하는 또는 설계된 휠 구성의 모양과 윤곽으로 몰딩될 수 있다. 휠 바디의 바깥쪽 측면의 페이스에 있는 모든 결함이 페이셔 레이어로 덮이게 됨으로써, 설계된 페이셔 레이어를 통해 심미적으로 허용되지 않는 표면을 가리게 된다.
페이셔 레이어는 명백하게 2차 본딩되는 부분이 아닌 방식으로 휠 바디 상에 구성 및 부착/본딩되는 것이 바람직하다. 이것은 실질적으로 휠 바디의 전체 바깥쪽 측면에 걸쳐 연장되도록 페이셔 레이어를 구성함으로써 달성될 수 있으며, 바람직하게는 휠 바디의 바깥쪽 측면의 페이스 부분의 전체 표면 및 림 부분을 덮어 가리도록 구성된다.
제 2 실시예에서, 페이셔 레이어는 휠 바디 상에 몰딩되는 섬유 복합 레이어를 포함한다. 해당 몰딩 공정은 임의의 적합한 공정 단계들을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 페이셔 레이어는 오버몰딩된 섬유 복합 레이어, 예를 들어 오버몰딩된 탄소 섬유 복합 레이어를 포함한다. 이러한 오버몰딩 공정은 바람직하게 RTM(resin transfer moulded) 레이어를 포함한다.
제 1 실시예와 유사하게, 이러한 형태의 페이셔 레이어는 휠 바디의 바깥쪽 측면의 적어도 일부를 덮도록 설계된 얇은 몰딩된 레이어를 포함한다. 페이셔 레이어는 전체 휠에 중요한 구조적 또는 기계적 특성을 제공하기 위한 것으로 의도되지 않는다. 휠 바디는 탄소 섬유 휠의 구조적 특성을 제공하기 위한 것으로 의도된다. 따라서 페이셔 레이어는 바람직하게는 100 내지 800 미크론, 바람직하게는 150 내지 800 미크론, 보다 바람직하게는 200 내지 600 미크론의 벽/레이어 두께로 구성된다. 일부 실시예들에서, 페이셔 레이어의 벽 두께는 200 내지 450 미크론이다. 일부 실시예들에서, 페이셔 레이어의 벽 두께는 200 내지 750 미크론이다. 특정 실시예들에서, 페이셔 레이어의 벽 두께는 200 미크론 내지 2 mm이다. 섬유 매트 재료와 같은 두꺼운 레이업 재료를 사용하면 페이셔가 더 두꺼워질 수 있다. 실시예들에서, 페이셔 레이어의 벽 두께는 휠 바디의 두께/깊이의 적어도 1/20, 더 바람직하게는 휠 바디의 두께/깊이의 적어도 1/30이다. 실시예들에서, 페이셔 레이어의 벽 두께는 휠 바디의 두께/깊이의 1/20 내지 1/500 사이이며, 예를 들어 일부 부분에서는 휠 바디의 두께/깊이의 1/250이다.
페이셔 레이어는 바람직하게는 형상화되고 윤곽이 있는 바깥쪽 표면으로 구성된다. 실시예들에서, 페이셔 레이어(및 그 바깥쪽 페이스)는 예를 들어 개선된 심미감을 위한 설계 피처와 같은, 휠 바디의 바깥쪽 표면보다 더 복잡한 형상으로 구성된다. 따라서 본 발명은 휠 바디가 더 단순한 바깥쪽 측면 기하학적 구조로 설계될 수 있게 할 수 있다. 페이셔 레이어는 원하는 또는 설계된 휠 구성의 모양과 윤곽으로 몰딩될 수 있다. 휠 바디의 바깥쪽 측면의 페이스에 있는 모든 결함은 페이셔 레이어에 의해 덮이게 되며, 이에 따라 설계된 페이셔 레이어를 통해 심미적으로 허용되지 않는 표면을 가리게 된다. 실시예들에서, 적어도 하나의 솔리드 인서트가 휠 바디의 외부 표면에 부착됨으로써 페이셔 레이어 아래에 윤곽 또는 피처를 제공할 수 있다. 해당 솔리드 인서트는 임의의 적합한 호환 가능 재료, 예를 들어 유리 마이크로스피어(glass microsphere) 충전 에폭시 수지 바디 또는 틱소트로피(thixotropic) 충전 에폭시 수지 바디와 같은 충전제 조성물을 포함할 수 있다.
페이셔 레이어는 바람직하게는 휠 바디의 바깥쪽 측면의 페이스 부분; 또는 휠 바디의 바깥쪽 측면의 림 부분의 적어도 일부에 부착된다. 바람직한 실시예들에서, 페이셔 레이어는 적어도 휠 바디의 바깥쪽 측면의 페이스 부분에/위에 부착된다. 이와 관련하여, 페이셔 레이어는 적어도 휠 바디의 바깥쪽 측면의 페이스 부분의 전체 표면을 덮어 가리도록 구성되는 것이 더 바람직하다. 그러나, 실시예들에서 페이셔 레이어는 또한 휠 바디의 바깥쪽 측면의 림 부분의 적어도 일부에 부착될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 페이셔 레이어는 휠 바디의 바깥쪽 측면의 페이스 부분의 전체 표면 및 림 부분의 일부를 덮어 가리도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 페이셔 레이어는 휠 바디의 바깥쪽 측면의 림 부분의 일부만을 덮어 가리도록 구성된다.
다양한 실시예들의 페이셔 레이어는 일반적으로 휠 바디, 특히 휠 바디의 바깥쪽 측면과 적어도 일부의 일반적인 기하학적 협력을 갖도록 구성된다. 실시예들에서, 페이셔 레이어의 안쪽 측면은 협력하는 기하학적 구조로 몰딩되며, 바람직하게는 일반적으로 휠 바디의 바깥쪽 측면의 기하학적 구조에 상보적이다. 페이셔 레이어 및 휠 바디(및 특히 페이셔 레이어의 안쪽 측면 및 휠 바디의 바깥쪽 측면)의 일반적인 윤곽은 바람직하게는 두 부분을 함께 부착하는 것을 돕게 협력하도록 설계된다. 따라서 페이셔 레이어는 바람직하게는 휠 바디의 바깥쪽 측면의 페이스 부분 및 림 부분에 대해 협력하는 구성으로 구성되며, 바람직하게는 휠 바디의 연결 섹션, 허브 섹션 및 림 부분의 협력하는 윤곽들로 구성된다.
실시예들에서, 휠 바디의 허브는 중심축을 중심으로 대체로 원형인 형상이고 적어도 하나의 리세스를 포함한다. 따라서 페이셔 레이어는 바람직하게는 협력하는 형상 및 리세스로 구성된다. 허브는 중심축 주위에 이격된 3개 이상의 리세스, 및 일부 경우에 중심축 주위에 이격된 적어도 4개의 리세스를 포함할 수 있다. 페이셔 레이어는 유사한 협력하는 구성으로 구성된다. 마찬가지로, 허브가 중앙 애퍼처를 포함하는 경우 페이셔 레이어는 협력 중앙 애퍼처으로 구성된다. 일부 실시예들에서, 이 중앙 애퍼처는 애퍼처의 한쪽 단부에 림 또는 플랜지를 형성하는 단차를 포함한다. 페이셔 레이어는 협력하는 형상으로 구성된다.
페이셔 레이어는 또한 바람직하게는 체결 볼트(중앙 볼트 또는 복수의 휠 마운팅 볼트들)를 포함하는 휠 마운팅 장치들이 삽입되는 적어도 하나의 애퍼처를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 이들 애퍼처들은 본 출원인의 국제 특허 공개 번호 WO2013/000009 및 WO2015/027271에 교시된 휠 부착 장치들의 대응하는 섹션들을 수용하고 협력하도록 구성되며, 이 문헌들의 내용은 본 참조에 의해서 본 명세서에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
휠 바디의 연결 구조는 일부 실시예들에서 일련의 환형으로 이격된 스포크들을 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 페이셔 레이어는 협력하는 일련의 환형으로 이격된 스포크들을 포함할 수 있다. 유사하게, 스포크들은 허브로부터 림 부분을 향하여 내측으로 테이퍼지거나 경사지는 세장형 바디를 포함할 수 있다. 이들 실시예들에서, 페이셔 레이어는 협력하는 형상으로 구성된다.
휠/휠 바디는 다른 적용된 레이어로 덮이거나 코팅되는 추가 부분들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 몰딩된 휠 바디의 림 부분은 내주면을 포함하고, 그 내주면은 제 2 수지를 포함하는 수지 커버 레이어를 포함하고 휠 바디의 내주면과 협력하는 구성을 갖는다. 림 부분의 내주면은 바람직하게는 차량의 휠 마운트 주위에 위치되고 이를 향하도록 구성되는 안쪽 배럴 표면을 포함한다는 것이 이해되어야 한다. 안쪽 배럴 표면은 휠 바디의 림 부분의 안쪽 환형 벽을 형성하는 림의 안쪽 환형 표면을 포함한다. 수지 커버 레이어의 두께는 바람직하게는 100 내지 800 미크론, 바람직하게는 200 내지 500 미크론, 보다 바람직하게는 500 미크론 미만이다. 일부 실시예들에서, 수지 커버 레이어는 5 내지 500 미크론, 보다 바람직하게는 10 내지 400 미크론의 두께를 갖는다. 일부 실시예들에서, 수지 커버 레이어는 10 내지 500 미크론, 보다 바람직하게는 10 내지 100 미크론의 두께를 갖는다. 제 2 수지가 폴리우레탄을 포함하는 경우, 이 실시예는 휠이 차량의 휠 마운트에 장착될 때 복합 휠의 주요 가시 표면들(즉, 수지 커버 레이어에 의해 덮인 페이셔 표면 및 안쪽 배럴 표면)에 마무리된 클리어 코팅된 광택 표면을 제공할 수 있다.
페이셔 레이어 및 형상화된 바디는 당업계에 공지된 다양한 수지 기반 몰딩 시스템들에 의해 형성될 수 있다. 한 가지 바람직한 시스템은 RTM(resin transfer moulding)이다. 실시예들에서, 페이셔 레이어 및/또는 휠 바디는 RTM(resin transfer moulded) 부분들을 포함한다.
휠 바디 및 페이셔 레이어의 섬유 보강부는 섬유 레이어, 섬유 플라이, 프리프레그, 세미-프레그, 직포 또는 부직포, 매트, 프리폼, 사전-고화된 프리폼, 개별 또는 그룹의 섬유, 토우 또는 토우-프레그 중 적어도 하나로부터 형성될 수 있다.
프리프레그는 섬유, 섬유 토우, 직포 또는 부직포 등의 실질적으로 또는 완전히 함침된 집합체를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다. 유사하게, 세미-프레그는 섬유 또는 섬유 토우의 부분적으로 함침된 집합체를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다. 부분 함침은 고화 및/또는 경화 동안 건식 섬유들을 통해 또는 건식 섬유들에 따라 향상된 가스 제거를 제공한다. 세미-프레그의 일 예는 부분적으로 함침된 섬유들의 레이어이다.
건식 탄소 섬유 보강부(토우 기반 구조들 및 직포 및 부직포 포함)는 실질적으로 건조한, 즉 수지와 같은 매트릭스 재료에 의해 함침되지 않은 개별 섬유들 또는 섬유 토우들의 집합체임을 이해해야 한다. 섬유 토우들은 예를 들어 1000개, 10000개 또는 100000개의 섬유와 같은 다수의 개별 섬유들의 다발이라는 것도 이해해야 한다. 토우-프레그들은 적어도 부분적으로 함침된 섬유 토우들이다.
탄소 섬유들은 예를 들어 일방향, 이축 또는 무작위 또는 이들의 조합과 같은 전이 구역에서 임의의 바람직한 배향으로 제공될 수 있다. 그러나, 섬유들은 복합 부재들 사이의 응력을 감소시킬 뿐만 아니라 서비스 동안 더 높은 응력에 노출될 최종 구조의 영역을 강화하도록 배향되는 것이 바람직하다. 섬유들의 배향은 전이 구역 내의 섬유들을 포함하는 모든 레이어들에서 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 예를 들어, 응력 분석이 다축 섬유 배향을 제안하는 경우, 하나 이상의 섬유 레이어들이 다른 레이어들과 다른 방식으로 배향될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서 섬유들은 모든 섬유 레이어들에서 실질적으로 동일한 방식으로 배향될 수도 있다.
실시예들에서, 페이셔 레이어는 휠 바디의 바깥쪽 측면의 페이스 부분 및 선택적으로 림 부분의 일 섹션 위에 놓이는 적어도 하나의 섬유 레이어를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 페이셔 레이어는 150 내지 300 gsm의 탄소 섬유 플라이, 바람직하게는 200 내지 250 gsm의 탄소 섬유 플라이를 포함한다. 평직 플라이 또는 능직 플라이와 같은 다양한 형태의 플라이가 사용될 수 있다.
본 발명의 제 2 양태는 탄소 섬유 휠을 형성하는 방법을 제공하며, 이 방법은,
제 1 수지가 주입되는 제 1 탄소 섬유 레이업을 포함하는 제 1 탄소 섬유 복합 조성물로부터 몰딩된 휠 바디를 형성하는 단계 - 몰딩된 휠 바디는 림 부분과 페이스 부분을 포함하고, 림 부분은 타이어를 수용하여 안착시키도록 구성되는 환형 구조체를 포함하고, 페이스 부분은 휠을 차량에 고정시키도록 구성되는 허브 및 허브와 림 사이에서 연장되어 이들을 상호 연결하는 연결 구조체를 포함하고, 휠 바디는 차량의 휠 마운트를 향하도록 구성되는 안쪽 측면 및 차량의 휠 마운트에 연결되는 경우 외측을 향하도록 구성되는 바깥쪽 측면을 구비함 -;
제 2 수지가 주입되는 선택된 섬유 레이업을 포함하는 제 2 섬유 복합 조성물로부터 몰딩된 휠 바디의 바깥쪽 측면 상에 페이셔 레이어를 형성하는 단계 - 선택된 섬유 레이업은 몰딩된 휠 바디의 바깥쪽 측면의 페이스 부분을 덮는 적어도 하나의 섬유 레이어를 포함하고, 선택된 섬유 레이업은 휠 바디의 바깥쪽 측면과 협력하는 구성을 가짐 - 를 포함한다.
