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KR101616634B1 - 시트백 프레임, 이의 제조방법 및 차량용 시트백 - Google Patents

시트백 프레임, 이의 제조방법 및 차량용 시트백 Download PDF

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KR101616634B1
KR101616634B1 KR1020140127934A KR20140127934A KR101616634B1 KR 101616634 B1 KR101616634 B1 KR 101616634B1 KR 1020140127934 A KR1020140127934 A KR 1020140127934A KR 20140127934 A KR20140127934 A KR 20140127934A KR 101616634 B1 KR101616634 B1 KR 101616634B1
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KR
South Korea
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fiber
thermoplastic resin
frame
reinforced thermoplastic
mpa
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송강현
길용길
이태화
이경훈
김희준
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(주)엘지하우시스
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Publication date
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Abstract

장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 복합재를 포함하는 본체 프레임; 및 상기 본체 프레임의 내부에 인서트 사출 성형에 의해 매몰된 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 복합재를 포함하는 내장 프레임;을 포함하는 시트백 프레임, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 차량용 시트백을 제공한다.

Description

시트백 프레임, 이의 제조방법 및 차량용 시트백{SEATBACK FRAME, METHOD FOR PRODUCING THE SAME AND SEATBACK FOR A VEHICLE}
시트백 프레임, 이의 제조방법 및 차량용 시트백에 관한 것이다.
시트백 프레임은 착석자, 승객, 운전자에게 편안하고 안정된 자세를 취할 수 있도록 도움을 주어 편안함 및 안정감을 부여하는 시트백의 기본 골격으로서, 이를 이용하는 사람들의 안전과 밀접한 관련이 있어 특정 수준의 힘, 충격에 대해 변형 및 파손이 없을 것을 요구하는 다수의 관련 법규가 존재하고 있다. 이러한 법규를 충족하여 사람들의 안전을 도모하기 위해 시트백 프레임은 스틸(steel) 재질로 형성되었으나, 이로 인해 비용 및 중량을 증가시키는 문제가 있다. 특히, 차량의 경우 중량이 증가함에 따라 구동성능 및 연비 효율이 현저히 저하되는 문제가 있다. 게다가, 승객, 운전자들의 더 많은 편의를 제공하기 위해 암레스트를 포함하는 경우에는 시트백 프레임 및 암레스트 프레임을 각각 별개로 제조한 이후 이들을 용접하는 제조공정이 추가되어 하므로 시간 및 비용이 더욱 소모되어 생산성 및 경제성이 떨어지는 문제도 있다. 이에, 스틸 재질, GMT(glass mat thermoplastic) 재질 또는 장섬유강화 열가소성 수지 재질의 단일 재질을 사용하여 시트백 프레임을 제조하였으나, 외부 충격에 대하여 충분한 강성 및 강도를 갖지 못해 두께를 두껍게 형성해야 하며 프레스 성형에 의해 제조되어 디자인의 자유도가 매우 낮았다.
본 발명의 일 구현예는 우수한 강성, 우수한 충격 강도 및 우수한 디자인성을 구현하는 시트백 프레임을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 시트백 프레임을 포함하는 차량용 시트백을 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예는 상기 시트백 프레임의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 복합재를 포함하는 본체 프레임; 및 상기 본체 프레임의 내부에 인서트 사출 성형에 의해 매몰된 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 복합재를 포함하는 내장 프레임;을 포함하는 시트백 프레임을 제공한다.
상기 내장 프레임은 프레스 성형에 의해 예비 성형되어 소정의 형상을 구현할 수 있다.
상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재는 열가소성 수지 및 강화용 장섬유를 포함하고, 상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재는 열가소성 수지 및 강화용 연속섬유를 포함할 수 있다.
상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재는 강화용 연속섬유를 약 60 중량% 내지 약 70 중량%로 포함할 수 있다.
상기 강화용 연속섬유의 길이는 약 10cm 초과일 수 있다.
상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재는 강화용 장섬유를 약 30 중량% 내지 약 40 중량%로 포함할 수 있다.
상기 강화용 장섬유의 길이는 약 50mm 내지 약 100mm일 수 있다.
