KR20240050542A - 자동차용 샌드위치 패널, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 자동차 배터리팩 상부커버 - Google Patents

자동차용 샌드위치 패널, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 자동차 배터리팩 상부커버 Download PDF

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노상현
장석
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유다영
최현진
김도형
정찬호
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Abstract

본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널은 코어층, 표면층 및 접착층을 포함하고, 상기 코어층에 유리 섬유 및 열가소성 수지를 적절한 함량으로 포함함으로써, 최적의 중량 및 두께를 구현함으로써, 굴곡 성능, 연소성 등이 우수한 효과를 가진다. 그러므로, 발화 시 불연층인 화염 차단층을 형성함으로써, 화염이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

Description

자동차용 샌드위치 패널, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 자동차 배터리팩 상부커버{SANDWICH PANEL FOR AUTOMOBILE, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND AUTOMOBILE BATTERY PACK UPPER COVER COMPRISING THE SAME}
본 발명은 자동차용 샌드위치 패널, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 자동차 배터리팩 상부커버에 관한 것이다.
기존 자동차 배터리팩 상부커버는 크게 Steel과 열경화성 수지 기반 복합소재를 적용 중에 있다. 자동차 배터리팩 상부커버로 가장 일반적으로 사용 중인 Steel은 단위 중량이 4.7kg/m2 이상으로 고중량이며 얇은 두께로 인해 구조 강성이 낮아서 화재 시 휨이 발생하여 틈새로 화염이 노출될 수 있는 단점이 있다. 열경화성 수지는 경량화가 가능하나 전자차 차폐성능을 위해서는 별도의 차폐층을 적용하거나 탄소섬유를 사용해야 하며, 내화 성능 확보를 위한 무기물 처방 시 중량이 증가하는 단점이 있다.
높은 구조 강성과 우수한 내화 성능을 가지는 샌드위치 구조의 소재는 대표적으로 HDPE foam 기반 알루미늄 복합패널이 있다. 상기 복합패널은 주로 건축 외장재 용도로 널리 적용 중인데, 일반적인 HDPE foam 심재 적용 시 준불연 이상 등급 확보가 힘들기때문에 무기물 첨가를 통해서만 준불연 등급 이상 내화성능 확보가 가능하다. 무기물 첨가 시 단위 중량이 기존 Steel 이상으로 상승하기 때문에 자동차 배터리팩 상부커버로 적합하지 않다.
대한민국 공개특허공보 제10-10-2017-0140111호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 화재 시 코팅층의 두께 팽창으로 유리 섬유 기반의 화염 차단층이 형성됨으로써 배터리팩 내 화재가 외부로 노출되지 않도록 하여, 승객 대피 필요 시간인 5분 이상을 확보하는데 그 목적이 있다.
또한 기존 배터리팩 상부커버 소재인 Steel 대비 30% 경량화하여 전비 향상이 가능한 배터리팩 상부커버를 개발하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널은 시트 형태이고, 유리 섬유 및 열가소성 수지를 포함하는 코어층, 상기 코어층의 적어도 일면 상에 위치하는 표면층, 및 상기 코어층와 표면층를 접착하는 접착층을 포함할 수 있다.
상기 열가소성 수지는 상기 유리 섬유의 표면을 감싸고 있는 것일 수 있다.
상기 코어층은 발화 시, 열가소성 수지가 탄화하여, 불연층으로 변형되는 것일 수 있다.
상기 코어층은 발화 시, 상기 샌드위치 패널의 두께 방향으로 200% 이상 팽창하는 것일 수 있다.
상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아미드, 폴리페닐렌설파이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 코어층은 상기 코어층 전체 중량을 기준으로, 상기 유리 섬유 40중량% 내지 60중량% 및 상기 열가소성 수지 40중량% 내지 60중량%를 포함할 수 있다.
상기 코어층의 면 중량은 0.6kg/m2 내지 1.0kg/m2일 수 있다.
상기 코어층의 두께는 0.8mm 내지 1.2mm일 수 있다.
