KR101615162B1 - 계면 접착이 용이한 연속섬유 보강 시트백 프레임 - Google Patents

Abstract

본 발명은 계면 접착이 용이한 연속섬유 보강 시트백 프레임에 관한 것으로, 프레임본체, 상기 프레임본체의 둘레를 따라 형성된 채널, 상기 프레임본체의 일측면에 돌출된 다수의 리브를 포함하는 차량용 시트백 프레임에 있어서; 상기 프레임본체의 강도 취약부위에 보강대가 국부적으로 일체로 성형되어 하나의 몸체를 이루되, 상기 보강대는 연속섬유를 열가소성수지에 함침시킨 상태에서 프리프레그 형태로 만들고, 다수의 프리프레그를 적층하여 적층시트 형태로 형성되며, 이 적층시트를 사출금형에 인서트한 상태에서 PP, PA, PE 중에서 선택된 합성수지를 사출하여 오버몰딩하는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 계면 접착이 용이한 연속섬유 보강 시트백 프레임을 제공한다.
본 발명에 따르면, 연속섬유를 열가소성수지와 혼합하여 프리프레그 형태로 제작, 적층함으로써 기존 시트백 대비 향상된 인장강도를 확보할 수 있으며, 이를 통해 구조적으로 간단하면서도 특히, 계면에서의 접합력이 우수한 시트백 프레임을 제공할 수 있다.

Description

계면 접착이 용이한 연속섬유 보강 시트백 프레임{CONTINUOUS FIBER REIGNFORCED SEAT BACK FRAME WITH EASY INTERFACIAL BONDING}

본 발명은 계면 접착이 용이한 연속섬유 보강 시트백 프레임에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속섬유를 보강대로 한 시트백 프레임 설계를 통해 가혹한 환경에서도 충분히 견딜 수 있는 성능을 구현하면서 동시에 경량화도 달성할 수 있고, 특히 수지와 보강대 사이 계면에서의 접착력을 증대시켜 계면 분리가 일어나지 않도록 한 계면 접착이 용이한 연속섬유 보강 시트백 프레임에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 시트백(Seat Back)은 탑승자의 엉덩이를 받쳐 주는 시트 쿠션과 연결되어 탑승자의 등을 지지함으로써 편안하고 안락한 탑승환경을 제공해 주는 수단이다.

이러한 시트백은 통상 플라스틱 소재로 성형되며, 강도(Strength) 유지를 위해 도 1의 예시와 같이, 시트백 프레임(10) 상에 리브(Rib)(12) 또는 채널(Channel)(14)을 형성하고 있다.

또한, 스틸(Steel)류의 보강 브라켓이나 판상의 보강대를 사용하여 강도를 더 보강한 예도 있으나 이 경우에는 중량이 급증하므로 경쟁력 측면에서 매우 불리한 단점을 가지며, 강성 측면에서도 불리하다.

즉, 시트백 프레임의 강성(Stiffness)은 강도(Strength)와는 다른 개념으로서, 강도는 물체의 강한 정도, 다시 말해 재료에 하중이 걸린 경우 재료가 파괴되기까지의 변형저항을 의미함에 반해, 강성(Stiffness)은 재료의 딱딱한 정도 혹은 단단한 정도를 의미하는 것으로 시트백 프레임의 경우에는 감성품질까지 포함하는 개념이다.

이를 테면, 탑승자가 착좌시, 시트의 폴딩 다운시, 암레스트를 눌렀을 때에 시트백 프레임의 강성이 부족할 경우 꿀렁거림이 발생되는 것과 같은 것을 예로 들 수 있는데, 이러한 감성품질은 사람마다 다르게 느끼기 때문에 평가기준을 정량화하기는 어렵지만 이를 최소화할 필요가 있다.

따라서, 앞서 설명한 바와 같은 강도 보강을 통해 국제 성능 법규를 만족하는 제품 강도를 확보했음에도 불구하고, 이와 같은 강성 부족 현상은 여전히 발생되고 있다.