상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재의 인장 강도가 약 300MPa일 내지 약 600MPa이고, ASTM D790의 조건에 따른 굽힘 강도가 약 350MPa 내지 약 500MPa일 수 있다.
상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재의 ASTM D638의 조건에 따른 인장 강도가 약 100MPa일 내지 약 120MPa이고, ASTM D790의 조건에 따른 굽힘 강도가 약 100MPa 내지 약 200MPa일 수 있다.
상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재 또는 상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재에 포함된 상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 강화용 장섬유, 상기 강화용 연속섬유 또는 이들 모두는 유리 섬유, 아라미드 섬유, 천연 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 시트백 프레임이 암레스트 프레임을 더 포함하고, 상기 본체 프레임 및 상기 암레스트 프레임이 일체로 성형될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 시트백 프레임을 포함하는 차량용 시트백을 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 복합재를 프레스 성형에 의해 예비 성형하여 소정의 형상을 구현한 내장 프레임을 준비하는 단계; 및 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 복합재의 내부에 상기 내장 프레임을 인서트하여 사출 성형함으로써 상기 내장 프레임이 매몰된 본체 프레임을 제조하는 단계;를 포함하는 시트백 프레임의 제조방법을 제공한다.
상기 프레스 성형은 약 40℃ 내지 약 60℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 프레스 성형은 약 100,000kgf/cm2 내지 약 300,000kgf/cm2의 압력에서 수행될 수 있다.
상기 시트백 프레임은 우수한 강성, 우수한 충격 강도 및 우수한 디자인성을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 시트백 프레임의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 시트백 프레임의 제조방법의 개략적인 공정흐름도이다.
도 3은 상기 제조방법의 내장 프레임을 준비하는 단계(S1)를 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 4는 상기 제조방법의 본체 프레임을 제조하는 단계(S2)를 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1의 낙구 충격 시험 결과를 나타낸 이미지 사진이다.
도 6은 실시예 1의 수하물 충돌 시험에 따른 결과를 나타낸 이미지 사진이다.
도 7은 비교예 1의 수하물 충돌 시험에 따른 결과를 나타낸 이미지 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계 없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위해서 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
이하에서 기재의 "상부(또는 하부)" 또는 기재의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 형성된다는 것은, 임의의 구성이 상기 기재의 상면 (또는 하면)에 접하여 형성되는 것을 의미할 뿐만 아니라, 상기 기재와 기재 상에 (또는 하에) 형성된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에서, 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 복합재를 포함하는 본체 프레임; 및 상기 본체 프레임의 내부에 인서트 사출 성형에 의해 매몰된 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 복합재를 포함하는 내장 프레임;을 포함하는 시트백 프레임을 제공한다.
일반적으로, 시트백 프레임은 스틸 재질을 사용하여 프레스 성형하거나 또는, 열가소성 수지 재질 중에서 유리섬유매트 열가소성 수지 재질 또는 장섬유강화 열가소성 수지 재질을 사용하여 프레스 성형에 의해 단일 재질로 제조하고 있다.
이와 같이, 단일 재질로 형성하는 경우 차량의 충돌 등에 의한 외부 충격이 가해졌을 때 변형 또는 파손이 현저히 발생하여 착석자의 안전에 큰 위험을 초래하는 문제가 있다. 또한, 스틸 재질을 사용하여 프레스 성형에 의하는 경우 시트백 프레임의 두께를 거의 일정하게 형성해야 하고 두꺼워지거나 얇아지는 등 가변적으로 형성할 수 없고, 다양한 외관을 형성하기 어려워 디자인의 자유도가 떨어졌다.
이에, 본 발명의 일 구현예에 따른 시트백 프레임은 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 복합재를 포함하는 본체 프레임의 내부에 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 복합재를 포함하는 내장 프레임을 포함함으로써 우수한 강성 및 충격 강도를 구현하여 안정성을 더욱 향상시키면서도 상기 본체 프레임을 사출 형성에 의해 성형하여 다양한 외관 표현이 가능하여 우수한 디자인성을 구현할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 시트백 프레임(100)의 단면도를 개략적으로 나타낸다. 상기 시트백 프레임(100)은 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 복합재를 포함하는 본체 프레임(110); 및 상기 본체 프레임(110)의 내부에 인서트 사출 성형에 의해 매몰된 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 복합재를 포함하는 내장 프레임(120);을 포함한다.
