KR102212230B1 - 열가소성 복합소재 트렁크 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 트렁크 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 트렁크는 원샷 오버몰딩 공법을 통해 하나의 금형 내에서 트렁크 본체와 보강부, 또는 상기 트렁크 본체, 보강부, 보강홈 그리고 리브가 형성되어 공정비를 절감할 수 있으며, 보강홈과 리브를 포함하여 적재 용량이 향상되고 경량화가 가능하다.

Description

열가소성 복합소재 트렁크 및 이의 제조방법{Trunk for Thermoplastic Composite and preparation method thereof}
본 발명은 열가소성 복합소재 트렁크 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차의 트렁크는 차체 뒤 쪽에 위치하고 있으며, 다양한 종류의 짐을 적재할 수 있는 공간이다. 그러나, 미드쉽 차량이나 엔진이 트렁크 공간에 배치된 차량의 경우, 트렁크 공간 확보를 위해 기존 본넷이 위치한 공간에 트렁크를 배치하고 있다.
사용되는 소재로는 금속(Steel) 및 플라스틱(Plastic) 소재를 활용하고 있다. 이때, 플라스틱 소재를 이용한 경우, 열가소성 소재를 기반으로 PP(폴리프로필렌), PA(폴리아미드)6 소재를 기반으로 한 사출성형 제품이 일반적이며, 열경화성 소재를 기반으로 SMC(sheet molding compound)와 같은 공법을 사용한 제품이 있다.
트렁크는 차량의 적재량에 따라 중량의 차이가 있으나, 적게는 3~10kg, 많게는 10~30kg의 중량을 가지고 있어, 자동차 부품에서 높은 중량을 차지하고 있다. 따라서, 트렁크의 경량화에 대한 니즈가 확대되고 있다. 특히, 프론트 트렁크가 적용되는 차종의 경우 고성능 차량이나 전기차에 주로 사용되고 있어, 경량화에 대한 니즈가 상당히 높은 실정이다. 기존 열가소성 소재 기반의 사출제품의 경우, 소재의 한계로 인하여 추가적인 경량화가 어렵고 주변 차체와 고정되어야 하는 단점을 갖고 있다. 이에, 보다 성능 높은 소재를 활용한 제품 개발이 필요한 실정이다.
열가소성 복합소재가 적용된 프론트 트렁크의 경우, 기존의 사출형 프론트 트렁크에 비해 높은 경량화율을 달성할 수 있으나, 부품의 가격이 상승하는 문제점을 갖고 있다. 또한, 인서트 오버몰딩의 공정이 복합하고, 미리 성형된 프리폼을 최종 성형을 위해 사출기에 삽입하여야 하는 추가 공정이 발생되어, 부품 생산 시간 및 공정비 상승의 단점을 갖고 있다. 상기 인서트 오버몰딩은 플라스틱 사출로만 해결하기 어려운 구조적 강성 및 강도를 보강하기 위하여 인서트물(금속재, 복합소재)을 삽입하여 사출하는 공법을 말한다. 이 때, 인서트물은 보강하고자 하는 용도에 맞도록 1차 성형을 수행하게 된다. 복합소재 인서트물의 경우 프리프레그 적층, 가열, 압착, 가공의 공정을 거치게 되고, 이러한 인서트물을 사출 금형 상에 삽입하여 사출성형을 수행하게 된다. 따라서, 별도의 인서트물 제작을 위한 공정으로 인하여 사이클 타임 및 원가가 상승되는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재를 금형에 배치하는 단계; 상기 복합재를 압축 성형하여 트렁크 본체를 형성하는 단계; 및 상기 금형에 상기 트렁크 본체가 위치한 상태에서 장섬유 강화 열가소성 수지 또는 친환경 목분 강화 열가소성 수지를 배치하여 보강부를 형성하는 단계를 포함하는 트렁크의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재를 포함하는 트렁크 본체; 및 장섬유 강화 열가소성 수지 또는 친환경 목분 강화 열가소성 수지로 구성된 보강부를 포함하는 트렁크를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 하나의 양태로, 본 발명은 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재를 금형에 배치하는 단계; 상기 복합재를 압축 성형하여 트렁크 본체를 형성하는 단계; 및 상기 금형에 상기 트렁크 본체가 위치한 상태에서 장섬유 강화 열가소성 수지 또는 친환경 목분 강화 열가소성 수지를 배치하여 보강부를 형성하는 단계를 포함하는, 트렁크의 제조방법을 제공한다.