본 발명의 제 2 양태의 방법은 바람직하게는 본 발명의 제 1 양태에 따른 탄소 섬유 휠을 형성하는데 사용된다. 따라서 제 1 양태와 관련하여 논의된 모든 특징들은 본 발명의 제 2 양태에도 적용 가능하다.
다시 말하지만, 페이셔 레이어는 몰딩된 휠 바디의 바깥쪽 측면에 여러 방식으로 형성/부착될 수 있다.
제 1 실시예에서, 페이셔 레이어는 휠 바디의 바깥쪽 측면과 협력하는 구성을 갖는 협력적 형상의 몰딩된 바디를 포함하며, 페이셔 레이어는 접착제를 사용하여 몰딩된 휠 바디의 바깥쪽 측면의 페이스 부분 및 림 부분의 적어도 일부에 부착된다. 페이셔 레이어는 바람직하게는 RTM(resin transfer moulded) 공정을 사용하여 별도의 단계에서 형성되고, 그 후 제 2 섬유 복합 조성물로부터 몰딩된 휠 바디의 바깥쪽 측면에 부착된다.
제 2 실시예에서, 페이셔 레이어는 바람직하게는 제 2 섬유 복합 조성물을 몰딩된 휠 바디의 바깥쪽 측면의 페이스 부분의 적어도 일부 상에 오버몰딩함으로써 몰딩된 휠 바디의 바깥쪽 측면 상에 형성된다. 페이셔 레이어는 바람직하게는 RTM(resin transfer moulded) 공정을 사용하여 몰딩된 휠 바디의 바깥쪽 측면 상에 오버몰딩된다.
제 1 양태에서와 같이, 페이셔 레이어는 휠 바디의 바깥쪽 측면의 페이스 부분 및/또는 림 부분의 적어도 일부 상에 형성/부착된다.
다시 말하지만, 휠 바디의 제 1 수지 및 페이셔 레이어의 제 2 수지는 임의의 적합한 수지로 형성될 수 있다. 제 1 수지 및 제 2 수지는 바람직하게는 불포화 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리비닐 에스테르, 에폭시, 열경화성 수지, 열가소성 수지 또는 이들의 조합을 기반으로 한다. 다시 말하지만, 제 1 수지는 제 2 수지와 다른 조성을 가질 수 있거나; 또는 동일하거나 유사한 조성을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 2 수지는 심미적으로 허용 가능한 경화 색상을 갖는다(제 1 양태에 대해 논의된 바와 같음). 예시적인 실시예들에서, 제 1 수지는 열 성능 구조적 수지, 바람직하게는 높은 열 성능 구조적 수지를 포함한다. 열 성능 구조적 수지는 바람직하게는 에폭시, 비스말레이미드, 폴리이미드, 벤즈옥사진, 페놀류, 시아네이트 에스테르, 폴리우레탄, 폴리에스테르 또는 다른 열경화성 재료 중 적어도 하나로부터 선택된다. 제 2 수지는 심미적으로 허용 가능한 경화 색상을 갖는 임의의 구조적 수지를 포함할 수 있다. 제 2 수지는 바람직하게는 에폭시, 폴리우레탄, 폴리에스테르 또는 비닐에스테르 중 적어도 하나로부터 선택된다. 다시 말하지만, 실시예들에서 심미적으로 허용 가능한 경화 색상은 실질적으로 클리어하거나 투명하다. 경화된 제 2 수지는 또한 일부 형태들에서 반투명, 글래시 또는 펠루시드일 수 있다. 다시 말하지만, 특정 실시예들에서, 제 2 수지는 폴리우레탄계 수지, 바람직하게는 투명한 폴리우레탄계 수지를 포함한다. 폴리우레탄계 수지를 사용하는 것의 이점은 앞서 대략적으로 설명되었으며, 본 발명의 제 2 양태에도 동일하게 적용된다.
일부 실시예들에서, 제 2 수지는 UV 내성 수지를 포함한다.
제 2 수지가 페이셔 레이어의 섬유에 주입됨으로써 심미적/보호 표면 레이어를 생성한다. 수지 및 형성 공정 단계는 바람직하게는 스프레이 페인팅과 같은 후속 표면 마감 또는 코팅 공정을 필요로 하지 않는 표면 및 마감을 형성한다. 몰딩 툴링 표면 설계를 통해 원하는 표면 마감을 얻을 수 있다. 예를 들어, 고광택, 반광택, 무광택, 질감 등이 원하는 질감 또는 연마된 표면을 사용하여 페이셔 레이어의 몰딩/오버몰딩된 표면에 적용될 수 있다. 따라서 많은 경우에, 광택 또는 연마된 표면이 최종 광택 마감을 제공하도록 구성된 고연마, 몰딩된 표면을 갖는 페이셔 상단 표면용 페이스 몰드를 사용하여 달성될 수 있다. 따라서 페이셔 레이어를 적용하면 휠의 바깥쪽 측면 상의 마감이 허용 가능하지 않거나 최적이 아닌 경우, 적시 및 경우에 따라 필요할 수 있는 비용이 많이 드는 2차(포스트-몰딩) 마무리 및 코팅 공정을 제거함으로써 휠 생산 공정을 단순화할 수 있다. 질감이 있거나 연마된 몰드 페이스 표면을 사용하여 원하는 표면 질감을 생성할 필요가 있는 경우, 제 2 수지는 바람직하게는 폴리우레탄계 수지이다.
제 1 양태에서와 같이, 페이셔 레이어의 제 2 섬유 조성물의 선택된 섬유 레이업은 경화된 수지를 통해 볼 수 있는 레이업에 특정 색상과 패턴을 제공하는데 필요한 하나 이상의 섬유(예를 들어, 단일 섬유 또는 둘 이상의 섬유의 혼합물)를 포함할 수 있다. 선택된 섬유 레이업은 섬유 레이업으로부터 형성되는 임의의 원하는 패턴, 설계 또는 심미감 및 해당 레이어에 추가되는 임의의 추가 요소들을 가질 수 있음을 이해해야 한다. 해당 설계를 형성하기 위해, 선택된 섬유 레이업은 탄소 섬유, 유리 섬유, 알루미늄화 유리 섬유, 아라미드 섬유, 합성 섬유(예를 들면, 아크릴, 폴리에스테르, PAN, PET, PE, PP 또는 PBO-섬유들 등), 바이오 섬유들(예를 들면, 대마, 황마, 셀룰로오스 섬유들 등), 광물 섬유들(예를 들면, Rockwool 등), 금속 섬유들(예를 들면, 강철, 알루미늄, 황동, 구리 등), 붕소 섬유들 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 섬유들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 매우 다양한 섬유들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 선택된 섬유 레이업은 바람직하게는 탄소 섬유, 아라미드 섬유 또는 파라-아라미드 섬유(예를 들어 케블라(Kevlar)), 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유, 알루미늄화 유리 섬유 등으로부터 선택된 하나 이상의 섬유로부터 형성된다. 이들 섬유는 착색될 수 있으며 이에 따라 선택된 섬유 레이업은 유색 유리 섬유, 유색 폴리에스테르 섬유, 유색 탄소 섬유 등으로부터 선택되는 하나 이상의 섬유를 포함할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 선택된 섬유 레이업은 장식 요소를 제공하기 위해 일정량의 추가적인 상이한 섬유를 갖는 탄소 섬유를 포함한다. 그러나, 많은 실시예들에서, 선택된 섬유 레이업은 탄소 섬유들을 포함하거나 적어도 실질적으로 탄소 섬유들을 포함한다.
다수의 실시예들에서, 페이셔 레이어는 제 2 수지가 주입되는 탄소 섬유 레이업을 포함하는 제 2 섬유 복합 조성물로부터 형성된다. 이들 실시예에서, 페이셔 레이어는 전형적으로 독특하고 심미적으로 바람직한 검은색 외관 및 규칙적인 탄소 섬유 레이업 패터닝을 갖는 탄소 섬유 부분의 장식용 바깥쪽 레이어처럼 보이도록 레이업된다.
페이셔 레이어는 본 발명의 제 1 양태와 관련하여 위에서 논의된 바와 같이 다양한 수단을 사용하여 휠 바디의 바깥쪽 측면에 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 페이셔는 접착제를 사용하여 휠 바디의 바깥쪽 측면에 연결된다. 접착제는 바람직하게는 에폭시, 폴리우레탄 또는 메타크릴레이트 접착제 중 적어도 하나로부터 선택된다.
페이셔 레이어는 다양한 부착 방법을 사용하여 휠 바디의 바깥쪽 측면 상에 및 그 위에 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 페이셔 레이어는 수동으로 또는 다른 이동 수단(예를 들어, 로봇 팔 등)에 의해 휠 바디의 바깥쪽 측면에 적용된다. 일단 제 위치에 있으면, 추가 조치 없이 페이셔 레이어를 휠 바디에 부착할 수 있다(예를 들면, 접착 경화 또는 건조). 그러나, 일부 실시예들에서, 휠 바디의 바깥쪽 측면 상으로 페이셔 레이어를 압축하기 위해 페이셔 레이어의 적어도 일부에 압력이 가해질 수도 있다. 해당 압력은 압축 또는 가압 수단을 통해 가해질 수도 있거나, 또는 몰드 페이스나 협력 몰드를 사용하여 가해질 수도 있다.
일부 실시예들에서, 몰딩된 휠 바디의 림 부분은 내주면을 포함하며, 휠 바디의 내주면과 협력하는 구성을 갖는 제 2 수지로 몰딩된 휠 바디의 내주면에 수지 커버 레이어를 형성하는 단계를 더 포함한다.
수지 커버 레이어는 RTM(resin transfer moulding) 공정을 사용하여 몰딩된 휠 바디의 바깥쪽 측면에 오버몰딩된다. 수지 커버 레이어는 바람직하게는 100 내지 800 미크론, 바람직하게는 200 내지 450 미크론, 보다 바람직하게는 500 미크론 미만의 두께로 몰딩된다. 일부 실시예들에서, 수지 커버 레이어는 5 내지 500 미크론, 보다 바람직하게는 10 내지 400 미크론의 두께를 갖는다. 일부 실시예들에서, 수지 커버 레이어는 10 내지 500 미크론, 보다 바람직하게는 10 내지 100 미크론의 두께를 갖는다. 또한, 제 2 수지가 폴리우레탄을 포함하는 경우, 이 실시예는 복합 휠의 주요 가시적 표면(즉, 해당 휠이 휠 마운트에 장착될 때 가시적이고 외부 환경에 노출되는 표면) 상에 마감처리되는 클리어 코팅된 광택 표면을 생성할 수 있다.
페이셔 레이어, 수지 커버 레이어 및 형상화된 바디는 당업계에 공지된 다양한 수지 기반 몰딩 시스템에 의해 형성될 수 있다. 몰딩된 휠 바디 및 페이셔 레이어는 바람직하게 RTM(resin transfer moulded) 공정을 사용하여 형성된다. 해당 RTM 공정은 바람직하게는 고압 수지 사출 공정이다.
휠 바디 및 페이셔 레이어의 형성 방법은 전형적으로 다음의 일반적인 단계를 포함한다:
협력적 형상의 몰드에서 선택된 복합 섬유 재료를 사용하여 원하는 형상의 휠 바디 또는 페이셔 레이어를 레이업하거나 다른 방식으로 형성하는 단계;
레이업된 재료와 접촉하는 수지(매트릭스 재료)를 몰드에 제공하여 수지 도입 바디를 형성하는 단계; 및
수지 도입 바디를 경화시키는 단계.
휠 바디의 탄소 섬유 레이업 및 페이셔 레이어의 선택된 섬유 레이업은 바람직하게는 프리프레그, 세미-프레그, 직포 또는 부직포, 매트, 프리폼, 사전-고화된 프리폼, 개별 또는 그룹의 섬유, 토우 또는 토우-프레그 중 적어도 하나로서 제공된다. 휠 바디 및 페이셔 레이어의 섬유 레이업의 섬유 요소들은 적어도 하나의 직물 시트, 바람직하게는 다축 직물로서 제공될 수 있다. 실시예들에서, 제 2 섬유 레이업은 150 내지 300 gsm의 탄소 섬유 플라이, 바람직하게는 200 내지 250 gsm의 탄소 섬유 플라이, 보다 바람직하게는 220 gsm의 능직 플라이를 포함한다. 그러나, 플라이는 임의의 적합한 직조 또는 형태, 예를 들어 평직 플라이 또는 능직 플라이를 가질 수 있음을 이해해야 한다. 다시 말하지만, 제 2 섬유 레이업은 탄소 섬유만을 포함하는 것이 아니라, 탄소 섬유, 아라미드 섬유 또는 파라-아라미드 섬유(예를 들어 케블라), 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유, 알루미늄화 유리 섬유 등으로부터 선택되는 하나 이상의 섬유로부터 형성될 수 있다.