상기 내장 프레임(120)은 프레스 성형에 의해 예비 성형되어 소정의 형상을 구현할 수 있다. 즉, 상기 내장 프레임(120)은 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재를 프레스 성형에 의해 예비 성형체로서 예비 성형되어 소정의 형상을 구현할 수 있다.
통상 스틸 재질을 사용하여 프레스 성형에 의하는 경우 높은 압력 조건 하에서 수행되므로 성형물의 구조적 강성이 향상될 수 있으나, 다양한 외관을 형성하기 어려워 디자인의 자유도가 떨어졌다.
게다가, 연속섬유강화 열가소성 수지는 장섬유강화 열가소성 수지에 비하여 외부 충격을 효과적으로 흡수하여 강성 및 충격 강도가 더욱 높지만, 유동성이 낮아 프레스 성형을 하는 경우 표면이 균일하게 형성되기 어렵다.
본 발명의 일 구현예에서는 상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재를 프레스 성형에 의해 예비 성형한 상기 내장 프레임(120)을 포함하여 높은 수준의 강성 및 충격 강도를 구현하면서도 이를 상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재의 내부에 인서트하여 상기 본체 프레임을 사출 성형함으로써 다양하고 표면이 보다 균일한 외관을 용이하게 구현할 수 있다. 또한, 사출 성형에 의해 상기 본체 프레임(110)의 내부에 상기 내장 프레임(120)이 매몰된 시트백 프레임(100)을 일체로 형성할 수 있어, 이들을 각각 별개로 제조한 후 부착하는 공정이 생략되므로 시간 및 비용을 더욱 절감할 수 있다.
상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재는 열가소성 수지 및 강화용 장섬유를 포함하고, 상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재는 열가소성 수지 및 강화용 연속섬유를 포함할 수 있다.
상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재 또는 상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재에 포함된 상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 강화용 연속섬유의 길이는 예를 들어, 약 10cm 초과일 수 있고, 구체적으로 약 10cm 초과 내지 약 1000cm일 수 있으나, 발명의 목적 및 기능에 따라 다양하게 변경할 수 있고 특별히 제한되지 않는다. 상기 범위 내의 길이를 가짐으로써 상기 내장 프레임(120)이 높은 수준의 강성 및 충격 강도를 구현할 수 있다.
상기 강화용 장섬유의 길이는 약 50mm 내지 약 100mm일 수 있다. 상기 범위 내의 길이를 가짐으로써 상기 본체 프레임(110)에 적절한 수준의 강성 및 충격 강도를 부여함과 동시에 상기 장섬유강화 열가소성 수지의 유동성을 적절히 조절하여 사출 성형을 용이하게 함으로써 우수한 표면 외관을 구현할 수 있다.
상기 강화용 장섬유, 상기 강화용 연속섬유 또는 이들 모두는 유리 섬유, 아라미드 섬유, 천연 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재는 강화용 연속섬유를 약 60 중량% 내지 약 70 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 포함함으로써 적절한 비용으로 높은 수준의 강성 및 충격 강도를 구현하여 외부 충격으로부터 착석자를 충분히 보호할 수 있으면서도 상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재의 유동성을 적절히 조절하여 프레스 성형을 더욱 용이하게 할 수 있다. 또한, 상기 내장 프레임(120)의 중량을 적절히 낮은 수준으로 구현하여 차량의 구동성능 및 연비 효율의 저하를 방지할 수 있다.
상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재는 열가소성 수지를 약 20 중량% 내지 약 30 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 포함함으로써 상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재의 유동성을 적절히 조절하여 프레스 성형을 더욱 용이하게 하면서 프레스 성형에 의해 소정의 형상을 충분히 구현할 수 있다.