상기 표면층은 알루미늄, 철, 스테인레스강(SUS), 마그네슘, 전기아연도금강판(EGI), 용융아연도금강판(GI) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 표면층의 두께는 0.4mm 내지 0.6mm일 수 있다.
상기 접착층은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 비정질 폴리알파올레핀 접착제 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 접착층의 두께는 50μm 내지 100μm일 수 있다.
상기 자동차용 샌드위치 패널은 두께가 1.25mm 내지 2.4mm일 수 있다.
상기 자동차용 샌드위치 패널은 중량이 2.8kg/m2 내지 3.5kg/m2일 수 있다
그리고 본 발명에 따른 자동차 배터리팩 상부커버는 본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널을 포함하는 것일 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널의 제조방법은 유리 섬유 및 열가소성 수지를 혼합하여 혼합 섬유를 얻는 단계; 상기 혼합 섬유를 카딩하고, 니들펀칭하여 얻은 기재를 포함하는 코어층을 얻는 단계; 상기 코어층의 일면 상에 접착층을 형성하는 단계; 및 상기 접착층 상에 표면층을 형성하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널은 화재 안전성이 향상되어, 자동차 배터리팩 상부커버에 적용시 내화성능을 향상시켜 화재 시 승객 대피시간 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널은 조립 편의성이 증대하여 기존 배터리팩 상부커버 소재인 Steel 대비 구조 강성 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널은 안정성이 향상되어 부품간 간섭 최소화 및 단열성능 향상으로 외부 온도변화 영향 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널은 약 30%의 부품 경량화를 통한 전비가 개선되어, 전기자동차 배터리에 적용 시 주행거리를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널을 간략히 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널의 난연 기능을 간략히 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널의 제조방법에 대해 간락히 도시한 순서도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널을 간략히 도시한 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널(1)은 코어층(10), 표면층(30) 및 접착층(20)을 포함할 수 있다.
이하 상기 각 성분에 대해 구체적으로 설명한다.
(a) 코어층
본 발명에 따른 코어층(10)은 시트 형태일 수 있다. 상기 시트 형태는 부직포, 웹, 직물 등일 수 있고, 바람직하게는 부직포일 수 있다. 상기 부직포는 자연 기공이 포함되어, 통기성이 양호해지고, 경량화를 향상시킬 수 있다. 섬유들이 서로 엉키면서 형성된 자연 기공을 가지기 때문에, 발포제와 같은 첨가제에 의해 인위적으로 기공을 형성하는 경우와 달리 비발포성 코어이다. 따라서, 제조비용을 절감할 수 있으며, 발포 공정을 생략할 수 있어 공정 효율도 높일 수 있다. 그러므로, 종래의 열가소성 또는 열경화성 발포 수지에 대비하여 성형성 및 가공성이 향상될 수 있다.
상기 코어층(10)은 유리 섬유(11) 및 열가소성 수지(12)를 포함하는 것일 수 있다.
상기 유리 섬유(10)는 난연성 성질을 가지는 것으로, 불이 붙어도 타지 않고 견디는 성질이 우수한 섬유 또는 그러한 성질을 갖도록 가공된 것일 수 있다. 상기 코어층(10)에 유리 섬유(11)가 포함됨으로써, 화재 발생시 발화 이후에도 코어층의 수축이나 용융이 미미한 효과를 가질 수 있으며, 불에 잘 타지 않는 우수한 난연 성능을 확보할 수 있다.
상기 열가소성 수지(thermoplastic resin)(12)는 열을 가하여 성형한 뒤에도 다시 열을 가하면 형태를 변형시킬 수 있는 수지일 수 있다. 열경화성 수지 대비 코어층 내 열가소성 수지를 포함함으로써, 신율이 우수하여 성형성이 우수할 수 있다. 또한 판재 상태에서 다시 열을 가하여 성형하는 것뿐만 아니라 냉간 성형 시에도 성형성이 우수하며, 열경화성 수지 대비 원재료 가격이 낮은 장점이 있다.