휠 바디 또는 페이셔 레이어의 섬유 레이업의 섬유들 및 섬유 요소들은 바람직하게는 적합한 수지가 사출 및/또는 함침된 후(이전에 논의된 바와 같이) 경화, 응고 등이 될 수 있다. 수지는 바람직하게는 불포화 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리비닐 에스테르, 에폭시, 열경화성 수지, 열가소성 수지, 유사한 화학적 화합물 또는 이들의 조합을 기반으로 한다. 휠 바디를 형성하는 경우, 이 수지(본 발명의 제 1 및 제 2 양태에서 제 1 수지)는 에폭시계이다. 페이셔 레이어를 형성하는 경우, 이 수지(본 발명의 제 1 및 제 2 양태에서 제 2 수지)는 바람직하게는 폴리우레탄이다.
일부 실시예들에서, 열경화성 분말 결합제가 오버몰딩 전 단계에서 선택된 섬유 레이업에 도포된다. 분말 결합제는 바람직하게는 플라이들이 섬유 레이업을 위해 롤로부터 절단되기 전에, 표면 플라이 재료의 표면에 도포된다.
레이업 재료에는 일반적으로 수지가 주입되며 이에 따라 수지가 재료를 통해 스며들게 된다. 휠 바디 또는 페이셔 레이어는 일단 몰딩되어 휠 바디 또는 페이셔레이어로 형성되는 경우 수지(섬유 및 기타 구성 재료를 함께 결합함)를 포함한다. 레이업 동안에는(수지의 고화 및/또는 응고, 경화 등 이전 시점까지 준비), 수지가 섬유들을 포함하는 레이어들(예를 들면, 프리프레그 또는 세미-프레그) 또는 섬유들을 포함하는 레이어들 사이에 포함될 필요가 없다. 그러나, 수지는 응고가 발생한 후 연속적인 매트릭스를 형성해야 한다.
수지 및 휠 바디 또는 페이셔 레이어와 같은 관련 부분의 경화는 경화, 응고, 건조 또는 유사한 공정들을 포함함을 이해해야 한다.
다양한 수지 전달 시스템이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 수지의 적어도 일부는 수지 주입 및/또는 수지 트랜스퍼 몰딩 및/또는 진공 보조 수지 트랜스퍼 몰딩에 의해 제공된다. 따라서 페이셔 레이어는 당업계에 공지된 다양한 수지 기반 몰딩 시스템에 의해 형성될 수 있다. 하나의 바람직한 시스템은 RTM(resin transfer moulding)이다. 실시예들에서, 페이셔 레이어는 RTM(resin transfer moulded) 부분을 포함한다.
탄소 섬유 휠의 휠 바디의 섬유 레이업의 섬유들 및 섬유 요소들은 실질적으로 탄소 섬유 섬유들을 포함한다. 페이셔 레이어의 섬유 레이업의 섬유들 및 섬유 요소들은 바람직하게는 실질적으로 탄소 섬유 섬유들을 포함한다. 그러나, 다시말하지만 유리 섬유, 아라미드 섬유(예를 들면, 케블라), 합성 섬유(예를 들면, 아크릴, 폴리에스테르, PAN, PET, PE, PP 또는 PBO-섬유 등), 바이오 섬유(예를 들면, 대마, 황마, 셀룰로오스 섬유 등), 광물 섬유(예를 들면, Rockwool 등), 금속 섬유(예를 들면, 강철, 알루미늄, 황동, 구리 등), 붕소 섬유 또는 이들의 임의의 조합으로 구성되는 그룹에서 선택되는 섬유들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 섬유들을 포함하는, 다양한 다른 또는 대안의 섬유들이 또한 본 발명에서 휠 바디 및 페이셔 레이어의 섬유 레이업에 포함될 수도 있음을 이해해야 한다. 바람직한 실시예에서, 섬유들은 탄소 섬유들 또는 상기한 섬유들 중 하나 이상과 탄소 섬유들의 혼합물을 포함한다. 섬유들은 예를 들어 단방향, 이축 또는 무작위 또는 이들의 조합과 같은 전이 구역에서 임의의 바람직한 배향으로 제공될 수 있다. 그러나, 섬유들은 복합 부재들 사이의 응력을 감소시킬 뿐만 아니라 서비스 동안 더 높은 응력에 노출될 최종 구조의 영역을 강화하도록 배향되는 것이 바람직하다. 섬유들의 배향은 전이 구역 내의 섬유들을 포함하는 모든 레이어들에서 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 예를 들어, 응력 분석이 다축 섬유 배향을 제안하는 경우, 하나 이상의 섬유 레이어들이 다른 레이어들과 다른 방식으로 배향될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서 섬유들은 모든 섬유 레이어들에서 실질적으로 동일한 방식으로 배향될 수도 있다.
섬유 요소들은 프리프레그, 세미-프레그, 직포 또는 부직포, 매트, 프리폼, 사전-고화된 프리폼, 개별 또는 그룹의 섬유, 토우 또는 토우-프레그 등을 포함하는 임의의 적합한 형태로 제공될 수 있다. 실시예들에서, 섬유 요소들은 적어도 하나의 직물 시트, 바람직하게는 다축 직물로서 제공된다. 연결의 레이업 동안에는(수지의 고화 및/또는 응고, 경화 등 이전 시점까지 준비), 수지가 섬유들을 포함하는 레이어들(예를 들면, 프리프레그 또는 세미-프레그) 또는 섬유들을 포함하는 레이어들 사이에 포함될 필요가 없다. 그러나, 수지는 응고가 발생한 후 연속적인 매트릭스를 형성해야 한다.
페이셔 레이어는 휠 바디의 바깥쪽 측면과 협력하는 구성을 갖도록 구성된다. 협력하는 구성은 바람직하게는 페이셔 레이어와 휠 바디의 바깥쪽 측면 사이의 일반적인 기하학적 협력이다. 이와 관련하여, 페이셔 레이어와 휠 바디의 일반적인 윤곽은 두 부분을 함께 부착하는 것을 돕게 협력하도록 설계될 수 있다. 보다 구체적으로, 페이셔 레이어의 안쪽 측면/페이스 및 휠 바디의 바깥쪽 측면의 일반적인 윤곽은 서로 협력하도록 설계되며 경우에 따라 두 부분이 함께 부착되는 것을 돕도록 상보적이다. 일부 실시예들에서, 페이셔 레이어는 휠 바디의 바깥쪽 측면의 페이스 부분 및 림 부분에 대해 협력하는 구성으로, 바람직하게는 휠 바디의 연결 섹션, 허브 섹션 및 림 부분의 협력하는 윤곽들로 구성될 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 제 2 양태에 따른 공정들로부터 형성되는 복합재/탄소 섬유 휠에 관한 것이다. 탄소 섬유 휠은 바람직하게는 본 발명의 제 1 양태에서 설명한 바와 같이 구성된다.
본 명세서에서 "복합체"라는 용어는 적층되는 구조인지 아닌지에 관계없이 경화되거나 경화되지 않은 섬유들을 포함하는 임의의 타입의 복합 재료를 의미함을 이해해야 한다. 또한, 경화되거나 경화되지 않은 프리폼 및 사전-고화된 프리폼은 복합 재료 및 바디의 중요한 하위 그룹이다.
또한 "경화된 복합 섬유 재료"에서 "경화된"이라는 용어는 복합 섬유 재료가 복합 섬유 재료에서 경화성 수지를 굳힘, 경화 또는 응고시키기 위해 적어도 부분적인 경화 공정을 거침을 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 특정 바람직한 실시예들을 도시하는 첨부 도면들을 참조하여 이제 본 발명에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 섬유 휠 바디에 부착되는 페이셔 레이어(facia layer)를 포함하는 탄소 섬유 휠의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타나 있는 탄소 섬유 휠에 사용되는 탄소 섬유 휠 바디의 바깥쪽 측면의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 탄소 섬유 페이셔 레이어 섹션의 사시도를 제공하며, 다음을 나타낸다: (A) 페이셔 섹션의 바깥쪽 또는 상단 측면; 및 (B) 페이셔 섹션의 안쪽 또는 밑면.
도 4는 탄소 섬유 휠 바디의 섹션에 적용되는 페이셔 레이어 섹션의 2개의 사시도들을 제공하며, 다음을 나타낸다: (A) 도 2에 나타나 있는 탄소 섬유 휠 바디의 바깥쪽 측면의 섹션과 정렬되는 도 3에 나타나 있는 페이셔 섹션; (B) 도 2에 나타나 있는 탄소 섬유 휠 바디의 바깥쪽 측면의 섹션에 부착되는 도 3에 나타나 있는 페이셔 섹션.
도 5는 (A) 도 2에 나타나 있는, 탄소 섬유 휠 바디의 투시 휠; 및 (B) 탄소 섬유 휠 바디의 바깥쪽 측면의 림 연결 섹션 및 접착제 보조 세부 사항의 보다 상세한 도면을 제공한다.
도 6은 도 2에 나타나 있는 탄소 섬유 휠의 바깥쪽 측면의 섹션 위의 접착제 흐름의 일 예를 제공한다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 탄소 섬유 휠 바디의 바깥쪽 측면의 도면이다.
도 8은 도 7에 나타나 있는 탄소 섬유 휠 바디의 상단에 놓인 페이셔 레이어의 탄소 섬유 레이업(layup)의 도면을 제공한다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 탄소 섬유 휠 바디 상의 결과적인 오버몰딩된(overmoulded) 페이셔 레이어의 도면을 제공한다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 탄소 섬유 휠 바디 상의 결과적인 오버몰딩된 페이셔 레이어의 도면을 제공한다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠 바디(150) 및 페이셔 레이어(200)로 형성된 탄소 섬유 휠(100)의 사시도가 나타나 있다. 전체적으로 도시된 탄소 섬유 휠(100)은 다음과 같은 2개의 주요 섹션들을 포함한다:
A. 타이어(도시되지 않음)가 장착되는 환형 구조체를 포함하는 림(rim) 부분(102);
B. 원형 허브(106) 및 일련의 스포크(spoke)들(108)을 포함하는 페이스 부분(face portion)(104). 허브(106)는 차량의 휠 마운트(도시되지 않음)에 휠을 고정하는데 사용되는 체결 볼트(fastening bolt)들(도시되지 않음)을 수용하도록 구성되는 5개의 체결 애퍼처들(107)(도 1 및 도 2에서 체결 볼트들(107A)이 적소에 나타나 있음)을 포함한다. 스포크들(108)은 한쪽 단부가 허브(106)에 연결되고 다른쪽 단부가 림 부분(102)에 연결되는 세장형 아암(elongate arm)들을 포함한다. 10개의 스포크들(108)이 도시된 실시예에 나타나 있다. 그러나, 상이한 개수의 스포크들 및 스포크 구성들, 예를 들어 5개의 스포크, 9개의 스포크 등이 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 대안적으로, 스포크 부분들은 림 부분(102)과 허브(106) 사이의 연결을 형성하는 디스크(disc)/디스크(disk) 섹션들로 대체될 수 있다.
본 발명에 따른 페이셔 레이어(200) 및 휠 바디(150)를 포함하는 다른 탄소 섬유 휠 구성들이 가능하다는 것도 이해해야 한다. 예를 들어, 탄소 섬유 휠(100)은, 중앙 잠금 체결 볼트(도시되지 않음)를 수용하여 차량의 중앙 잠금 휠 마운트(center lock wheel mount)(도시되지 않음)에 휠을 고정하도록 구성되는 중앙 잠금 애퍼처를 갖는 허브(106)를 포함하는 페이스 부분을 갖는 중앙 잠금 탄소 섬유 휠(도시되지 않음)로 구성될 수도 있다.
본 출원인의 국제 특허 공개 WO2010/025495A1 및 WO2019/033169A1 각각에는 일체형 복합 휠의 생산에 대해 기재되어 있다. 이것은 일체적으로 몰딩된 단일 피스로서 휠을 형성한다. 국제 특허 공개 WO2010/025495A1에 교시된 복합 휠과 달리, 도 1에 나타나 있는 탄소 섬유 휠(100)은 2개의 별개로 몰딩된 섹션들로 형성된다. 여기서 몰딩된 휠 바디(150)는 휠의 구조적 형태 및 요소들을 제공하는 한편, 탄소 섬유 휠(100)의 페이스 부분(104)의 외부 형상 및 구성은 휠 바디의 바깥쪽 측면(160)에 부착되는 몰딩된 페이셔(200)에 의해 제공된다. 페이셔 레이어(200)는 원하는 외부를 향하는 표면 기하학적 구조 및 마감을 복합 휠(100)에 제공한다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 접착식으로 연결되는 페이셔 실시예를 나타내는 개선된 탄소 섬유 휠 외부 페이스의 제 1 실시예를 도시한 것이다. 도 2 내지 도 4에 나타나 있는 바와 같이, 도시된 탄소 섬유 휠 실시예는 다음을 포함한다:
A. 타이어를 수용하여 안착시키도록 구성되는 환형 구조체를 포함하는 림 부분(102A)을 포함하는 휠 바디(150). 휠 바디(150)는 또한 전술한 바와 같은 허브(106A) 및 스포크들(108A)을 갖는 페이스 부분(104A)을 포함한다. 휠 바디(150)는 차량의 휠 마운트(도시되지 않음)와 대면하도록 구성되는 안쪽 측면(155)(안쪽 배럴 섹션(inner barrel section)(180)을 포함), 및 차량의 휠 마운트(도시되지 않음)에 연결될 때 외부를 향하도록 구성되는 바깥쪽 측면(160)을 구비하며; 또한
B. 페이셔 레이어(200)는 휠 바디(150)의 바깥쪽 측면(160)의 림 부분(102A) 및 페이스 부분(104A) 상에 및 위에 부착된다. 안쪽 페이스(250)는 휠 바디(150)의 바깥쪽 측면(160)과 협력적으로 맞물리도록 구성된다. 전술한 바와 같이, 페이셔 레이어(200)는 탄소 섬유 휠(100)의 외부 피처들 및 심미감을 제공하는 바깥쪽 페이스(265)를 구비한다.