이를 해결하기 위한 방안으로, 섬유강화 열가소성수지(GMT, LFT 등)를 사용하여 시트백 프레임의 중량을 줄이면서 강도와 강성을 모두 향상시킴으로써 정적 혹은 동적 충격에너지를 흡수하여 차량의 안전 기능을 확보하려는 노력들이 경주된 바 있다.

이를 테면, 시트백 프레임과 관련하여 공개특허 제2008-100499호에는 2개의 플레이트를 샌드위치 구조로 진동 용착시켜 강도와 강성을 향상시키려는 기술이 개시되어 있고, 공개특허 제2010-0097776호에는 합성수지로 된 2개의 판재 사이에 리브를 개재시켜 접합하는 형태로 샌드위치 구조를 갖게 함으로써 경량화와 강도 및 강성 향상이라는 목적을 모두 달성하려는 기술이 개시되어 있다.

하지만, 이들은 구조 및 제조공정이 복잡하여 비용과 시간이 많이 걸리고, 경제성 측면에서도 불리하다.

이에, 보다 더 간단한 구조를 가지면서 강도를 보강할 수 있는 구조로 도 2의 예시와 같이, 스틸보강대(20)를 인서트 성형하거나 혹은 스틸보강대(20)를 볼트나 나사로 조여 고정하는 형태로 국부적인 강도 보강이 이루어진 경우도 있다.

그러나, 이 경우에는 중량이 증대되는 단점이 발생하므로 차량 연비에 악영향을 미치므로 다른 대안이 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 연속섬유를 보강대로 구현하여 가혹조건에서도 충분한 성능을 만족시키면서 동시에 경량화도 달성할 수 있는 새로운 개념의 계면 접착이 용이한 연속섬유 보강 시트백 프레임을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 프레임본체, 상기 프레임본체의 둘레를 따라 형성된 채널, 상기 프레임본체의 일측면에 돌출된 다수의 리브를 포함하는 차량용 시트백 프레임에 있어서; 상기 프레임본체의 강도 취약부위에 보강대가 국부적으로 일체로 성형되어 하나의 몸체를 이루되, 상기 보강대는 연속섬유를 열가소성수지에 함침시킨 상태에서 프리프레그 형태로 만들고, 다수의 프리프레그를 적층하여 적층시트 형태로 형성되며, 이 적층시트를 사출금형에 인서트한 상태에서 PP, PA, PE 중에서 선택된 합성수지를 사출하여 오버몰딩하는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 계면 접착이 용이한 연속섬유 보강 시트백 프레임을 제공한다.

이때, 상기 연속섬유는 유리섬유, 아라미드섬유, 카본섬유, 천연섬유, Fabri류 중에서 선택된 어느 하나인 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 보강대는 일측면 혹은 양측면에 다수의 계면접합유도돌기가 돌출 형성된 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 보강대는 일부에는 다수의 유통홀이 더 형성된 것에도 그 특징이 있다.

아울러, 상기 보강대는 일측면 혹은 양측면에 다수의 요철형 딤플이 다수 형성되어 표면 거칠기를 증대시킨 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 보강대를 구성하는 프리프레그 다수매가 적층되어 적층시트를 이룰 때, 상기 적층시트는 다수매의 프리프레그 테이프가 0도-90도-0도-90도, 0도-90도-90도-0도, 0도-0도-0도-0도, 45도-45도-45도-45도, 0도-45도-45도-0도 중 어느 하나의 형태로 적층 형성되는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 연속섬유를 열가소성수지와 혼합하여 프리프레그 형태로 제작, 적층함으로써 기존 시트백 대비 향상된 인장강도를 확보할 수 있으며, 이를 통해 구조적으로 간단하면서도 특히, 계면에서의 접합력이 우수한 시트백 프레임을 제공할 수 있다.

도 1은 종래 시트백 프레임의 예시도이다.
도 2는 종래 시트백 프레임의 다른 예를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연속섬유 보강 시트백 프레임의 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 연속섬유 보강 시트백 프레임에 보강되는 보강대의 구조를 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 보강대를 구성하기 위한 프리프레그 테이프의 적층예를 보인 예시도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 계면 접착이 용이한 구조를 갖는 연속섬유 보강 시트백 프레임은 프레임본체(100) 및 상기 프레임본체(100)에 국부적으로 보강된 보강대(200)를 포함하여 구성된다.