상기 열가소성 수지(12)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아미드, 폴리페닐렌설파이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 폴리프로필렌일 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 열가소성 수지(12)는 상기 유리 섬유(11)의 표면을 감싸고 있는 것일 수 있다. 구체적으로, 유리 섬유(11)의 표면에 열가소성 수지(12)가 도포된 형상일 수 있다. 또한, 열가소성 수지(12)는 유리 섬유(11)끼리 만나는 교차점에서는 섬유에 비해 더 rich하게 분포할 수 있다. 상기 형상을 통해 상기 코어층(10)은 발화 시, 열가소성 수지(12)가 탄화하여, 불연층으로 변형될 수 있다. 상기 코어층(10)은 불연층으로 변형됨으로써 유리 섬유 단일층을 형성하게 되는데, 유리 섬유는 난연성이므로 화염이 배터리백 외부로 유출되는 것을 방지하여 화재 시 승객 대피 시간을 확보할 수 있다.
또한, 상기 코어층(10)은 발화 시, 상기 샌드위치 패널의 두께 방향으로 200% 이상 팽창하는 것일 수 있다. 팽창하여 패널의 두께가 증가하면, 패널의 휨을 억제함으로써 구조의 강성을 향상시킬 수 있다.
상기 코어층(10)은 상기 코어층 전체 중량을 기준으로, 상기 유리 섬유 40중량% 내지 60중량% 및 상기 열가소성 수지 40중량% 내지 60중량%를 포함할 수 있다. 상기 유리 섬유의 함량이 40중량% 미만일 경우, 내화 시 천공이 발생하여 본 발명의 효과를 도출할 수 없다. 상기 유리 섬유의 함량이 60중량% 초과일 경우, 유리 섬유의 결합력 부족으로 샌드위치 구조가 붕괴되어 굴곡 강성이 저하될 수 있다.
상기 코어층(10)의 면 중량은 0.6kg/m2 내지 1.0kg/m2일 수 있다. 종래에는 코어층 소재로 HDPE foam을 사용하였는데, 준불연 이상 등급 확보가 힘들기 때문에 무기물 첨가를 통해서만 준불연 등급 이상 내화성능 확보가 가능하였다. 그러나, 무기물을 첨가할 시 면중량이 기존 steel 이상 상승하는 문제점이 있었다.
본 발명의 코어층(10)의 면 중량은 0.6kg/m2 내지 1.0kg/m2로, 종래 대비 30% 이상 경량화가 가능할 수 있다. 상기 코어층의 면중량이 0.6kg/m2 미만일 경우, 코어층의 강성이 저하되고, 코어층의 밀도가 감소하여 내화 성능이 저하하여 천공이 발생할 수 있다. 상기 코어층의 면중량이 1.0kg/m2 초과할 경우, 경량화 기준을 만족하지 못하고, 제품의 적절한 두께 확보가 불가능한 문제가 생길 수 있다.
상기 코어층(10)의 두께는 0.8mm 내지 1.2mm로, 종래 대비 50% 이상 경량화가 가능할 수 있다. 상기 코어층의 두께가 0.8mm 미만일 경우, 구조적 강성이 감소하기 때문에 굴곡 물성의 최대 하중 저하와, 처짐량 증가의 문제가 생길 수 있다. 상기 코어층의 두께가 1.2mm 초과일 경우, 코어층 중량이 낮으면, 굴곡 물성 저하가 발생하거나, 접합 강도가 낮을 수 있고, 코어층 중량이 높으면 경량화 기준을 만족하지 못하는 문제가 생길 수 있다.
즉, 본 발명의 코어층(10)은 상기 면 중량 및 두께를 통해, 전비 향상에 매우 효과적이다.
(b) 표면층
본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널은 상기 코어층(10)의 적어도 일면 상에 위치하는 표면층(30)을 포함할 수 있다.
상기 표면층(30)은 금속 재질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄, 철, 스테인레스강(SUS), 마그네슘, 전기아연도금강판(EGI), 용융아연도금강판(GI) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 알루미늄일 수 있다.
상기 표면층(30)의 두께는 0.4mm 내지 0.6mm일 수 있다. 상기 표면층의 두께가 0.4mm 미만일 경우, 소재 자체의 표면 강성이나 충격 강도, 내덴트 성능의 물성 저하 문제가 생길 수 있다. 상기 표면층의 두께가 0.6mm 초과일 경우, 경량화 기준을 만족 못하거나 제조 원재료 비용이 많이 상승하는 문제가 생길 수 있다.