안쪽 배럴 섹션(180)은 휠 바디(150)의 림 부분(102A)의 안쪽 환형 벽을 형성하는 림 부분(102A)의 환형 구조의 안쪽 환형 표면을 포함한다는 것을 이해해야 한다.
휠 바디(150)는 탄소 섬유 휠(100)의 기본 구조를 형성함으로써, 림(102)에 부착되는 타이어(도시되지 않음)와 차량의 휠 마운트(도시되지 않음)에 부착되는 허브(106) 사이에 하중이 전달되는 탄소 섬유 휠(100)의 기본적인 형태 및 기능을 제공한다. 페이셔 레이어(200)는 원하는 외부 휠 기하학적 구조 및 심미감을 제공하기 위해 휠 바디(150)의 바깥쪽 측면(160) 위에 적용되는 얇은 심미적 커버 피스(cover piece)를 제공한다.
휠 바디(150)의 일반적인 제조 공정은 국제 특허 공개 번호 WO2010/025495A1에 기재된 일체적으로 형성되는 탄소 섬유 휠(100)에 대해 앞서 설명된 것과 동일한 공정을 따르며, 이 문헌의 내용은 본 참조에 의해 본 명세서에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
도시된 휠 바디(150)(도 1 및 도 2)는 단일의 바디로서 형성되도록 의도된다. 이것은 림 부분(102A) 및 페이스 부분(104A)을 포함하는 모든 부분들로의, 예시적인 실시예에서 수지인, 매트릭스 재료(일반적으로 수지)의 동시 사출 및/또는 함침 그리고 그 후에 휠 바디(150)의 각각의 부분들을 경화시키는 것을 포함한다. 사용되는 수지는 바람직하게는 에폭시-계이다. 그러나, 임의의 적합한 수지, 예를 들어 불포화 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리비닐 에스테르, 에폭시, 열경화성 수지, 열가소성 수지, 유사한 화학적 화합물들 또는 이들의 조합들이 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 수지 주입(Resin Infusion) 및/또는 수지 트랜스퍼 몰딩(Resin Transfer Moulding) 및/또는 진공 보조 수지 트랜스퍼 몰딩(Vacuum Assisted Resin Transfer Moulding)을 포함하며 이에 제한되지 않는 다양한 수지 전달 시스템들이 사용될 수 있다.
휠 바디(150)의 구성은 별개의 림 부분 몰드(도시되지 않음), 및 페이스 부분 몰드(도시되지 않음)의 사용을 필요로 하며, 이들의 조합에 의해 3개의 주요 몰드 페이스가 제공된다. 첫째, 페이스 몰드로서, 이것은 일반적으로 휠 X-X의 회전축에 대해 방사상으로 배향된다. 둘째, 안쪽 버킷 몰드 페이스로서, 이것은 휠(150)의 내측 페이스를 형성한다. 안쪽 버킷 몰드 페이스는 휠 X-X의 회전축에 대해 방사상으로 배향되는 페이스 부분의 후면 몰드 벽(back mould wall)을 형성하는 전면 페이스(front face), 및 휠 X-X의 회전축에 대해 축 방향으로 정렬되는 림 부분의 후면 몰드 벽을 형성하는 측벽들을 포함한다. 세째, 림 몰드들은 실질적으로 휠 X-X의 회전축에 대해 축방향으로 정렬된다.
일부 실시예들에서, 사용 시에, 림 부분(102)은 일반적으로 림 부분 몰드에 안착되는 보강 직물로 구현되는 제 1 세트의 섬유들을 레이업함으로써 형성되고, 페이스 부분(104)은 일반적으로 페이스 부분 몰드에 안착되는 보강 직물로 구현되는, 제 2 세트의 섬유들을 별개로 레이업함으로써 형성된다. 그 다음, 림 부분 몰드 및 페이스 부분 몰드로부터의 보강 직물이 결합 몰드에서 함께 조립되며, 림 부분(102)과 페이스 부분(104) 사이의 연결부가 보강부와 레이업되는 연결 지점에서 이러한 별개의 부분들이 상호 연결된다. 연결부를 형성한 이후에, 수지가 휠 바디(150)의 림 부분(102), 페이스 부분(104) 각각의 보강부에 주입 및/또는 함침된 다음, 경화될 수 있다.
다른 실시예들에서, 림 부분(102)은 다음의 교번 레이어들로 형성되는 적층된 라미네이트로서 형성될 수 있음을 이해해야 한다: 적어도 하나의 환형으로 감긴 세장형 섬유 토우로부터 형성되는 후프 토우 레이어(hoop tow layer); 및 본 출원인의 국제 특허 공개 번호 WO2019/033169A1에 교시된 바와 같은 바이어스 플라이 레이어(bias ply layer)(이 문헌의 내용은 본 참조에 의해 이 명세서에 포함되는 것으로 이해되어야 함). 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 페이스 부분(104)은 림 부분(102)을 레이업하면서 림 부분(102)에 상호 연결된다. 또한 림 부분의 섬유 레이업은 페이스 부분(104) 레이업이 완료된 이후에 레이업됨으로써, 페이스 부분(104 및 102) 사이의 연결부가 림 부분(102)의 섬유 레이업에 직접 포함될 수 있다. WO2019/033169A1에 기재된 바와 같이, 페이스 부분(104)은 연결 섹션들 또는 탭들을 갖는 보강부로 레이업된다. 페이스 부분(104) 레이업으로부터의 연결 섹션들이 림 부분으로부터 페이스 부분 상호 연결로, 림 부분의 섬유 레이업 상에 및 내부로 놓여진다.
보강 레이업의 섬유 요소들은 프리프레그들, 세미-프레그들, 직포 또는 부직포, 매트들, 프리폼들, 사전-고화된 프리폼들, 개별 또는 그룹의 섬유들, 토우들, 토우-프레그들 등을 포함하는 임의의 적합한 형태로 제공될 수 있다. 레이업 동안, 수지는 섬유들을 포함하는 레이어들에, 또는 섬유들을 포함하는 레이어들 사이에 포함되거나 위치될 필요가 없다. 그러나, 수지는 경화 이후에 이러한 섬유들 및 레이어들을 통해 연속적인 매트릭스를 형성해야 한다.
페이셔 레이어(200)(도 3, 도 4(A) 및 도 4(B) 참조)는 휠 바디의 바깥쪽 측면(160)의 림 부분 및 페이스 부분의 전체 표면에 걸쳐 커버하도록 구성된다. 따라서, 페이셔 레이어(200), 보다 구체적으로 페이셔 레이어(200)의 바깥쪽 페이스(265)는, 도 1에 나타나 있는 탄소 섬유 휠(100)의 모든 필요로 하는 외부 피처들을 갖도록 생산된다. 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 페이셔 레이어(200)는 따라서 대체로 원형인 형상의 허브(104)를 포함하고, 협력하는 중앙 애퍼처(110)를 포함한다. 페이셔 레이어(200)는 또한 체결 볼트들(중앙 볼트 또는 복수의 휠 마운팅 볼트들)을 포함하는 휠 마운팅 장치들이 삽입되는 허브의 리세스들 및 애퍼처들(107)을 포함한다(예를 들어 도 3(B)의 밑면도 참조). 바람직한 실시예들에서, 이들 애퍼처들은 본 출원인의 국제 특허 공개 번호 WO2013/000009A1 및 WO2015/027271A1에 교시된 휠 부착 장치들의 대응하는 섹션들을 수용하고 협력하도록 구성된다. 또한, 페이셔 레이어(200)(및 특히 이것의 바깥쪽 페이스(265))는 환형으로 이격된 스포크들(108)의 원하는 윤곽들을 포함한다.
반대로, 휠 바디(150)의 바깥쪽 페이스(160)는 페이셔 레이어(200)에 의해 완전히 덮이도록 구성되는 마감되지 않은 페이스를 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 휠 바디(150)는 기본적인(세부적이지 않은) 기하학적 구조 및 피처들만을 갖는, 단순한 페이스로 몰딩될 수 있다. 그 후에, 세부적인 기하학적 구조 및 피처들이 페이셔 레이어(200)에 의해 제공된다.
페이셔 레이어(200)는 탄소 섬유 휠(100)의 외부 페이스의 원하는 마감 기하학적 구조를 갖는, 형상화되고 윤곽이 있는 바깥쪽 페이스(265)로 구성된다. 일부 경우들에서, 이것은 예를 들어 개선된 심미감을 위한 설계 피처들과 같은, 휠 바디(150)의 바깥쪽 표면(160)보다 더 복잡한 기하학적 구조일 수 있다.
페이셔 레이어(200) 컴포넌트는, 페이셔가 훨씬 더 작고 얇은 몰딩된 부분(벌크 휠에 비해)을 포함하며 이것의 표면 품질 및 마감이 더욱 용이하게 더 제어될 수 있으므로, 벌크 몰딩된 탄소 섬유 휠의 표면에 비해 개선된 표면 마감을 갖는 것으로 설계된다.
페이셔 레이어(200)의 섹션이 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. 이 도면들에 나타나 있는 바와 같이, 페이셔 레이어(200)는 휠 바디(150)의 바깥쪽 측면(160)의 바깥쪽을 향하는 림 부분(102A) 및 페이스 부분(104A) 위에 및 상에 부착되도록 구성되는 얇은 몰딩된 섬유체를 포함한다. 따라서 페이셔 레이어(200)는 바람직하게는 0.1 내지 10 mm의 벽 두께(T), 도시된 실시예에서는 0.1 내지 1 mm(도 3(B)에 가장 잘 나타나 있음)로 몰딩된다. 해당 벽 두께는 휠 바디(150)의 깊이 D의 1/50 내지 1/1000(일반적으로 휠 바디(150)의 깊이 D의 1/100 이상 및 1/500 이하)이다. 그러나, 휠 바디(150)에 사용되는 페이셔 레이어(200)의 설계에 따라 다양한 벽 두께가 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 페이셔 레이어(200)는 1 내지 10 mm 벽 두께로 제조될 수 있다. 다른 페이셔 레이어(200)는 0.2 내지 1 mm 벽 두께로 제조될 수 있다.
도시된 페이셔 레이어(200)는 바람직하게는 명백히 2차적으로 본딩되는 부분이 아닌 방식으로 휠 바디(150) 상에 구성 및 부착/본딩된다. 도 4(A) 및 도 4(B)에 나타나 있는 바와 같이, 이것은, 페이셔 레이어(200)가 휠 바디(150)의 전체 바깥쪽 측면(160)에 걸쳐 연장되도록 구성되어, 휠 바디(150)의 바깥쪽 측면(160)의 림 부분(106A) 및 페이스 부분(104A)의 전체 표면을 덮어 가리는 것에 의해 달성된다.
휠 바디(150)와 마찬가지로, 페이셔 레이어(200)는 수지 트랜스퍼 몰딩(Resin Transfer Molding; RTM) 공정을 통해 형성된다. 이 공정에서, 페이셔 레이어(200)는 보강부로 레이업되는 협력적 형상의 몰드에서 형성되고, 이어서 수지를 사출 및/또는 함침시켜 해당 보강부에 스며들게 한 다음 경화시킬 수 있다. 결과적인 바디는 별개의 몰딩된 섬유 복합 바디이다.
앞서 설명한 바와 같이, 페이셔 레이어(200)의 몰딩된 섬유 복합 바디의 섬유는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유(예를 들면, 케블라(Kevlar)), 합성 섬유(예를 들면, 아크릴, 폴리에스테르, PAN, PET, PE, PP 또는 PBO-섬유 등), 바이오 섬유(예를 들면, 대마, 황마, 셀룰로오스 섬유 등), 광물 섬유(예를 들면, Rockwool 등), 금속 섬유(예를 들면, 강철, 알루미늄, 황동, 구리 등), 붕소 섬유 또는 이들의 임의의 조합으로 구성되는 그룹에서 선택되는 섬유들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 섬유들을 포함할 수 있다. 선택된 섬유 레이업은, 섬유들의 선택 중 하나 이상으로부터 형성되는, 섬유 레이업으로부터 형성되는 임의의 원하는 패턴, 설계 또는 심미감 및 해당 레이어에 추가되는 임의의 추가 요소들을 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 섬유들은 탄소 섬유들, 또는 상기 섬유들 중 하나 이상과 탄소 섬유들의 혼합물을 포함한다. 실시예들에서, 페이셔 레이어(200)의 몰딩된 섬유 복합 바디의 섬유는 실질적으로 탄소 섬유만을 포함한다.
보강 레이업의 섬유들의 요소들은 프리프레그, 세미-프레그, 직포 또는 부직포, 매트, 프리폼, 사전-고화된 프리폼, 개별 또는 그룹의 섬유들, 토우들, 토우-프레그들 등을 포함하는 임의의 적합한 형태로 제공될 수 있다. 레이업 동안, 수지는 섬유를 포함하는 레이어에, 또는 섬유들을 포함하는 레이어들 사이에 포함되거나 위치할 필요가 없다. 그러나, 수지는 경화 이후에 연속 매트릭스를 형성해야 한다.