상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재의 ASTM D638의 조건에 따른 인장 강도가 약 300MPa일 내지 약 600MPa이고, ASTM D790의 조건에 따른 굽힘 강도가 약 350MPa 내지 약 500MPa일 수 있다. 상기 범위 내의 인장 강도 및 굽힘 강도를 가짐으로써 외부 충격에 대한 에너지를 효과적으로 흡수함으로써 상기 시트백 프레임(100)의 강성 및 충격 강도를 높은 수준으로 구현하여 변형 및 파손을 더욱 방지할 수 있다.
상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재는 강화용 장섬유를 약 30 중량% 내지 약 40 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 포함함으로써 상기 본체 프레임(110)에 적절한 수준의 강성 및 충격 강도를 부여할 수 있으면서도 상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재의 유동성을 적절히 조절하여 사출 형성을 더욱 용이하게 할 수 있다.
상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재는 열가소성 수지를 약 50 중량% 내지 약 60 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 포함함으로써 상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재의 유동성을 적절히 조절하여 사출 성형을 더욱 용이하게 하면서 구현하고자 하는 상기 시트백 프레임(100)의 형상을 충분히 구현할 수 있다. 상기 시트백 프레임(100)의 형상은 발명의 목적 및 기능에 따라 다양하게 구현될 수 있고, 특별히 제한되지 아니한다.
상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재의 ASTM D638의 조건에 따른 인장 강도가 약 100MPa일 내지 약 120MPa이고, ASTM D790의 조건에 따른 굽힘 강도가 약 100MPa 내지 약 200MPa일 수 있다. 상기 범위 내의 인장강도 및 굽힘 강도를 가짐으로써 적절한 수준의 강성 및 충격 강도를 구현함과 동시에 비용을 지나치게 향상시키지 않아 우수한 경제성을 구현할 수 있다.
상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재, 상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재 또는 이들 모두는 첨가제 등을 더 포함할 수 있고, 상기 첨가제는 이 기술분야에서 공지된 종류를 발명의 목적 및 성질에 따라 적절히 사용할 수 있다.
일 구현예에서, 암레스트 프레임을 더 포함하고, 상기 본체 프레임(110) 및 상기 암레스트 프레임이 일체로 성형될 수 있다.
일반적으로 압축 성형에 의해 형성하는 경우 본체 프레임 및 암레스트 프레임을 각각 별도의 제조공정으로 형성한 후 용접하거나 결합하는 공정에 의해 결합시켜 시간 및 비용이 많이 소모되는 문제가 있었다.
이에, 일 구현예에 따른 시트백 프레임(100)은 사출 성형에 의해 상기 시트백 프레임(100)의 상기 본체 프레임(110) 및 암레스트 프레임을 일체로 형성할 수 있어 이들을 용접하거나 결합하는 공정이 생략되므로 시간 및 비용이 절감되어 우수한 경제성을 구현함과 동시에 디자인의 자유도가 더욱 향상되어 우수한 디자인성을 구현할 수 있다.
상기 암레스트 프레임은 발명의 목적 및 기능에 따라 이 기술분야에서 공지된 형상으로 다양하게 형성할 수 있고, 예를 들어 암레스트부, 컵홀더부, 힌지부 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 시트백 프레임(100)은 내부에 리브(lib)를 더 포함할 수 있다. 상기 리브는 예를 들어, 복수 개가 포함될 수 있고, 그에 따라 상기 시트백 프레임(100)의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있으면서 외부 충격시 충격력을 전체적으로 고르게 분산시켜 우수한 안정성을 구현할 수 있다. 상기 리브의 개수 및 형상은 발명의 용도 및 기능에 따라 다양하게 구현될 수 있고, 특별히 제한되지 않는다.
상기 리브는 열가소성 플라스틱, 섬유 강화 플라스틱 또는 이들 모두를 포함하는 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 리브는 상기 장섬유강화열가소성 수지 복합재로 형성될 수 있고, 그에 따라 내구성이 향상되어 외부 충격력을 더욱 효과적으로 분산시킬 수 있고, 사출 성형에 의해 상기 본체 프레임(110)과 일체로 형성할 수 있어 제조공정을 단순화시킴으로써 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서 상기 시트백 프레임(100)을 포함하는 차량용 시트백을 제공한다.