(c) 접착층
본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널은 상기 코어층(10)과 표면층(30)을 접착하는 접착층(20)을 포함할 수 있다. 상기 접착층(20)은 상기 코어층(10)과 표면층(30) 사이에 도포되어, 코어층(10)과 표면층(30)을 접착하는 것일 수 있다. 상기 접착층(20)은 점도를 고려하여 균일한 두께로 도포하는 것이 바람직하다.
상기 접착층(20)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 비정질 폴리알파올레핀 접착제 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 접착층(20)의 두께는 50μm 내지 100μm일 수 있다. 상기 접착층의 두께가 50μm 미만일 경우, 코어층와 표면층에 대한 박리 강도 저하가 발생하는 문제가 생길 수 있다. 상기 접착층의 두께가 100μm 초과일 경우, 화재 시 발화 및 화염 전파 역할을 할 수 있다.
본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널은 두께가 1.25mm 내지 2.4mm일 수 있고, 바람직하게는 1.8mm 내지 2.2mm일 수 있다.
본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널은 중량이 2.8kg/m2 내지 3.5kg/m2일 수 있다.
본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널은 난연 성능을 가진다. 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널의 난연 기능을 간략히 도시한 것이다. 상기 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널의 외부에 화재가 발생 하게 되면, 열가소성 수지가 용융되면서 유리 섬유의 탄성에 의해 샌드위치 패널의 두께 방향으로 팽창하게 된다. 이 후, 열가소성 수지가 탄화되어 유리 섬유 단일층인 불연층이 형성되고, 이에 따른 단열 효과에 의하여 화염의 전파가 억제된다. 즉, 패널의 두께가 증가하게 되어, 구조 강성이 향상되고, 휨 현상의 발생이 억제될 수 있다.
다른 관점에서, 본 발명은 상술한 자동차용 샌드위치 패널을 포함하는 자동차 배터리팩 상부커버에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널의 제조방법에 대해 상세하게 설명한다. 상기 제조방법에서, 코어층, 표면층 및 접착층에 관한 구성은 상기 자동차용 샌드위치 패널에서 전술한 것과 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널의 제조방법에 대해 간락히 도시한 순서도이다. 상기 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널의 제조방법은 유리 섬유 및 열가소성 수지를 혼합하여 혼합 섬유를 얻는 단계(S100), 상기 혼합 섬유를 카딩하고, 니들펀칭하여 얻은 기재를 포함하는 코어층을 얻는 단계(S200), 상기 코어층의 일면 상에 접착층을 형성하는 단계(S300), 및 상기 접착층 상에 표면층을 형성하는 단계(S400)를 포함하는 것일 수 있다.
먼저, S100 단계는 유리 섬유 및 열가소성 수지를 혼합하여 혼합 섬유를 얻는 단계이다.
상기 S100 단계는 유리 섬유의 표면에 열가소성 수지를 도포함으로써, 혼헙 섬유를 얻을 수 있다. 구체적으로, 코어층 제작 시 열과 압력을 가해 보드화 하는데, 유리섬유와 열가소성 수지가 혼합되어 있는 상태로 원재료를 준비하고, 열과 압력을 가하게 되면 열가소성 수지가 유리섬유에 도포되게 된다.
이를 통해, 유리 섬유끼리 만나는 교차점에 열가소성 수지가 rich하게 분포될 수 있다.
다음으로, S200 단계는 상기 혼합 섬유를 카딩하고, 니들펀칭하여 얻은 기재를 포함하는 코어층을 얻는 단계이다.
상기 카딩은 당 업계에서 사용하는 카딩 공정이면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 니들펀칭은 일반적으로 상기 혼합 섬유를 1 내지 5의 횟수로 수행하여 기재를 얻을 수 있다. 상기 횟수가 너무 낮을 경우, 섬유간의 물리적 결합력이 저하된다. 상기 횟수가 너무 많은 경우, 섬유가 파괴되어 물성에 문제가 생길 수 있다.