휠 바디(150) 및 페이셔 레이어(200)는 임의의 적합한 수지를 포함할 수 있다. 휠 바디(150)는 제 1 수지로 형성될 수 있고 페이셔 레이어(200)는 제 2 수지로 형성될 수 있다. 제 1 및 제 2 수지들 각각은 바람직하게는 불포화 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리비닐 에스테르, 에폭시, 열경화성 수지들, 열가소성 수지들 또는 이들의 조합들에 기초하는 것이다. 제 1 수지 및 제 2 수지는 동일하거나 유사한 조성들을 가질 수 있거나, 또는 대안적으로 상이한 조성들, 예를 들어 각각의 휠 바디(150) 및 페이셔 레이어(200)에 유리한 특성들을 제공하도록 선택된 특정 조성들을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 휠 바디(150)는 열 성능 구조적 수지, 바람직하게는 높은 열 성능 구조적 수지를 사용하여 형성될 수 있다. 열 성능 구조적 수지는 바람직하게는 에폭시들, 비스말레이미드들, 폴리이미드들, 벤즈옥사진들, 페놀류, 시아네이트 에스테르들, 폴리우레탄, 폴리에스테르 또는 다른 열경화성 재료들 중 적어도 하나로부터 선택된다.
다수의 실시예들에서, 페이셔 레이어(200)는 심미적으로 허용 가능한 경화 색상을 갖는 임의의 구조적 수지로 형성된다. 이 페이셔 수지(제 2 수지)는 바람직하게는 에폭시, 폴리우레탄, 폴리에스테르 또는 비닐에스테르 중 적어도 하나로부터 선택된다. 따라서, 페이셔 레이어(200)는 휠 바디(150)를 형성하는데 사용되는 바람직하지 않은 수지 색상들을 덮는데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로 심미적으로 허용 가능한 탄소 섬유 휠(100)은 바깥쪽 표면이 심미적으로 허용 가능한 페이셔 레이어(200)로 덮이게 되므로, 심미적으로 허용되지 않는 수지를 사용하여 형성될 수 있다.
페이셔 레이어(200)는 휠 바디(150)에 영구적으로 또는 교체 가능/제거 가능한 방식으로 부착될 수 있다. 도시된 구성에서는, 페이셔 레이어(200)를 휠 바디(150)에 본딩하기 위해 접착제가 사용된다. 도 3 및 도 4에 나타나 있는 바와 같이, 제 1 수지가 주입되는 탄소 섬유 레이업을 포함하는 몰딩된 휠 바디(150)는, 제 2 수지가 주입되는 선택된 섬유 레이업, 예를 들어 탄소 섬유 레이업을 포함하는 제 2 섬유 복합 조성물을 포함하는 페이셔 레이어(200)로 오버레이된다. 이들 사이에 접착제 레이어가 배치됨으로써 페이셔 레이어(200)를, 휠 바디(150)의 바깥쪽 측면(106)의 림 부분(102A)의 적어도 일부 및 페이스 부분(104A) 상에 부착한다. 접착제(260)는 바람직하게는 에폭시, 폴리우레탄 또는 메타크릴레이트 접착제 중 하나에서 선택된다.
접착제(260)는 휠 바디(150)의 바깥쪽 측면(106)과 페이셔 레이어(200)의 안쪽 표면(250) 사이에서 흐를 수 있도록 선택되며 그 사이의 임의의 갭들, 리세스들 또는 캐비티들을 채울 수 있다. 도 5의 (A) 및 (B)에 나타나 있는 바와 같이, 접착제는 본 경우에는 허브(106A)와 스포크들(108A)의 교차부분에서, 휠 바디(150)의 바깥쪽 표면(160)의 섹션들에 도포될 수 있으며, 페이셔 레이어(200)가 휠 바디(150) 상에 오버레이될 때 바깥쪽 표면(160) 위에서 흐르도록 설계될 수 있다. 도 6은 (A) 해당 영역에 접착제를 도포하여 형성한 것, 및 (B) 해당 영역 상에 페이셔 레이어(200)를 적용한 이후의 접착제(260)의 흐름을 나타낸다. 접착제(260)는 휠 바디(150)의 바깥쪽 측면(160)과 페이셔 레이어(200)의 안쪽 표면(250) 사이에서 흘러, 이들 사이의 임의의 캐비티, 갭 또는 리세스를 채운다. 접착제는 바람직하게는 휠 바디(150)와 페이셔 레이어(200) 사이의 공간을 완전히 채우는 양으로 제공된다. 그러나, 일부 형태들에서는, 대안적인 저비용 충전재가 이들 사이의 캐비티, 갭 또는 리세스를 채우는데 사용되는 접착제의 일부를 대체할 수 있음을 이해해야 한다.
페이셔 레이어(200) 및 휠 바디(150)의 일반적인 윤곽들은 두 부분들을 함께 부착하는 것을 돕게 협력하도록 설계된다. 이와 관련하여, 페이셔 레이어(200)의 안쪽 측면(250)은 협력하는 기하학적 구조로 몰딩될 수 있고, 더 바람직하게는 일반적으로 휠 바디(150)의 바깥쪽 측면(160)의 기하학적 구조에 상보적이다. 페이셔 레이어(200)의 안쪽 측면(250) 및 휠 바디(150)의 바깥쪽 측면(160)의 일반적인 윤곽들은 일반적으로 두 부분들을 함께 부착하는 것을 돕게 협력하도록 상보적으로 설계된다.
부착을 돕기 위해, 휠 바디(150)의 바깥쪽 측면(160)은 페이셔 레이어와 협력적으로 맞물리도록 구성되는 리세스들 또는 윤곽들을 포함할 수 있다. 도 5에 나타나 있는 바와 같이, 스포크(108A)의 섹션은, 접착제를 수용하고 해당 접착제가 휠 바디(150)의 바깥쪽 측면(160)과 페이셔 레이어(200)의 안쪽 표면/측면(250) 사이에서 흐를 수 있도록 설계되는 윤곽(300)을 포함할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 오버몰딩된 실시예를 나타내는 개선된 탄소 섬유 휠 외부 페이스의 제 2 실시예를 도시한 것이다. 도 7 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 도시된 탄소 섬유 휠(100) 실시예는 다음을 포함한다:
A. 타이어를 수용하고 안착시키도록 구성되는 환형 구조체를 포함하는 림 부분(302A)을 포함하는 휠 바디(350)(도 7). 휠 바디(350)는 또한 전술한 바와 같이 허브(306A) 및 스포크들(308A)을 갖는 페이스 부분(304A)을 포함한다. 휠 바디(350)는 차량의 휠 마운트(도시되지 않음)와 대면하도록 구성되는 안쪽 측면(355), 및 차량의 휠 마운트(도시되지 않음)에 연결될 때 바깥쪽을 향하도록 구성되는 바깥쪽 측면(360)을 구비하며; 또한
B. 휠 바디(350)의 바깥쪽 측면(360)의 림 부분(302A) 및 페이스 부분(304A) 상에 및 위에 부착되는 페이셔 레이어(400). 안쪽 페이스(도면들에는 도시되지 않았지만, 도시된 페이셔 레이어(400)의 밑면)는 휠 바디(350)의 바깥쪽 측면(360)과 협력적으로 맞물리도록 구성된다. 이전 실시예에서와 같이, 페이셔 레이어(400)는 휠(100)의 외부 피처들 및 심미감을 제공하는 바깥쪽 페이스(465)를 구비한다.
휠 바디(350)는 탄소 섬유 휠(100)의 기본 구조를 형성하며(도 1), 림(102)에 부착되는 타이어(도시되지 않음)와 차량의 휠 마운트(도시되지 않음)에 부착되는 허브(106) 사이에서, 하중이 전달되는 탄소 섬유 휠(100)의 기본적인 형태 및 기능을 제공한다. 이 실시예에서, 페이셔 레이어(400)는, 원하는 외부 휠 기하학적 구조 및 심미감을 제공하기 위해 휠 바디(350)의 바깥쪽 측면(360) 위에 몰딩되는 얇은 심미적 커버 레이어를 제공한다.
휠 바디(350)의 일반적인 제조 공정은 국제 특허 공개 WO2010/025495A1 또는 국제 특허 공개 번호 WO2019/033169A1에 기재된, 일체적으로 형성된 탄소 섬유 휠(100)에 대해 이전에 설명된 것과 동일한 공정을 따르며, 이 문헌들의 내용은 본 참조에 의해 본 명세서에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
앞서의 실시예에서와 같이, 도시된 휠 바디(350)(도 7)는 단일의 바디로서 형성되도록 의도된다. 이것은, 예시적인 실시예에서 수지인 매트릭스 재료(일반적으로 수지)를, 림 부분(302A) 및 페이스 부분(304A)을 포함하는 모든 부분으로, 동시 사출 및/또는 함침한 다음, 휠 바디(350)의 각 부분을 경화시키는 것을 포함한다. 사용되는 수지는 바람직하게는 에폭시-계이다. 그러나, 임의의 적합한 수지, 예를 들어 불포화 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리비닐 에스테르, 에폭시, 열경화성 수지들, 열가소성 수지들, 유사한 화학적 화합물들 또는 이들의 조합들이 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 수지 주입 및/또는 수지 트랜스퍼 몰딩(Resin Transfer Moulding) 및/또는 진공 보조 수지 트랜스퍼 몰딩(Vacuum Assisted Resin Transfer Moulding)을 포함하며 이에 제한되지 않는 다양한 수지 전달 시스템이 사용될 수 있다.
휠 바디(350)의 몰딩된 구조는 상기 휠 바디(150)에 대해 설명된 것과 동일한 방법을 따른다. 전술한 바와 같이, 림 부분(302A) 및 페이스 부분(304A)은, 일반적으로 보강 직물로 구현된 다음에 함께 조립되어 조합된 몰드에 위치되는 섬유들의 세트를 레이업하고, 휠 바디(350)의 림 부분(302A), 페이스 부분(304A) 각각의 보강부에 수지가 사출 및/또는 함침된 다음 경화 가능하게 됨으로써 형성된다.
보강 레이업의 섬유 요소들은 프리프레그들, 세미-프레그들, 직포 또는 부직포, 매트들, 프리폼들, 사전-고화된 프리폼들, 개별 또는 그룹의 섬유들, 토우들, 토우-프레그들 등을 포함하는 임의의 적합한 형태로 제공될 수 있다. 레이업 동안, 섬유들을 포함하는 레이어들에 또는 섬유들을 포함하는 레이어들 사이에 수지가 위치할 필요가 없다. 그러나, 경화 이후에는 수지가 연속 매트릭스를 형성해야 한다.
페이셔 레이어(400)(도 8 및 도 9 참조)는 휠 바디(350)의 바깥쪽 측면(360)의 림 부분 및 페이스 부분의 전체 표면에 걸쳐 덮어 가리도록 구성된다(도 7). 페이셔 레이어(400)의 바깥쪽 페이스(265)는 도 1에 나타나 있는 휠(100)의 모든 필요로 하는 외부 피처들을 제공한다. 도 8 및 도 9에 나타나 있는 바와 같이, 따라서 페이셔 레이어(200)는 허브(106)의 대체로 원형인 형상을 포함하고, 협력하는 중앙 애퍼처(110)를 포함한다. 페이셔 레이어(400)는 또한 체결 볼트들(중앙 볼트 또는 복수의 휠 마운팅 볼트들)을 포함하는 휠 마운팅 장치들이 삽입되는 허브의 리세스들 및 애퍼처들(107)을 포함한다. 바람직한 실시예들에서, 이러한 애퍼처들은 본 출원인의 국제 특허 공개 번호 WO2013/000009A1 및 WO2015/027271A1에 교시된 휠 부착 장치들의 대응하는 섹션들을 수용하고 협력하도록 구성된다. 다시 말하지만, 페이셔 레이어(400)(및 특히 이것의 바깥쪽 페이스(265))는 환형으로 이격된 스포크들(108)의 원하는 윤곽들을 포함한다.
도 7에 나타나 있는 바와 같이, 휠 바디(350)의 바깥쪽 페이스(360)는 페이셔 레이어(400)에 의해 완전히 덮이도록 구성되는 마감되지 않은 페이스를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 해당 바깥쪽 페이스(360)는 탄소 섬유의 커버 플라이 없이 생산되며, 따라서 수지를 통한 구조적 결합 및 섬유 레이업과 같은 휠 바디(350) 구조의 바람직하지 않은 피처들을 드러낸다. 제 1 실시예에서와 같이, 휠 바디(350)는 기본 기하학적 구조 및 피처들만을 갖는, 러프한 페이스로 몰딩될 수 있다. 세부적인 기하학적 구조 및 피처들은 페이셔 레이어(400)에 포함될 수 있고/있거나 휠 바디(350)의 바깥쪽 페이스(360)의 표면에 윤곽들/피처들로서 추가될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 페이셔 레이어(400)의 섬유는 탄소 섬유들, 유리 섬유들, 코팅된 유리 섬유들(예를 들면, 알루미늄화 유리 섬유들), 아라미드 섬유들(예를 들면, Kevlar), 합성 섬유들(아크릴, 폴리에스테르, PAN, PET, PE, PP 또는 PBO-섬유들 등), 바이오 섬유들(예를 들면, 대마, 황마, 셀룰로오스 섬유들 등), 광물 섬유들(예를 들면, Rockwool 등), 금속 섬유들(예를 들면, 강철, 알루미늄, 황동, 구리 등), 붕소 섬유들 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 섬유들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 매우 다양한 섬유들을 포함할 수 있다. 섬유들은 또한 예를 들어 착색된 유리 섬유들, 착색된 폴리에스테르 섬유들, 착색된 탄소 섬유들 등으로 착색될 수 있다. 선택된 섬유 레이업은 섬유 레이업으로부터 형성되는 임의의 원하는 패턴, 설계 또는 심미감, 및 상기 섬유들의 선택 중 하나 이상으로부터 형성되는 그 레이어에 추가되는 임의의 추가 요소들을 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 섬유들은 탄소 섬유, 또는 상기 섬유들 중 하나 이상과 탄소 섬유들의 혼합물을 포함한다. 따라서, 일부 실시예들에서, 선택된 섬유 레이업은 장식 요소를 제공하기 위해 일정량의 추가 상이한 섬유들을 갖는 탄소 섬유들을 포함한다. 그러나, 다수의 실시예들에서, 선택된 섬유 레이업은 탄소 섬유들을 포함하거나 적어도 실질적으로 탄소 섬유들을 포함한다. 실시예들에서, 페이셔 레이어(400)의 몰딩된 섬유 복합 바디의 섬유는 실질적으로 탄소 섬유만을 포함한다.