즉, 상기 보강대(200)는 강도 취약 부위에 국부적으로 덧대어진 형태로 프레임본체(100)와 동시에 일체 성형되어 한 몸체를 이루도록 구성된다.

본 발명은 일정길이로 잘라진 단섬유 형태 혹은 장섬유 형태의 유리섬유를 임의방향 또는 일정방향으로 우번(Woven) 또는 넌우번(Non-Woven) 형태로 직조되거나 직접 매트릭스에 해당하는 레진에 혼합하는 기존 방식과 달리 연속섬유 이용하되, 그 특성을 극대화시키기 위해 프리프레그(Prepreg) 타입의 원소재를 여러장 적층하여 보강한 것에 가장 큰 특징이 있다.

다시 말해, 연속섬유를 열가소성수지와 혼합하여 프리프레그 형태로 만들고, 이를 다수매 적층하여 프리폼드(Preformed)를 통해 시트 구조물의 보강대를 구성한 다음, 이를 금형안에 인서트하여 플라스틱 시트 구조물을 제작하도록 하였으며, 계면, 즉 수지와 보강대 사이의 계면에서의 접착력을 높이기 위해 도 4와 같이 보강대(200)의 프로파일을 다양하게 구성하였다.

이때, 상기 연속섬유는 유리섬유, 아라미드섬유, 카본섬유 또는 천연섬유를 포함한 섬유류 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

또한, 상기 연속섬유에 혼합되는 열가소성수지의 경우에도 폴리프로필렌수지 뿐만 아니라, PA, PE가 될 수 있으며, 보강대(200)가 오버몰드 기법으로 성형될 수 있다.

이 경우, 상기 프레임본체(100)는 통상적인 GMT 또는 LFT가 될 수 있으나, 이에 국한되지 않고 상술한 PP, PA, PE 중 어느 하나가 될 수도 있다.

아울러, 도 4와 같은 프리프레그 형태의 보강대(200)는 열가소성수지와 계면에서의 분리를 완벽하게 차단하기 위해 일측면 혹은 양측면에 다수의 계면접합유도돌기(R1,R2)를 구비할 수 있다.

이렇게 되면, 상기 계면접합유도돌기(R1,R2)가 일종의 쐐기, 즉 앵커 역할을 하게 되므로 계면 분리 현상을 억제하고 보다 강력한 접합기능을 유지할 수 있게 된다.

특히, 상기 보강대(200)는 프리프레그 형태에서 프로폼드 가공되어야 하므로 다양한 형상, 예컨대 'ㄷ' 채널형, 'I' 채널형, 원통형, 사각통형, 'ㅗ'형, 'U'형, '∩'형을 포함한 여러 형상이 가능하고, 일부에는 다수의 유통홀(H1,H2)을 천공형성하여 수지의 흐름성을 좋게 함으로써 사출금형에서 인서트 성형시 원활한 성형성을 확보하도록 하여야 한다.

뿐만 아니라, 상기 보강대(200)는 계면에서의 접합 기능 강화를 위해 쐐기 구조를 이루는 계면접합유도돌기(R1,R2) 대신에 요철을 형성하는 다수의 딤플(Dimple)(D1,D2)을 보강대(200)의 안밖에 요철 형태로 형성할 수 있는데, 이는 거칠기를 증대시켜 마찰력이 높아지게 함으로써 계면에서의 분리 가능성을 차단하도록 하는 구조이다.

한편, 상기 보강대(200)는 도 5에서와 같이, 연속섬유를 열가소성수지에 함침시킨 다음 얇은 프리프레그 타입으로 만들고, 이를 UD(Unidirectional) 테이프(T)로 권취한 다음, 광폭 시트(S)로 라미네이트한 후 요구되는 물성에 따라 적층 구조를 달리하여 원하는 물성을 달성하도록 적층시트(A)를 만든다.