상기 기재는 부직포일 수 있다.
상기 기재를 온도가 180℃ 내지 220℃이고, 압력이 3Bar 내지 7Bar에서 5분 내지 15분동안 프레스로 가압 및 가열할 수 있다. 이 후, 압력이 3Bar 내지 7Bar에서 3분 내지 8분동안 콜드 프레스하여 코어층을 얻을 수 있다.
다음으로, S300 단계는 상기 코어층의 일면 상에 접착층을 형성하는 단계이다.
상기 S300 단계는 상기 코어층의 일면 상에 접착층을 형성하는 단계이다.
상기 S300 단계는 상기 코어층의 일면 상에 전술한 접착층을 도포하여 형성할 수 있다. 상기 도포는 다이 코팅법, 그라비아 코팅법, 나이프 코팅법 또는 스프레이 코팅법 중 선택된 방법을 이용할 수 있다.
마지막으로, S400 단계는 상기 접착층 상에 표면층을 형성하는 단계이다.
상기 S400 단계는 광경화 방법, 열경화 방법 및 열압착 방법 중 선택된 방법을 이용할 수 있다.
상기 제조방법은 상기 코어층, 접착층 및 표면층을 포함하는 적층물을 라미네이션하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 라미네이션은 온도가 100℃ 내지 150℃이고, 압력이 3Bar 내지 7Bar에서 3분 내지 8분동안 프레스로 가열할 수 있다. 이 후, 압력이 3Bar 내지 7Bar에서 2분 내지 7분동안 쿨링하여 자동차용 샌드위치 패널을 얻을 수 있다.
이하, 하기 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4
실시예 1
유리 섬유(glass) 및 열가소성 수지인 폴리프로필렌 섬유를 4:6으로 혼합하여 혼합 섬유를 제조하였다. 이후 상기 혼합 섬유를 카딩한 후, 니들 펀칭 머신에 1~2회 정도 섬유끼리 결합을 시켜주고 이를 열압착하여 0.8mm~1.2mm 두께의 코어층을 얻는다. 상기 코어층과 0.4mm 두께의 알루미늄 시트인 표면층, 및 폴리올레핀계열의 50㎛~100㎛ 두께의 접착층을 적층하고, 이를 프레스로 압착한다. 최종적으로, 최종 두께가 2.0mm인 자동차용 샌드위치 패널을 얻었다.
실시예 2
유리 섬유 및 열가소성 수지인 폴리프로필렌 섬유를 5:5로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차용 샌드위치 패널을 얻었다.
실시예 3
유리 섬유 및 열가소성 수지인 폴리프로필렌 섬유를 6:4로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차용 샌드위치 패널을 얻었다.
실시예 4
표면층의 두께가 0.5mm인 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 자동차용 샌드위치 패널을 얻었다.
비교예 1
Steel로, 상기 Steel은 인장강도 270MPa계열의 두께 0.6mm 강판이다.
(현대제철이나 포스코와 같은 제철 회사로 공급 받는 제품임)
비교예 2
일반적으로 건축용에 사용되는 건축용 복합패널로, 건축 패널 제조회사에서 Roll-to-sheet 형태로 제작하며, 심재를 HDPE 30wt% + Mineral (Aluminum tri hydroxide) 70wt% 비율로 압출하여 상하부 스킨층에 접착제를 더해 제조한 패널이다.
비교예 3
유리 섬유 및 열가소성 수지인 폴리프로필렌 섬유를 3.5:6.5로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차용 샌드위치 패널을 얻었다.
비교예 4
유리 섬유 및 열가소성 수지인 폴리프로필렌 섬유를 6.5:3.5로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차용 샌드위치 패널을 얻었다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 자동차용 샌드위치 패널에 대하여, 하기와 같은 중량(ASTM D3776에 준함) 및 두께로 제조하였다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
면 중량(kg/m2) 3.0 3.0 3.0 3.5 4.7 6.0 3.0 3.0
패널 중량(kg) 7.6 7.6 7.6 8.9 13.1 15.2 7.6 7.6
패널 두께(mm) 2.0 2.0 2.0 2.0 0.6
(패널X)		 3.0 2.0 2.0
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 4 및 비교예 3 및 4의 최종 두께는 2.0mm이고, 비교예 1은 0.6mm 스틸, 비교예2는 3.0mm 복합패널이다.