이 실시예에서, 페이셔 레이어(400)는 오버몰딩된 탄소 섬유 복합 레이어로서 휠 바디(350)에 몰딩되는 섬유 복합 레이어, 예를 들어 탄소 섬유 복합 레이어를 포함한다. 도 8 및 도 9에 나타나 있는 바와 같이, 이 공정은 다음을 포함한다:
단계 1 - 휠 바디(350)를 몰딩(전술한 바와 같음).
예를 들어, 일 실시예에서 휠 프리폼(wheel preform)(350)은, 무수물 에폭시 수지(Anhydride epoxy resin)를 사용하여 1% 에폭시 기반 사이징을 갖는 탄소 섬유, 15gsm 에폭시 열가소성 결합제(epoxy thermoplastic binder), 2K 에폭시 디시안디아미드 스프레이 점착부여제(epoxy dicyandiamide spray tackifier)로부터 제조된다. 그러나, 휠 바디는 전술한 바와 같이 각종 상이한 구성을 가질 수 있음을 이해해야 한다.
몰드(도시되지 않음)로부터 탈형되고 나면, 휠 바디(350)는 디플래쉬(de-flash)될 수 있으며, 그 후 필요한 경우, 경화(후-경화)되도록 둘 수 있다. 후-경화가 완료되고 나면, 일반적으로 휠 바디(350)의 바깥쪽 페이스 표면(360)은, 예를 들어 산화알루미늄 입자를 사용하여, 해당 표면을 연마적으로 그릿 블라스팅(grit blasting)하는 것에 의해 조면화된다. 그러나, 플라즈마 에칭 또는 레이저 어블레이션과 같은 다른 조면화 공정들이 사용될 수 있거나 용매 세정 공정과 같은 대안의 공정들이 유사한 접착 이점들을 제공하기 위해 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 조면화 공정은 후속 단계에서 페이셔 레이어를 이 표면에 부착하는데 도움이 된다. 그 다음, 예를 들어 압축 공기를 사용하여 휠을 청소한 다음, 보풀이 없는 천과 이소프로필 알코올/물 용액으로 최종적으로 닦는다.
단계 2 - 휠 바디(350)의 바깥쪽 측면(360)의 적어도 페이스 부분 및 선택적으로 림 부분의 일부를 덮는 페이셔 섬유 레이업(370)을 레이업. 도 8에 도시된 예에서, 페이셔 섬유 레이업(370)은 휠 바디(350)의 바깥쪽 측면(360)의 페이스 섹션(306A)과 협력 구성을 갖는 다수의 형상화된 탄소 섬유 플라이(carbon fibre ply)들, 본 경우에는 능직 플라이(twill weave ply)를 포함한다. 그러나, 임의의 적합한 타입의 탄소 섬유 플라이(또는 대안의 섬유 플라이)가 해당 외부 페이스에 필요한 필수 심미적 설계에 따라 예를 들어 평직, 능직 등에 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 일부 경우들에서, 탄소 섬유 플라이가 사용될 수 있고, 휠 바디(350)의 바깥쪽 측면(360)의 페이스 부분 및 림 부분의 관련 표면에 적소에 적용하기 위해 가열을 통해 형상화되도록 미리 형성될 수 있다. 또한, 도 6에는 도시되지 않았지만, 외부 림(102)의 일부는 페이셔 섬유 레이업(370)의 탄소 섬유 플라이들로 덮이게 될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 점착 부여 접착제(예를 들면, 2K 에폭시 디시안디아미드 스프레이 점착 부여제)가 사용되어, 페이셔 섬유 레이업(370)을 휠 바디(350)의 바깥쪽 측면(360)에 고정할 수 있다. 그러나, 예를 들어 열경화성 분말 결합제와 같은 다른 접착 수단이 이러한 목적을 위해 사용될 수 있음을 이해해야 한다(아래 참조). 점착 부여제가 사용되는 경우, 휠 바디(350)에 대해 레이업을 억제하고 2K 에폭시 점착 부여제를 경화(일반적으로 완전 경화)시키기 위해 등온 툴(isothermal tool)과 같은 가열 툴이 사용되는 것이 바람직하다. 페이셔 섬유 레이업(370)의 결과적으로 생성된 고화된 건조 섬유 레이어 두께는 일반적으로 약 250 미크론이다.
단계 3 - 페이셔 섬유 레이업(370)으로 덮인 휠 바디(350)를 협력 몰드에 배치하고, 몰드의 캐비티에 수지를 사출함으로써 페이셔 섬유 레이업(370)에 휠 바디(350)의 바깥쪽 측면(360) 및 몰드 페이스의 범위 내에서 수지(제 2 수지)가 주입되고, 수지가 경화될 수 있도록 한다. 이와 관련하여, 200 내지 500 미크론의 캐비티 두께 범위가 예를 들어 선택적인 페인팅 단계와 같은 추가 마감 공정들(필요한 경우) 이전에 교정을 필요로 하지 않는 몰딩된 표면 마감을 제공하는 것이 바람직하다. 툴 세트는 사출된 수지를 페이셔 섬유 레이업(370) 및 페이셔 영역만으로 제한한다. 예시적인 실시예들에서, 페이셔 레이어(400)의 상부 표면에 대한 페이스 몰드(도시되지 않음)는 특히 폴리우레탄 수지가 사용될 때 최종 광택 마감을 제공하도록 구성되는 고연마, 몰딩 표면이다. 이 경우, 스프레이 페인팅, 투명 코팅이나 다른 코팅, 연마(polishing) 등과 같은 추가적인 마감 공정이 필요하지 않다.
따라서, 일부 실시예들에서는, 제 2 수지가 페이셔 레이어의 섬유에 주입되어 심미적/보호 표면 레이어를 생성한다. 수지 및 형성 공정 단계는 바람직하게는 스프레이 페인팅과 같은 후속 표면 마감 또는 코팅 공정들을 필요로 하지 않는 표면 및 마감을 형성한다.
페이셔 레이어(400)는, 휠 바디(350)의 바깥쪽 측면의 페이스 부분 및 림 부분의 선택적인 부분에 페이셔 섬유 레이업(370)을 오버몰딩함으로써 휠 바디(350)의 바깥쪽 측면(360)에 형성된다. 이것은, 제 2 수지가 주입되는 페이셔 섬유 레이업(370)을 포함하는 제 2 섬유 복합 조성물의 휠 바디(350)의 바깥쪽 측면에 페이셔 레이어(400)를 형성한다. 아래에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 제 2 수지는 심미적으로 허용 가능한 경화 색상을 갖는다. 이와 같이, 휠 바디(350) 전체에 수지 트랜스퍼 몰딩(Resin Transfer Molding; RTM) 공정을 사용하여 페이셔 레이어(400)가 휠 바디(350)에 형성된다.
단계 4 - 오버몰딩된 페이셔 휠 바디(350)가 탈형된 후 후속 마감 처리를 위해 보내진다. 일부 실시예들에서, 외부 이형제(release agent)는, 이것이 오버몰딩 공정에서 사용되는 제 2 수지 조성물에 첨가될 수 있으므로 사용되지 않는다.
페이셔 레이어의 결과적인 두께는 일반적으로 휠 바디(350)의 바깥쪽 측면(360)과 몰드 페이스(도시되지 않음) 사이의 캐비티 두께에 따라 450 내지 750 미크론(250 미크론 섬유 + 최대 500 미크론 코팅 레이어)이다. 그러나, 휠 바디(350)에 사용되는 페이셔 레이어(400)의 설계에 따라 다양한 벽 두께가 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 이 공정은, 다공성 및 건조함이 없고; 섬유 변형이 없고; 몰드에서 광택/무광택 사양들을 충족하는 페이셔 레이어(400)를 제공하는 것을 목표로 한다.
보강 레이업의 섬유 요소는 프리프레그들, 세미-프레그들, 직포 또는 부직포, 매트들, 프리폼들, 사전-고화된 프리폼들, 개별 또는 그룹들의 섬유들을 포함하는 임의의 적합한 형태로 제공될 수 있다. 레이업 동안, 수지는 섬유들을 포함하는 레이어들에 또는 섬유들를 포함하는 레이어들 사이에 포함되거나 위치할 필요가 없다. 그러나, 경화 이후에는 수지가 이러한 섬유들 및 레이어들을 통해 연속적인 매트릭스를 형성해야 한다.
휠 바디(350) 및 페이셔 레이어(400)는 임의의 적합한 수지를 포함할 수 있다. 휠 바디(350)는 제 1 수지로 형성될 수 있고 페이셔 레이어(400)는 제 2 수지로 형성될 수 있다. 제 1 및 제 2 수지들 각각은 바람직하게는 불포화 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리비닐 에스테르, 에폭시, 열경화성 수지들, 열가소성 수지들, 또는 이들의 조합들에 기초한다.
실시예들에서, 휠 바디(350)는 투명하지 않은 유색/경화된 유색 수지를 사용하여 형성될 수 있다. 휠 바디(350)를 형성하는데 사용되는 구조적 수지에서 '투명' 색상 제한을 제거하면 다음 중 하나 이상 및 가능하게는 이들의 조합들에 제한되지 않는 구조적 수지에 대한 배합 기회들이 생성된다:
ㆍ더 높은 인성 수지;
ㆍ더 저렴한 수지;
ㆍ더 높은 파단 연신율 수지 ;
ㆍ더 높은 열 성능 수지;
ㆍ더 짧은 경화 주기 시간 수지; 또는
ㆍ다른 수지 기계적 특성 개선들.
따라서, 일부 실시예들에서, 휠 바디(350)는 열 성능 구조적 수지, 바람직하게는 높은 열 성능 구조적 수지를 사용하여 형성될 수 있다. 열 성능 구조적 수지는 바람직하게는 에폭시들, 비스말레이미드들, 폴리이미드들, 벤즈옥사진들, 페놀류, 시아네이트 에스테르들, 폴리우레탄, 폴리에스테르 또는 다른 열경화성 재료들 중 적어도 하나로부터 선택된다.
페이셔 레이어(400)는 바람직하게는 심미적으로 허용 가능한 경화 색상을 갖는 임의의 수지(제 2 수지)로 형성된다. 제 2 수지는 바람직하게는 에폭시, 폴리우레탄, 폴리에스테르 또는 비닐에스테르 중 적어도 하나로부터 선택된다. 따라서, 페이셔 레이어(400)는 휠 바디(350)를 형성하는데 사용되는 바람직하지 않은 수지 색상들을 덮는데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 외부 표면이 심미적으로 허용 가능한 페이셔 레이어(400)로 덮이게 되므로, 심미적으로 허용되지 않는 수지를 사용하여, 심미적으로 허용 가능한 탄소 섬유 휠(100)이 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 심미적으로 허용 가능한 경화 색상은 일반적으로 경화된 수지 복합 구조 내에서 탄소 섬유를 볼 수 있도록 하는 투명하거나 반투명한 색상이다. 전용 심미적/투명 페이셔 수지는 일부 배합 제약(예를 들면, Tg)의 완화를 가능하게 하여, 구조적 휠(350)의 다른 특성들, 예를 들어 인성(toughness) 및 파단 연신율(elongation to failure)이 개선될 수 있도록 한다.
다수의 실시예들에서, 단계 3에서 페이셔 플라이 레이업에 주입되는 제 2 수지는 UV 내성 수지를 포함한다.
일부 실시예들에서, 페이셔 레이어(400)에 사용되는 제 2 수지는 폴리우레탄 수지, 바람직하게는 투명 폴리우레탄 수지를 포함한다. 폴리우레탄 수지를 사용하면 다음과 같은 이점들이 있다:
ㆍ 폴리우레탄 수지는 예를 들어 스프레이 페인팅에 의해 적용되는 보호 코팅이 필요하지 않다. 에폭시 수지는 에폭시를 보호하기 위해 보호 코팅을 필요로 한다. 따라서 스프레이 페인팅과 같은 추가 표면 마감이 필요하지 않다. 또한, 폴리우레탄 수지는 유리한 자가 치유 기능을 제공할 수 있다.
ㆍ 스프레이 페인팅의 대안으로 폴리우레탄 수지를 사용하면 에폭시 수지를 보호하기 위해 코팅들을 스프레이 페인팅할 때 발생할 수 있는 오렌지 필 결함들로 인한 문제들을 방지할 수 있다.
ㆍ 공정 효율성 측면에서 폴리우레탄 수지를 사용하는 것이 에폭시 수지보다 훨씬 빠른 경화 시간을 가지며, 폴리우레탄 수지는 경화 주기가 약 6 내지 10분인 에폭시 수지에 비해 경화 주기가 4분 미만이다. 또한, 폴리우레탄 수지는 몰드 캐비티에서 몰딩된 휠을 꺼내는데 도움이 되는 이형제를 포함할 수 있다. 반면 에폭시 수지는 일반적으로 외부 이형제를 사용해야 한다.