상기 차량용 시트백은 이 기술분야에서 공지된 방법에 따라 상기 시트백 프레임(100)으로부터 순차적으로 시트 패드, 커버 등을 더 포함할 수 있고, 상기 시트 패드 및 상기 커버는 특별한 제한 없이 공지된 종류를 다양하게 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 시트백 프레임의 제조방법의 공정흐름도를 개략적으로 나타낸다.
상기 제조방법은 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 복합재를 프레스 성형에 의해 예비 성형하여 소정의 형상을 구현한 내장 프레임을 준비하는 단계(S1); 및 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 복합재의 내부에 상기 내장 프레임을 인서트하여 사출 성형함으로써 상기 내장 프레임이 매몰된 본체 프레임을 제조하는 단계(S2);를 포함한다.
상기 제조방법에 따라 제조된 시트백 프레임은 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 복합재를 포함하는 본체 프레임의 내부에 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 복합재를 포함함으로써 우수한 강성 및 충격 강도를 구현하여 안정성을 더욱 향상시면서도 이를 사출 형성에 의해 성형하여 다양한 외관 표현이 가능하여 우수한 디자인성을 구현할 수 있는 이점이 있다.
상기 제조방법에서, 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 복합재를 프레스 성형에 의해 예비 성형하여 소정의 형상을 구현한 내장 프레임을 준비할 수 있다. 도 3은 상기 제조방법의 내장 프레임을 준비하는 단계(S1)의 공정도를 개략적으로 나타낸다.
상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재는 본 발명의 일 구현예에서 전술한 바와 같다.
이와 같이, 높은 압력 조건 하에서 수행되는 프레스 성형에 의해 상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재를 예비 성형함으로써 상기 내장 프레임이 소정의 형상을 더욱 견고하게 구현할 수 있으므로 상기 내장 프레임의 구조적 강성을 더욱 향상시킬 수 있다. 그에 따라, 상기 내장 프레임이 매몰되어 포함된 상기 시트백 프레임은 높은 수준의 강성 및 충격 강도를 구현할 수 있다.
상기 프레스 성형은 예를 들어, 약 40℃ 내지 약 60℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 범위 내의 온도에서 수행됨으로써 상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재의 가공성을 적절히 조절하여 구현하고자 하는 소정의 형상을 용이하게 형성할 수 있으면서 프레스 금형에 들러붙는 현상을 방지하여 원료 손실률을 저감시킬 수 있다.
상기 프레스 성형은 예를 들어, 약 100,000kgf/cm2 내지 약 300,000kgf/cm2의 압력에서 수행될 수 있다. 상기 범위 내의 압력 하에서 수행됨으로써 상기 내장 프레임의 소정의 형상을 충분히 견고하게 구현하여 구조적 강성을 더욱 향상시킬 수 있으므로 상기 시트백 프레임에 우수한 강성 및 충격 강도를 부여할 수 있다.
상기 제조방법에서, 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 복합재의 내부에 상기 내장 프레임을 인서트하여 사출 성형함으로써 상기 내장 프레임이 매몰된 본체 프레임을 제조할 수 있다. 도 4는 상기 제조방법의 본체 프레임을 제조하는 단계(S2)의 공정도를 개략적으로 나타낸다.
상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재는 본 발명의 일 구현예에서 전술한 바와 같다.
전술한 바와 같이, 프레스 성형에 의해 예비 성형한 상기 내장 프레임을 상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재의 내부에 인서트 사출 성형하여 상기 시트백 프레임에 우수한 강성 및 우수한 충격 강도를 부여함과 동시에 상기 시트백 프레임의 외관을 상대적으로 유동성이 적절한 장섬유강화 열가소성 수지 복합재로 사출 성형에 의해 형성함으로써 다양하고 표면이 보다 균일한 외관을 용이하게 구현할 수 있다. 또한, 사출 성형에 의해 상기 본체 프레임의 내부에 상기 내장 프레임이 매몰된 시트백 프레임을 일체로 형성할 수 있어, 이들을 각각 별개로 제조한 후 부착하는 공정이 생략되므로 시간 및 비용을 더욱 절감할 수 있다.