실험예 1: 굴곡 성능 비교
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 자동차용 샌드위치 패널에 대하여, 최대 하중 및 굴곡 강성을 측정하였다. 그 결과는 표 2와 같다.
[시험 방법]
- 최대 하중 측정 방법: ASTM C393 (시편 크기 200*50 mm, 측정 속도 6 mm/min, Span 150 mm)
- 굴곡 강성 측정 방법: 하중 인가 후 처짐량 측정 (시편 크기 250*75 mm, 인가 하중 1.8 kg, Span 200 mm)
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
최대 하중(N) 159 148 141 172 37 201 128 97
처짐량 (mm) 1.0 1.0 1.2 0.8 11.1 0.5 0.9 4.1
상기 표 2를 참조하면, 종래기술인 비교예 1 대비 실시예 1 내지 4는 최대하중 및 처짐량이 우수한 것을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 3, 4의 경우, 유리 섬유 함량이 40중량% 또는 60중량%를 초과하므로, 기계적 물성의 저하가 발생함을 확인할 수 있다.
실험예 2: 연소성 비교
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 자동차용 샌드위치 패널에 대하여, 연소성을 측정하였다. 그 결과는 표 3과 같다. 상기 표 3의 등급은 하기의 기준에 따라 설정하였다.
[시험 방법]
- 연소성 측정 방법: UL94 vertical burning test (시편 크기 125*13 mm)
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
개별 연소시간
(초)		 14 10 0 0 0 0 15 0
전체 연소시간
(초)		 71 22 0 0 0 0 73 0
불똥맺힌 시간(초) 14 0 0 0 0 0 14 0
클램프까지연소 X X X X X X X X
탈지면 발화 X X X X X X X X
등급 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0 V-2 V-0
상기 표 3을 참조하면, 비교예 3는 유리섬유 함량이 35중량%로, 본 발명의 유리섬유 함량 범위인 40중량% 미만인 경우, 내화성능이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
실험예 3: 준불연 실험
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 자동차용 샌드위치 패널에 대하여, 준불연 실험을 하였다. 그 결과는 표 4와 같다.
- 시험 방법: ISO 5660-1 Cone Calorimeter (시편 크기 100*100 mm, 측정온도 700~800℃, 측정시간 10분)
- 준불연 (2등급) 기준: THR(Total Heat Release) 8MJ/m2 이하 (10분 동안), Peak HRR(Heat Release Rate) 10초 (200 kW/m2 초과 시간)
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
THR (600초, MJ/m2) 1.8 1.5 0.8 0.5 0 0.5 3.0 0.7
Peak HRR
(200kW/m2
초과 시간, 초)		 0 0 0 0 0 0 0 0
등급 준불연 준불연 준불연 준불연 준불연 준불연 준불연 준불연
상기 표 4를 참조하면, 모든 소재가 준불연 등급임이 확인할 수 있다.
실험예 4: 내화 실험
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 자동차용 샌드위치 패널에 대하여, 내화 실험을 하였다. 그 결과는 표 5과 같다.