ㆍ 특성 개선 - 에폭시 수지는 수지 두께가 임계값을 초과할 경우 크랙이 발생할 수 있다. 상대적으로, 폴리우레탄 수지는 취성이 비교적 적기 때문에 두께 임계값이 더 높으며, 즉, 두께에 덜 민감하다. 또한, 상대적으로 더 두꺼운 코팅의 경우, 현재의 에폭시 수지는 심미적으로 허용되지 않는 수축을 보인다. 폴리우레탄 수지는 동일한 결함을 보일 것으로 예상되지 않는다.
ㆍ 상대적으로 더 두꺼운 폴리우레탄 수지 리치 레이어는 융기된 섬유 범프와 같은 섬유 레이어의 결함에 덜 민감하다. 폴리우레탄 수지는 본질적으로 에폭시 수지보다 더 투명하다.
ㆍ 폴리우레탄 수지는 에폭시-계 코팅과 달리 최대 800 미크론의 코팅 두께에서 수축이 거의 없거나 전혀 없다.
ㆍ 폴리우레탄 수지는 또한 고광택, 반광택, 무광택, 질감 등과 같은 툴링 표면 설계의 영향을 받는 다양한 표면 마감을 몰딩할 수 있는 능력과 페이셔 수지에 안료/색상을 추가하여 다양한 불투명 마감 처리(예를 들면, 착색 마감 처리)를 달성할 수 있는 능력을 제공한다.
일부 실시예들에서, 페이셔 섬유 레이업(370)을 휠 바디(350)의 바깥쪽 측면(360) 상에 고정하기 위해 점착 부여 접착제가 사용되지 않는다. 대안적으로는 열경화성 분말 결합제(일반적으로 에폭시 기반이지만 변형이 있음)가 건식 페이셔 섬유 레이업(370)에 적용될 수 있다. 이 분말 결합제에는 다음과 같은 세 가지 기능이 있다:
a. '위브셋(weaveset)' - 여기서 내포된 분말 결합제가 페이셔 섬유 레이업(370)을 구성하는 플라이에서 토우가 떨어지는 것을 방지하는데 도움이 됨 - 이것은 플라이의 컷 에지(cut edge)들에서 발생하는 경향이 있고, 레이업 시간을 소모하게 만들며 또한 심미적 결함을 유발할 수 있다.
b. 휠 바디(350)에 대한 페이셔 섬유 레이업(370)의 접착 - 섬유 씻김 방지.
c. 레이업 이전의 페이셔 섬유 레이업(370)의 예비 성형성.
페이셔 레이어(400)와 휠 바디(350)의 일반적인 윤곽들은 두 부분들을 함께 부착하는 것을 돕기 위해 협력하도록 설계된다. 이와 관련하여, 페이셔 레이어(400)의 안쪽 측면은 협력하는 기하학적 구조로 몰딩될 수 있고, 더 바람직하게는 일반적으로 휠 바디(350)의 바깥쪽 측면(360)의 기하학적 구조에 대해 상보적이다. 페이셔 레이어(400)의 안쪽 측면 및 휠 바디(350)의 바깥쪽 측면(360)의 일반적인 윤곽들은 일반적으로 두 부분들이 함께 부착되는 것을 돕게 협력하도록 상보적으로 설계된다. 필요한 경우, 스타일/특성/심미감을 개선하는데 바람직할 수 있는 설계의 피처들(예를 들면, 페이스 부분(306)의 스포크 에지들의 전면에 있는 융기 부분)은 휠 바디(3500의 바깥쪽 측면(360)에 고착 또는 본딩된 솔리드 인서트들을 사용하여 생성될 수 있다. 솔리드 인서트들은 탄소 섬유 및 수지 재료를 사용하여 제조될 수 있으며, 대안으로 덜 비싼 재료(예를 들면, 유리 마이크로스피어(glass microsphere) 충전 또는 틱소트로피(thixotropic) 충전 에폭시 수지)를 사용하여 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 휠 바디와 페이셔 레이어(400) 사이의 공간을 완전히 채우기 위해 더 저렴한 충전재가 사용될 수 있다. 따라서 휠 바디(350)는 더 복잡한 기하학적 구조를 갖는 오버몰딩된 페이셔 레이어(400)를 갖는 더 간단하거나 일반적인 설계로 생산될 수 있다. 섬유질 구조 재료를 사용하는 것보다 충전재를 사용하여 휠 바디와 표면 플라이 레이어 사이를 채우는 것이 더 비용 효율적일 수 있음을 이해해야 한다.
도 10은 본 발명의 제 2 오버몰딩 실시예를 나타내는 개선된 탄소 섬유 휠 외부 페이스의 제 3 실시예를 도시한 것이다. 이 제 3 실시예는 오버몰딩된 안쪽 배럴 레이어(480)를 형성하기 위해 배럴(180)의 내부 표면이 제 2 오버몰딩 공정(전술한 단계 3)에서 오버몰딩되는 도 7 내지 도 9에 도시된 제 2 (오버몰딩) 실시예에 대한 대안의 실시예이다. 이 실시예는 또한 바람직하게는 복합 휠(100)이 오버몰딩 공정을 사용하여 차량의 휠 마운트(도시되지 않음)에 장착될 때 복합 휠(100)의 주요 가시 표면들 상에 마감처리되는 투명 코팅된 광택 표면을 생성한다.
이 실시예에서, 페이셔 레이어(400)는 오버몰딩된 섬유 복합 레이어로서 휠 바디(350)에 몰딩되는 탄소 섬유 복합 레이어를 포함하고, 오버몰딩 공정에서 형성되는 오버몰딩된 안쪽 배럴 표면(480)을 추가로 포함한다. 이 공정은 도 8 및 도 9에 나타나 있는 전술한 공정을 대체로 따르며, 다음의 단계들을 포함한다:
단계 1 및 단계 2는 상기 제 2 실시예에서 설명한 것과 동일한 공정을 따른다.
단계 3 - 제 2 실시예에 대해 기술한 바와 같이, 페이셔 섬유 레이업으로 덮이는 휠 바디(350)가 협력 몰드(도시되지 않음)에 배치된다. 이 경우, 협력 몰드는 페이셔 섬유 레이업이 몰드 페이스와 적어도 휠 바디(350)의 페이스 부분(104)의 범위 내에서 수지에 의해 주입되는 몰드 캐비티(도시되지 않음)에 수지 주입 공간, 및 수지 레이어가 휠 바디(150)의 안쪽 배럴(180) 섹션 위에 형성될 수 있도록 구성된 림(102)의 적어도 안쪽 배럴(180) 섹션 및 몰드 페이스의 범위 내에서의 몰드 캐비티의 수지 주입 공간을 포함한다. 수지, 바람직하게는 이 실시예에서 폴리우레탄 수지(앞에서 상술한 바와 같은 또 다른 제 2 수지가 사용될 수 있음이 이해되어야 함)가 혼합되고(예를 들어, 충돌 혼합되고), 고압 주입을 사용하여 캐비티들과 페이셔 섬유 레이업에 수지를 채운다. 그 다음 수지를 경화시킬 수 있다.
다시 말하지만, 툴 세트는 주입된 수지를, 페이셔 섬유 레이업(370) 및 페이셔 영역뿐만 아니라 휠 바디(150)의 안쪽 배럴(180) 섹션으로 제한하도록 구성된다. 예시적인 실시예들에서, 페이셔 레이어(400)의 상부 표면에 대한 페이스 몰드(도시되지 않음)는 특히 폴리우레탄 수지가 사용될 때 최종 광택 마감을 제공하도록 구성되는 고광택 몰딩 표면이다. 이 경우, 스프레이 페인팅, 투명 코팅 또는 다른 코팅과 같은 추가 마감 공정이 필요하지 않다. 200 내지 500 미크론의 캐비티 두께 범위는 교정이 필요하지 않은 몰딩된 표면 마감을 제공하는 것이 바람직하다.
제 2 실시예에서와 같이, 휠 바디(350)의 바깥쪽 측면의 림 부분(102)의 선택적인 부분 및 페이스 부분(104) 상에, 페이셔 섬유 레이업(370)을 오버몰딩함으로써, 페이스 부분 휠 바디(350)의 바깥쪽 측면(360)에 페이셔 레이어(400)가 형성된다. 본 실시예에서는 안쪽 배럴(180)에도 몰딩된 수지 커버 레이어(480)가 형성된다. 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 제 2 수지는 페이스 부분(102) 및 안쪽 배럴(180)에 원하는 특성들을 제공하도록 선택될 수 있다. 따라서, 휠 바디(350) 전체에 수지 트랜스퍼 몰딩(Resin Transfer Molding; RTM) 공정을 사용하여 페이셔 레이어(400)가 휠 바디(350)에 형성된다.
단계 4 - 오버몰딩된 페이셔 휠 바디(350)는 탈형된 후 후속 마감 처리를 위해 보내진다. 다시 말하지만, 일부 실시예들에서, 오버몰딩 공정에서 사용되는 제 2 수지 조성물에 외부 이형제가 첨가될 수 있으므로, 외부 이형제는 사용되지 않는다.
페이셔 레이어의 결과적인 두께는 일반적으로 몰드 페이스(도시되지 않음)와 휠 바디(350)의 바깥쪽 측면(360) 사이의 캐비티 두께에 따라 450 내지 750 미크론(250 미크론 섬유 + 최대 500 미크론 코팅 레이어)이다. 그러나, 휠 바디(350)에 사용되는 페이셔 레이어(400)의 설계에 따라 다양한 벽 두께가 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
이들 실시예들에서, 페이셔 레이어(400)(오버몰딩된 페이셔) 및 몰딩된 수지 커버 레이어(480)로 오버몰딩되는 별개의 구조적 휠 바디의 생산은 높은 열 성능, 개선된 구조적 성능 및 비용 절감 중 하나 이상을 갖춘 심미적으로 허용 가능한 휠의 생산을 가능하게 한다. 상기와 같이, 페이셔 레이어(400)는 휠 바디의 밑에 있는 페이스 부분에 비해 개선된 표면 마감을 갖는다. 구조용 휠 몰딩의 모든 심미적 결함들은 오버몰딩된 페이셔로 완전히 덮이게 된다. 공정은, 다공성이 없고 건조함이 없고; 섬유 변형이 없고; 몰드에서 광택/무광택 사양들을 충족하는 페이셔 레이어(400) 및 몰딩된 수지 커버 레이어(480)을 제공하는 것을 목표로 한다.
제 2 실시예에 대해 설명된 바와 같이, 휠 바디(350) 및 페이셔 레이어(400)는 임의의 적합한 수지를 포함할 수 있다. 휠 바디(350)는 제 1 수지로 형성될 수 있고 페이셔 레이어(400)는 제 2 수지로 형성될 수 있다. 제 1 및 제 2 수지들 각각은 바람직하게는 불포화 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리비닐 에스테르, 에폭시, 열경화성 수지들, 열가소성 수지들, 또는 이들의 조합들에 기초한다.
유사하게, 페이셔 레이어(400) 및 몰딩된 수지 커버 레이어(480)은 바람직하게는 심미적으로 허용가능한 경화된 색상을 갖는 임의의 수지(제 2 수지)로 형성된다. 제 2 수지는 바람직하게는 에폭시, 폴리우레탄, 폴리에스테르 또는 비닐에스테르 중 적어도 하나로부터 선택된다. 다수의 실시예들에서, 단계 3에서 페이셔 플라이 레이업에 주입되는 제 2 수지는 UV 내성 수지를 포함한다. 이 제 3 실시예의 바람직한 형태들에서, 페이셔 레이어(400) 및 몰딩된 수지 커버 레이어(480)에 사용되는 제 2 수지는 폴리우레탄 수지, 바람직하게는 투명 폴리우레탄 수지를 포함한다. 폴리우레탄 수지를 사용하는 다양한 이점들은 위에 상세히 설명되어 있지만, 이 실시예에서 중요하게는 페이셔 레이어(400) 및 몰딩된 수지 커버 레이어(480) 모두가 최종 광택 마감으로 생산될 수 있도록 하며, 여기서 스프레이 페인팅, 투명 코팅 또는 다른 코팅과 같은 추가 마감 공정이 필요하지 않다. 이와 관련하여, 내부 배럴 코팅 상의 몰딩된 수지 커버 레이어(480) 상의 투명한 폴리우레탄 수지가 그 표면에 대한 보호 코팅으로서 적용된다. 코팅되지 않은 에폭시는 풍화 조건에서 침식될 수 있다. 따라서 에폭시는 스프레이식 코팅(예를 들면, 투명 코팅)을 사용하여 코팅하거나 이 경우 몰딩 공정에서 에폭시 수지 위에 폴리우레탄 보호 코팅을 제공해야 한다.
당업자는 본 명세서에 설명된 발명이 구체적으로 설명된 것 이외의 변형들 및 수정들이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 본 발명은 본 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 이러한 모든 변형들 및 수정들을 포함하는 것으로 이해된다.
"포함한다"("comprise", "comprises", "comprised" 또는 "comprising")라는 용어들이 본 명세서(청구항들을 포함함)에 사용되는 경우, 이들은 언급된 특징들, 정수들, 단계들 또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 컴포넌트 또는 이들의 그룹의 존재를 배제하지 않는 것으로 해석되어야 한다.
미래의 특허 출원들은 본 출원에 근거하거나 본 출원의 우선권을 주장하여 호주 또는 해외에 제출될 수 있다. 다음의 잠정적 청구범위는 단지 예로서 제공되며, 그러한 향후 출원에서 청구될 수 있는 범위를 제한하려는 의도가 아님을 이해해야 한다. 본 발명 또는 발명들을 추가로 정의하거나 재정의하기 위해 나중에 잠정 청구 범위에 기능들을 추가하거나 생략할 수 있다.