상기 내장 프레임을 상기 장섬유 강화 열가소성 수지 복합재의 내부에 인서트하여 사출 성형하는 경우 사용하는 인서트 사출 성형 방법은 이 기술분야에서 공지된 방법에 따라 수행될 수 있고, 예를 들어, 사출 금형의 내부에 내장 프레임을 고정시킨 후 사출 금형의 내부로 장섬유강화 열가소성 수지 복합재를 주입하는 공정을 통해 사출 성형할 수 있으나, 이에 제한되지 아니한다.
상기 사출 성형은 예를 들어, 약 30℃ 내지 약 60℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 범위 내의 온도에서 수행됨으로써 상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재의 가공성을 적절히 조절하여 구현하고자 하는 상기 시트백 프레임의 외관을 용이하게 구현하고 사출 금형에 들러붙는 현상을 방지하여 원료 손실률을 저감시키면서 상기 내장 프레임의 형상을 변형시키지 않아 인서트 사출 성형 이후에도 구조적 강성을 높은 수준으로 유지할 수 있다.
상기 사출 성형은 예를 들어, 약 10,000kgf/cm2 내지 약 300,000kgf/cm2의 압력에서 수행될 수 있다. 상기 범위 내의 압력 하에서 수행됨으로써 상기 본체 프레임의 형상을 충분히 견고하게 형성하면서도 상기 내장 프레임의 형상을 변형시키지 않아 인서트 사출 성형 이후에도 구조적 강성을 높은 수준으로 유지함으로써 상기 시트백 프레임에 우수한 강성 및 충격 강도를 부여할 수 있다.
상기 본체 프레임을 제조하는 단계에서, 사출 성형에 의해 상기 본체 프레임 및 암레스트 프레임을 일체로 형성하여 제조할 수 있다.
이와 같이, 상기 본체 프레임 및 상기 암레스트 프레임을 일체로 형성함으로써 이들을 각각 별개로 준비한 후 용접하거나 결합하는 공정이 생략되어 시간 및 비용이 절감되므로 우수한 경제성을 구현함과 동시에 디자인의 자유도가 더욱 향상되어 우수한 디자인성을 구현할 수 있다.
상기 암레스트 프레임은 발명의 목적 및 기능에 따라 이 기술분야에서 공지된 형상으로 다양하게 형성할 수 있고, 예를 들어 암레스트부, 컵홀더부, 힌지부 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제조방법에 따라, 상기 본체 프레임을 제조하는 단계에서, 사출 성형에 의해 상기 본체 프레임 및 리브(lib)를 일체로 형성하여 제조할 수 있고, 이와 같이 상기 리브를 더 포함하여 상기 시트백 프레임의 강성 및 충격 강도가 더욱 향상될 수 있다. 또한, 상기 본체 프레임 및 상기 리브가 일체로 형성됨으로써 제조공정을 단순화시켜 시간 및 비용이 더욱 절감될 수 있다.
상기 리브는 예를 들어, 복수 개가 포함될 수 있고, 그에 따라 상기 시트백 프레임의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있으면서 외부 충격시 충격력을 전체적으로 고르게 분산시켜 우수한 안정성을 구현할 수 있다. 상기 리브의 개수 및 형상은 발명의 용도 및 기능에 따라 다양하게 구현될 수 있고, 특별히 제한되지 않는다.
상기 리브는 열가소성 플라스틱, 섬유 강화 플라스틱 또는 이들 모두를 포함하는 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 리브는 상기 장섬유강화열가소성 수지 복합재로 형성될 수 있고, 그에 따라 내구성이 향상되어 외부 충격력을 더욱 효과적으로 분산시킬 수 있고, 사출 성형에 의해 상기 본체 프레임과 일체로 형성할 수 있어 제조공정을 단순화시킴으로써 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
실시예
실시예 1
폴리프로필렌 수지 30wt% 및 연속 유리섬유(continuous glass fiber, GF) 60wt%를 포함하는 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재를 45℃ 및 200,000kgf/cm2의 조건 하에서 프레스 성형하여 내장 프레임을 준비하였다. 이어서, 상기 내장 프레임을 사출 금형 내에 고정시키고, 상기 사출 금형 내로 폴리프로필렌 수지 60wt% 및 장 유리섬유(long glass fiber, GF) 30wt%를 포함하는 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재를 주입하고, 45℃ 및 100,000kgf/cm2의 조건 하에서 인서트 사출 성형하여 상기 내장 프레임이 매몰된 본체 프레임을 제조함으로써 시트백 프레임을 제조하였다.