- 시험 방법: 간이토치테스트 (시편 크기 200*200 mm, 시험온도 1150℃, 시험시간 600초)
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
상면 변색 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 변색 이상없음 이상없음 이상없음
하면 천공
(불꽃조사)		 천공 천공 천공 이상없음 이상없음 천공 천공 천공
내화염성 ○ ○ ○ ◎ △ △ ○ ○
내화염성 기준: ◎ - 매우 우수, ○ - 우수,
△ - 보통(화염으로 인한 소재 관통은 없으나, 소재에 데미지가 있음)
상기 표 5를 참조하면, 내화염성은 소재의 천공, 연기, 불꽃 등으로 판단되는 테스트이다. 실시예 1 내지 3은 우수하며, 특히 실시예 4는 천공, 연기, 불꽃 성능에서 매우 우수한 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 자동차용 샌드위치 패널은 코어층, 표면층 및 접착층을 포함하고, 상기 코어층에 유리 섬유 및 열가소성 수지를 적절한 함량으로 포함함으로써, 최적의 중량 및 두께를 구현함으로써, 굴곡 성능, 연소성 등이 우수한 효과를 가진다. 그러므로, 발화 시 불연층인 화염 차단층을 형성함으로써, 화염이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 자동차용 샌드위치 패널
10: 코어층
11: 유리 섬유
12: 열가소성 수지
20: 접착층
30: 표면층

Claims (20)

  1. 시트 형태이고, 유리 섬유 및 열가소성 수지를 포함하는 코어층;
    상기 코어층의 적어도 일면 상에 위치하는 표면층; 및
    상기 코어층와 표면층를 접착하는 접착층; 을 포함하는 자동차용 샌드위치 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아미드, 폴리페닐렌설파이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 자동차용 샌드위치 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는 상기 유리 섬유의 표면을 감싸고 있는 것인 자동차용 샌드위치 패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코어층은 발화 시, 열가소성 수지가 탄화하여, 불연층으로 변형되는 것인 자동차용 샌드위치 패널.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코어층은 발화 시, 상기 샌드위치 패널의 두께 방향으로 200% 이상 팽창하는 것인 자동차용 샌드위치 패널.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코어층는 상기 코어층 전체 중량을 기준으로,
    상기 유리 섬유 40중량% 내지 60중량% 및
    상기 열가소성 수지 40중량% 내지 60중량%를 포함하는 자동차용 샌드위치 패널.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코어층의 면 중량은 0.6kg/m2 내지 1.0kg/m2인 자동차용 샌드위치 패널.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코어층의 두께는 0.8mm 내지 1.2mm인 자동차용 샌드위치 패널.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 표면층은 알루미늄, 철, 스테인레스강(SUS), 마그네슘, 전기아연도금강판(EGI), 용융아연도금강판(GI) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 자동차용 샌드위치 패널.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 표면층의 두께는 0.4mm 내지 0.6mm인 자동차용 샌드위치 패널.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 접착층은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 비정질 폴리알파올레핀 접착제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 자동차용 샌드위치 패널.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 접착층의 두께는 50μm 내지 100μm인 자동차용 샌드위치 패널.
  13. 제1항에 있어서,
    두께가 1.25mm 내지 2.4mm인 자동차용 샌드위치 패널.
  14. 제1항에 있어서,
    면 중량이 2.8kg/m2 내지 3.5kg/m2인 자동차용 샌드위치 패널.
  15. 제1항의 자동차용 샌드위치 패널을 포함하는 자동차 배터리팩 상부커버.
  16. 유리 섬유 및 열가소성 수지를 혼합하여 혼합 섬유를 얻는 단계;
    상기 혼합 섬유를 카딩하고, 니들펀칭하여 얻은 기재를 포함하는 코어층을 얻는 단계;
    상기 코어층의 일면 상에 접착층을 형성하는 단계; 및
    상기 접착층 상에 표면층을 형성하는 단계; 를 포함하는 자동차용 샌드위치 패널의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 코어층은 상기 코어층 전체 중량을 기준으로,
    상기 유리 섬유40중량% 내지 60중량% 및
    상기 열가소성 수지 40중량% 내지 60중량%로 포함하는 것인 자동차용 샌드위치 패널의 제조방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 코어층의 면 중량은 0.6kg/m2 내지 1.0kg/m2인 자동차용 샌드위치 패널의 제조방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 코어층의 두께는 0.8mm 내지 1.2mm,
    상기 표면층의 두께는 0.4mm 내지 0.6mm, 및
    상기 접착층의 두께는 50μm 내지 100μm인 자동차용 샌드위치 패널의 제조방법.
  20. 제16항에 있어서,
    두께가 1.25mm 내지 2.4mm이고,
    단위 중량이 2.8kg/m2 내지 3.5kg/m2인 자동차용 샌드위치 패널의 제조방법.
KR1020220129921A 2022-10-11 2022-10-11 자동차용 샌드위치 패널, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 자동차 배터리팩 상부커버 KR20240050542A (ko)

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