Claims (51)

  1. 차량용 탄소 섬유 휠에 있어서,
    림 부분(rim portion)과 페이스 부분(face portion)을 포함하는 휠 바디(wheel body)로서, 상기 림 부분은 타이어를 수용하여 안착시키도록 구성되는 환형(annulus) 구조체를 포함하고, 상기 페이스 부분은 상기 휠을 상기 차량에 고정시키도록 구성되는 허브(hub) 및 상기 허브와 상기 림 사이에서 연장되어 이들을 상호 연결하는 연결 구조체를 포함하고, 상기 휠 바디는 차량의 휠 마운트를 향하도록 구성되는 안쪽 측면 및 차량의 휠 마운트에 연결되는 경우 외측을 향하도록 구성되는 바깥쪽 측면을 구비하고, 상기 휠 바디는 제 1 수지가 주입되는 탄소 섬유 레이업(carbon fibre layup)을 포함하는 제 1 탄소 섬유 복합 조성물로 형성되는, 상기 휠 바디; 및
    상기 휠 바디의 상기 바깥쪽 측면의 상기 페이스 부분의 적어도 일부에 부착되는 페이셔 레이어(fascia layer)로서, 상기 페이셔 레이어는 제 2 수지가 주입되는 선택된 섬유 레이업을 포함하는 제 2 섬유 복합 조성물로 형성되는, 상기 페이셔 레이어
    를 포함하는, 탄소 섬유 휠.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 페이셔 레이어는 상기 휠 바디에 몰딩되는 섬유 복합 레이어, 바람직하게는 오버몰딩된 섬유 복합 레이어를 포함하는, 탄소 섬유 휠.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 페이셔 레이어는 상기 휠 바디에 접착되는 몰딩된 섬유 복합 레이어이며, 바람직하게는 접착제를 사용하여 상기 휠 바디에 접착되는, 탄소 섬유 휠.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페이셔 레이어는 RTM(Resin Transfer Molded) 레이어를 포함하는, 탄소 섬유 휠.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 수지 및 상기 제 2 수지는 불포화 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리비닐 에스테르, 에폭시, 열경화성 수지, 열가소성 수지, 또는 이들의 조합을 기반으로 하는, 탄소 섬유 휠.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 제 2 수지는 심미적으로 허용 가능한 경화 색상(cured colour)을 갖는, 탄소 섬유 휠.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 수지는 UV 내성(UV resistant) 수지를 포함하는, 탄소 섬유 휠.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 수지는 상기 제 2 수지와 조성이 다른, 탄소 섬유 휠.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 수지는 열 성능 구조적 수지(thermal performance structural resin), 바람직하게는 높은 열 성능 구조적 수지를 포함하는, 탄소 섬유 휠.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 열 성능 구조적 수지는 에폭시, 비스말레이미드, 폴리이미드, 벤즈옥사진, 페놀류, 시아네이트 에스테르, 폴리우레탄, 또는 폴리에스테르 기반 수지들로부터 선택되는, 탄소 섬유 휠.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 수지는 바람직하게는 에폭시, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 비닐에스테르 기반 수지들로부터 선택되는, 구조적 수지를 포함하는, 탄소 섬유 휠.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택된 섬유 레이업은 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 파라-아라미드 섬유, 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유, 알루미늄화 유리 섬유 등으로부터 선택되는 적어도 하나의 섬유로 형성되는, 탄소 섬유 휠.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페이셔 레이어는 상기 제 2 수지가 주입되는 탄소 섬유 레이업을 포함하는 제 2 섬유 복합 조성물로 형성되는, 탄소 섬유 휠.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페이셔 레이어 아래에 윤곽(contour) 또는 피처(feature)를 제공하도록 구성되는 상기 휠 바디의 상기 바깥쪽 표면에 부착된 적어도 하나의 솔리드 인서트(solid insert)를 더 포함하는, 탄소 섬유 휠.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 솔리드 인서트는 충전제 조성물, 바람직하게는 유리 마이크로스피어(glass microsphere) 충전 에폭시 수지 바디 또는 틱소트로피(thixotropic) 충전 에폭시 수지 바디를 포함하는, 탄소 섬유 휠.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페이셔 레이어는 형상화되고 윤곽이 있는 바깥쪽 페이스로 구성되는, 탄소 섬유 휠.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페이셔 레이어는 상기 휠 바디의 상기 바깥쪽 측면의 상기 페이스 부분, 또는 상기 휠 바디의 상기 바깥쪽 측면의 상기 림 부분의 적어도 일부 중 적어도 하나에 부착되는, 탄소 섬유 휠.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페이셔 레이어는,
    상기 휠 바디의 상기 바깥쪽 측면의 상기 페이스 부분의 전체 표면; 또는
    상기 휠 바디의 상기 바깥쪽 측면의 상기 페이스 부분의 전체 표면과 상기 림 부분의 일부 중 적어도 하나를 덮어 가리도록 구성되는, 탄소 섬유 휠.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페이셔 레이어는 상기 휠 바디의 상기 바깥쪽 측면의 상기 페이스 부분 및 선택적으로 상기 림 부분의 일 섹션 위에 놓이는 적어도 하나의 섬유 레이어를 포함하는, 탄소 섬유 휠.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 휠 바디의 상기 허브는 중심축을 중심으로 대체로 원형인 형상이고 적어도 하나의 리세스를 포함하며, 상기 페이셔 레이어는 협력하는 형상 및 적어도 하나의 리세스로 구성되는, 탄소 섬유 휠.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 휠 바디의 상기 연결 구조체는 일련의 환형으로 이격된 스포크들을 포함하며, 상기 페이셔 레이어는 협력하는 일련의 환형으로 이격된 스포크들을 포함하는, 탄소 섬유 휠.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 스포크들은 상기 허브로부터 상기 림 부분을 향해 내측으로 테이퍼지거나 경사지는 세장형 바디를 포함하며, 상기 페이셔 레이어는 협력하는 형상으로 구성되는, 탄소 섬유 휠.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 수지의 심미적으로 허용 가능한 경화 색상은 실질적으로 클리어(clear), 투명(transparent), 반투명(translucent), 글래시(glassy) 또는 펠루시드(pellucid) 중 적어도 하나인, 탄소 섬유 휠.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페이셔 레이어는 150 내지 300 gsm의 탄소 섬유 플라이(ply), 바람직하게는 200 내지 250 gsm의 탄소 섬유 플라이를 포함하는, 탄소 섬유 휠.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페이셔 레이어는 평직 플라이(plain weave) 또는 능직 플라이(twill weave) 중 적어도 하나를 포함하는, 탄소 섬유 휠.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페이셔 레이어는 100 내지 800 미크론, 바람직하게는 200 내지 750 미크론, 보다 바람직하게는 450 내지 750 미크론의 두께를 갖는, 탄소 섬유 휠.
  27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몰딩된 휠 바디의 상기 림 부분은 내주면(inner circumferential surface)을 포함하며, 상기 내주면은 상기 제 2 수지를 포함하는 수지 커버 레이어를 포함하고 상기 휠 바디의 상기 내주면과 협력하는 구성을 갖는, 탄소 섬유 휠.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 수지 커버 레이어는 100 내지 800 미크론, 바람직하게는 200 내지 500 미크론, 보다 바람직하게는 500 미크론 미만의 두께로 몰딩되는, 탄소 섬유 휠.
  29. 탄소 섬유 휠을 형성하는 방법에 있어서,
    제 1 수지가 주입되는 제 1 탄소 섬유 레이업을 포함하는 제 1 탄소 섬유 복합 조성물로부터 몰딩된 휠 바디를 형성하는 단계 - 상기 몰딩된 휠 바디는 림 부분과 페이스 부분을 포함하고, 상기 림 부분은 타이어를 수용하여 안착시키도록 구성되는 환형 구조체를 포함하고, 상기 페이스 부분은 상기 휠을 상기 차량에 고정시키도록 구성되는 허브 및 상기 허브와 상기 림 사이에서 연장되어 이들을 상호 연결하는 연결 구조체를 포함하고, 상기 휠 바디는 차량의 휠 마운트를 향하도록 구성되는 안쪽 측면 및 차량의 휠 마운트에 연결되는 경우 외측을 향하도록 구성되는 바깥쪽 측면을 구비함 -;
    제 2 수지가 주입되는 선택된 섬유 레이업을 포함하는 제 2 섬유 복합 조성물로부터 상기 몰딩된 휠 바디의 상기 바깥쪽 측면 상에 페이셔 레이어를 형성하는 단계 - 상기 선택된 섬유 레이업은 상기 몰딩된 휠 바디의 상기 바깥쪽 측면의 상기 페이스 부분의 적어도 일부를 덮는 적어도 하나의 섬유 레이어를 포함하고, 상기 선택된 섬유 레이업은 상기 휠 바디의 바깥쪽 측면과 협력하는 구성을 가짐 -
    를 포함하는, 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 페이셔 레이어는 상기 제 2 섬유 복합 조성물을, 상기 몰딩된 휠 바디의 상기 바깥쪽 측면의 상기 페이스 부분의 적어도 일부 상에 오버몰딩하는 것에 의해 상기 몰딩된 휠 바디의 상기 바깥쪽 측면 상에 형성되는, 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 페이셔 레이어는 RTM(Resin Transfer Molded) 공정을 사용하여 상기 몰딩된 휠 바디의 상기 바깥쪽 측면 상에 오버몰딩되는, 방법.
  32. 제 29 항, 제 30 항 또는 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페이셔 레이어는 상기 휠 바디의 상기 바깥쪽 측면의 상기 페이스 부분 및 상기 림 부분의 적어도 일부 상에 형성되는, 방법.
  33. 제 29 항에 있어서,
    상기 페이셔 레이어는 상기 휠 바디의 상기 바깥쪽 측면과 협력하는 구성을 갖는 협력적 형상의 몰딩된 바디를 포함하며, 상기 페이셔 레이어는 접착제를 사용하여 상기 몰딩된 휠 바디의 상기 바깥쪽 측면의 상기 페이스 부분 및 상기 림 부분의 적어도 일부에 부착되는, 방법.
  34. 제 29 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 수지 및 상기 제 2 수지는 불포화 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리비닐 에스테르, 에폭시, 열경화성 수지, 열가소성 수지 또는 이들의 조합을 기반으로 하는, 방법.
  35. 제 29 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 수지는 상기 제 2 수지와 조성이 다른, 방법.
  36. 제 29 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 수지는 심미적으로 허용 가능한 경화 색상을 갖는, 방법.
  37. 제 29 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 수지는 UV 내성 수지를 포함하는, 방법.
  38. 제 29 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 수지는 열 성능 구조적 수지, 바람직하게는 높은 열 성능 구조적 수지를 포함하는, 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 열 성능 구조적 수지는 에폭시, 비스말레이미드, 폴리이미드, 벤즈옥사진, 페놀, 시아네이트 에스테르, 폴리우레탄 또는 폴리에스테르계 수지 중 적어도 하나 중에서 선택되는, 방법.
  40. 제 29 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 수지는 바람직하게는 에폭시, 폴리우레탄, 폴리에스테르 또는 비닐에스테르계 수지 중 적어도 하나로부터 선택되는 구조적 수지를 포함하는, 방법.
  41. 제 29 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택된 섬유 레이업은 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 파라-아라미드 섬유, 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유, 알루미늄화 유리 섬유 등으로부터 선택되는 적어도 하나의 섬유로 형성되는, 방법.
  42. 제 29 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페이셔 레이어는 상기 제 2 수지가 주입되는 탄소 섬유 레이업을 포함하는 제 2 섬유 복합 조성물로 형성되는, 방법.
  43. 제 29 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    오버몰딩하기 전의 단계에서 열경화성 분말 결합제가 상기 선택된 섬유 레이업에 적용되는, 방법.
  44. 제 29 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몰딩된 휠 바디 및 상기 페이셔 레이어는 수지 트랜스퍼 몰딩(resin transfer moulding) 공정을 사용하여 형성되는, 방법.
  45. 제 29 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 탄소 섬유 레이업 또는 선택된 섬유 레이업 중 적어도 하나는 프리프레그들, 세미-프레그들, 직포 또는 부직포, 매트들, 프리폼들, 사전-고화된 프리폼들, 개별 또는 그룹들의 섬유들, 토우들 또는 토우-프레그들 중 적어도 하나로서 제공되는, 방법.
  46. 제 29 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택된 섬유 레이업은 150 내지 300 gsm의 탄소 섬유 플라이, 바람직하게는 200 내지 250 gsm의 탄소 섬유 플라이, 보다 바람직하게는 220 gsm의 능직 플라이를 포함하는, 방법.
  47. 제 29 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페이셔 레이어는 100 내지 800 미크론, 바람직하게는 200 내지 450 미크론의 두께로 몰딩되는, 방법.
  48. 제 29 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몰딩된 휠 바디의 상기 림 부분은 내주면을 포함하며,
    상기 휠 바디의 상기 내주면과 협력하는 구성을 갖는 상기 제 2 수지로 상기 몰딩된 휠 바디의 상기 내주면 상에 수지 커버 레이어를 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  49. 제 48 항에 있어서,
    상기 수지 커버 레이어는 수지 트랜스퍼 몰딩(RTM) 공정을 사용하여 상기 몰딩된 휠 바디의 상기 바깥쪽 측면 상에 오버몰딩되는, 방법.
  50. 제 48 항 또는 제 49 항에 있어서,
    상기 수지 커버 레이어는 100 내지 800 미크론, 바람직하게는 200 내지 450 미크론, 보다 바람직하게는 500 미크론 미만의 두께로 몰딩되는, 방법.
  51. 제 29 항 내지 제50 항 중 어느 한 항에 따른 공정으로 형성되는 탄소 섬유 휠.
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