상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재의 ASTM D638의 조건에 따른 인장 강도는 100Mpa였고, ASTM D790의 조건에 따른 굽힘 강도는 120MPa였으며, 상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재의 ASTM D638의 조건에 따른 인장 강도는 550Mpa였고, ASTM D790의 조건에 따른 굽힘 강도는 450MPa였다.
비교예 1
폴리프로필렌 수지 50wt% 및 장 유리섬유(long glass fiber, GF) 40wt%를 포함하는 장섬유강화 열가소성 수지 복합재를 45℃ 및 100,000kgf/cm2의 조건 하에서 사출 성형하여 단일 재질의 시트백 프레임을 제조하였다.
상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재의 ASTM D638의 조건에 따른 인장 강도는 120Mpa였고, ASTM D790의 조건에 따른 굽힘 강도는 150MPa였다.
실험예
실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 시트백 프레임에 대한 외관 평가 및 외부 충격에 대한 성능을 평가하였고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
(낙구 충격 시험)
측정 방법: 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 시트백 프레임의 외부 충격에 대한 흡수 에너지를 비교하기 위해 비교예 1의 각 시트백 프레임에 대한 시편을 80mmⅩ80mmⅩ3.2mm의 크기로 준비하고, 이들에 대하여 ASTM D3763에 따라 낙구충격기(INSTRON, 9250HV)를 사용하여 낙구 충격 강도를 평가하였다.
상기 낙구 충격 시험에 따른 낙구 충격 강도는 무게 4.0kg, 반구직경 12.5mm인 낙하 추를 높이 별로 낙하시켜 크랙이 발생하는 높이를 측정하고, 크랙이 발생한 높이를 단위면적당 에너지로 환산하여 측정하였다.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1의 낙구 충격 시험 결과를 나타낸 이미지 사진이다. 상기 실시예 1의 경우 상기 낙하 추와 충돌하는 충격면은 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재(CFT)이고, 상기 충격면과 접한 충격 배면은 장섬유강화 열가소성 수지 복합재(LFT)이다. 상기 비교예 1의 경우는 충격면 및 충격배면이 모두 장섬유강화 열가소성 수지 복합재(LFY)였다.
(수화물 충돌 시험)
측정 방법: 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 시트백 프레임에 대하여 300mmⅩ300mmⅩ300mm의 크기의 시험 블록을 사용하여 충돌 시험을 실시하였다.
구체적으로, 시험 블록의 최상부면에서부터 시트백 프레임 측으로 상기 시험 블록이 놓인 바닥면과 평행하게 직선을 그엇을 때, 상기 시트백 프레임과 만나는 지점에서부터 상기 시험 블록이 시트백 프레임과 마주보는 면까지의 거리(d)를 200mm로 설정하고, 55km/h의 속도로 충돌시켰다.
도 6은 실시예 1의 수하물 충돌 시험에 따른 결과를 나타낸 이미지 사진이고,
도 7은 비교예 1의 수하물 충돌 시험에 따른 결과를 나타낸 이미지 사진이다.
낙구 충격 강도 (J/m2) 수하물 충돌 시험
실시예 1 9.58 우수
비교예 1 8.45 불량
실시예 1에 따른 시트백 프레임은 흡수된 단위 면적당 에너지가 더욱 커서 낙구충격 강도가 우수하고, 도 5에 나타난 바와 같이 크랙이 더욱 작게 발생하였음을 확인할 수 있다. 또한, 도 6에 나타난 바와 같이 수하물 충돌 시험에서 시트백 프레임이 휘어질 뿐 파괴되지 않아 날카로운 모서리 등이 발생하지 않으면서 시험 블록이 튀어나오지 않아 더욱 우수한 안정성을 구현함을 명확히 예상할 수 있다.