그런 다음, 원하는 모양의 보강대로 가공한 다음 사출금형에 인서트한 상태에서 PP, PA, PE 등의 합성수지를 사출하여 오버몰딩시킴으로써 도 3의 도시와 같은 형태로 국부적으로 강도가 강화된 시트백 프레임을 구현할 수 있게 된다.

이 경우, 반드시 상기 합성수지로 한정될 필요는 없고, GMT와 일체 성형을 통해 보강 구조를 가질 수도 있다.

또한, 상기 적층시트(A)를 만들기 위한 프리프레그 구현시 사용되는 연속섬유는 유리섬유, 아라미드섬유, 카본섬유, 천연섬유, Fabri류 등 여러 종류의 것이 사용될 수 있는 바, 이는 원하는 물성에 맞춰 선택 사용할 수 있다.

뿐만 아니라, 합성수지의 경우에도 상술한 예로 한정될 필요는 없으며, 다양한 재료 사용이 가능하다.

특히, 프리프레그를 적층할 때 부품의 특성과 성능시험시 거동 등을 고려하여 단방향 연속섬유인 UD 테이프(T)를 0도-90도-0도-90도, 0도-90도-90도-0도, 0도-0도-0도-0도, 45도-45도-45도-45도, 0도-45도-45도-0도, ........ 등과 같이, 다양한 형태로 적층할 수 있다.

무엇보다도, 본 발명에서는 충분한 인장강도를 확보하기 위해, 기존 자동차 소재로 많이 사용되던 단섬유(일정길이 잘려진 섬유)들이 임의의 방향 또는 일정방향에 따라 직포 또는 부직포 형태로 제작된 후 수지와 혼합하여 사용하였던 것과 달리 연속섬유를 이용하여 프리프레그 형태로 만들고, 이를 적층하여 보강토록 구성한 것이 주된 개념이다.

이렇게 구성하게 되면, 실험결과 기존 대비 약 15-25%의 경량화를 달성할 수 있음을 확인하였고, 강도는 기존과 동등 수준 이상이었다.

100: 프레임본체 200: 보강대

Claims (6)

1. 프레임본체, 상기 프레임본체의 둘레를 따라 형성된 채널, 상기 프레임본체의 일측면에 돌출된 다수의 리브를 포함하는 차량용 시트백 프레임에 있어서;
   상기 프레임본체의 강도 취약부위에 보강대가 국부적으로 일체로 성형되어 하나의 몸체를 이루되,
   상기 보강대는 연속섬유를 열가소성수지에 함침시킨 상태에서 프리프레그 형태로 만들고, 다수의 프리프레그를 적층하여 적층시트 형태로 형성되며, 이 적층시트를 사출금형에 인서트한 상태에서 PP, PA, PE 중에서 선택된 합성수지를 사출하여 오버몰딩하는 형태로 형성되고,
   상기 보강대를 구성하는 프리프레그 다수매가 적층되어 적층시트를 이룰 때, 상기 적층시트는 다수매의 프리프레그 테이프가 0도-90도-0도-90도, 0도-90도-90도-0도, 0도-0도-0도-0도, 45도-45도-45도-45도, 0도-45도-45도-0도 중 어느 하나의 형태로 적층 형성되는 것을 특징으로 하는 계면 접착이 용이한 연속섬유 보강 시트백 프레임.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 연속섬유는 유리섬유, 아라미드섬유, 카본섬유, 천연섬유, Fabri류 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 계면 접착이 용이한 연속섬유 보강 시트백 프레임.
   
3. 청구항 1에 있어서;
   상기 보강대는 일측면 혹은 양측면에 다수의 계면접합유도돌기가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 계면 접착이 용이한 연속섬유 보강 시트백 프레임.
   
4. 청구항 3에 있어서;
   상기 보강대는 일부에는 다수의 유통홀이 더 형성된 것을 특징으로 하는 계면 접착이 용이한 연속섬유 보강 시트백 프레임.
   
5. 청구항 1에 있어서;
   상기 보강대는 일측면 혹은 양측면에 다수의 요철형 딤플이 다수 형성되어 표면 거칠기를 증대시킨 것을 특징으로 하는 계면 접착이 용이한 연속섬유 보강 시트백 프레임.
   
6. 삭제

Images