비교예 1에 따른 시트백 프레임은 흡수된 단위 면적당 에너지가 작아 낙구충격 강도가 열등하고, 도 5에 나타난 바와 같이 크랙이 보다 넓은 범위에 발생하였음을 확인할 수 있다. 게다가, 도 7에 나타난 바와 같이, 수하물 충돌 시험에서 시트백 프레임이 파괴되어 날카로운 모서리가 발생하면서 시험블록이 튀어나와 안정성이 현저히 열등함을 명확히 예상할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
100: 시트백 프레임
110: 본체 프레임
120: 내장 프레임

Claims (16)

  1. 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 복합재를 포함하는 본체 프레임; 및 상기 본체 프레임의 내부에 인서트 사출 성형에 의해 매몰된 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 복합재를 포함하는 내장 프레임;을 포함하며,
    상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재는 열가소성 수지 및 강화용 장섬유를 포함하고, 상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재는 열가소성 수지 및 강화용 연속섬유를 포함하며,
    상기 강화용 연속섬유의 길이는 10cm 초과이고, 상기 강화용 장섬유의 길이는 50mm 내지 100mm이며,
    상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재의 ASTM D638의 조건에 따른 인장 강도가 300MPa 내지 600MPa이고, ASTM D790의 조건에 따른 굽힘 강도가 350MPa 내지 500MPa며,
    상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재의 ASTM D638의 조건에 따른 인장 강도가 100MPa 내지 120MPa이고, ASTM D790의 조건에 따른 굽힘 강도가 100MPa 내지 200MPa인
    시트백 프레임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내장 프레임은 프레스 성형에 의해 예비 성형되어 소정의 형상을 구현한
    시트백 프레임.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재는 강화용 연속섬유를 60 중량% 내지 70 중량%로 포함하는
    시트백 프레임.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재는 강화용 장섬유를 30 중량% 내지 40 중량%로 포함하는
    시트백 프레임.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재 또는 상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재에 포함된 상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는
    시트백 프레임.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 강화용 장섬유, 상기 강화용 연속섬유 또는 이들 모두는 유리 섬유, 아라미드 섬유, 천연 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는
    시트백 프레임.
  12. 제1항에 있어서,
    암레스트 프레임을 더 포함하고,
    상기 본체 프레임 및 상기 암레스트 프레임이 일체로 성형된
    시트백 프레임.
  13. 제1항, 제2항, 제4항, 제6항 및 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 시트백 프레임을 포함하는 차량용 시트백.
  14. 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 복합재를 프레스 성형에 의해 예비 성형하여 소정의 형상을 구현한 내장 프레임을 준비하는 단계; 및
    장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 복합재의 내부에 상기 내장 프레임을 인서트하여 사출 성형함으로써 상기 내장 프레임이 매몰된 본체 프레임을 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재는 열가소성 수지 및 강화용 장섬유를 포함하고, 상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재는 열가소성 수지 및 강화용 연속섬유를 포함하며,
    상기 강화용 연속섬유의 길이는 10cm 초과이고, 상기 강화용 장섬유의 길이는 50mm 내지 100mm이며,
    상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재의 ASTM D638의 조건에 따른 인장 강도가 300MPa 내지 600MPa이고, ASTM D790의 조건에 따른 굽힘 강도가 350MPa 내지 500MPa며,
    상기 장섬유강화 열가소성 수지 복합재의 ASTM D638의 조건에 따른 인장 강도가 100MPa 내지 120MPa이고, ASTM D790의 조건에 따른 굽힘 강도가 100MPa 내지 200MPa인
    시트백 프레임의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 프레스 성형은 40℃ 내지 60℃의 온도에서 수행되는
    시트백 프레임의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 프레스 성형은 100,000kgf/cm2 내지 300,000kgf/cm2의 압력에서 수행되는
    시트백 프레임의 제조방법.
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