다른 하나의 양태로, 본 발명은 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재를 포함하는 트렁크 본체; 및 장섬유 강화 열가소성 수지 또는 친환경 목분 강화 열가소성 수지로 구성된 보강부를 포함하는 트렁크를 제공한다.
본 발명에서, 상기 트렁크 본체와 보강부의 두께비는 1.5:1~1:1이다.
본 발명에서, 상기 트렁크 본체와 보강부에는 보강홈이 형성된다.
본 발명에서, 상기 보강홈에 위치하여 서로 교차된 복수의 리브를 더 포함한다.
본 발명에서, 상기 트렁크 본체와 보강부 또는 보강홈이 형성된 트렁크 본체와 보강부 그리고 리브는 하나의 금형 내에서 형성된다.
본 발명에서, 상기 리브는 장섬유 강화 열가소성 수지 또는 친환경 목분 강화 열가소성 수지로 형성되거나, 상기 리브의 폭은 1 내지 6mm로 형성된다.
본 발명에서, 상기 보강홈이 형성된 트렁크 본체와 보강부의 두께비는 1:0.66~1:3이다.
본 발명에서, 상기 보강부의 두께와 리브 폭의 비는 1:1~1:2.5이다.
본 발명에서, 상기 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재는 강화섬유 40~70 중량% 및 열가소성 수지 30~60 중량%를 포함한다.
본 발명에서, 상기 장섬유 강화 열가소성 수지는 강화섬유 20~40 중량% 및 열가소성 수지 60~80 중량%를 포함한다.
본 발명에서, 상기 친환경 목분 강화 열가소성 수지는 목분 20~40 중량% 및 열가소성 수지 60~80 중량%를 포함한다.
본 발명에서, 상기 강화섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이거나, 상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌 또는 폴리아미드이다.
본 발명은 트렁크 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 트렁크는 원샷 오버몰딩 공법을 통해 하나의 금형 내에서 트렁크 본체와 보강부, 또는 상기 트렁크 본체와 보강부, 보강홈 및 리브가 형성되어 공정비를 절감할 수 있으며, 보강홈과 리브를 포함하여 적재 용량이 향상되고 경량화가 가능하다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 트렁크를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해사시도이다.
도 3은 도 1을 III-III선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 트렁크를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시에에 따른 보강부의 저면부를 나타낸 것이다.
도 6은 도 4의 분해사시도이다.
도 7은 도 6 분해사시도의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트렁크의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보강부의 저면을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예나 도면에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
하나의 양태로, 본 발명은 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재를 금형에 배치하는 단계; 상기 복합재를 압축 성형하여 트렁크 본체를 형성하는 단계; 및 상기 금형에 상기 트렁크 본체가 위치한 상태에서 장섬유 강화 열가소성 수지 또는 친환경 목분 강화 열가소성 수지를 배치하여 보강부를 형성하는 단계를 포함하는 트렁크의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 한 실시예 따라 도 1 내지 3의 트렁크를 제조하였다. 본 발명의 트렁크의 제조방법은 먼저, 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재를 금형에 배치하는 단계(S10)를 포함한다. 상기 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재는 강화섬유 40~70 중량% 및 열가소성 수지 30~60 중량%를 포함한다. 상기 강화섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이거나, 상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌 또는 폴리아미드일 수 있다.
상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재를 사용함으로써 소정의 형상을 더욱 견고하게 구현할 수 있으므로 트렁크의 구조적 강성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 트렁크 자체를 경량화할 수 있다. 상기 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재는 강화섬유 40~70 중량% 및 열가소성 수지 30~60 중량%를 포함하는데, 상기 강화 섬유의 함량이 70 중량%를 초과하는 경우, 수지량 대비 섬유량 비중이 높아져 성형간 섬유 쏠림/뭉침 및 섬유간 수지가 미함침되는 문제가 발생될 수 있다. 섬유간 수지가 미함침될 경우, 계면 파단이 발생되어 구조적 파손이 쉽게 발생되는 문제점이 있으며, 강화 섬유 함량이 40 중량% 미만인 경우 구조적 강성을 만족하지 못하게 된다.
다음으로, 상기 복합재를 압축하여, 트렁크 본체를 형성하는 단계(S20)를 포함한다. 압축 금형을 이용하여, 연속섬유 강화 열가소성 복합재를 기설정된 압력으로 압축하여 트렁크 본체(110)를 형성한다. 이때 압축 금형 형상에 따라 트렁크 본체(110)의 형상은 달라질 수 있다.
다음으로, 상기 금형에 상기 트렁크 본체(110)가 위치한 상태에서 장섬유 강화 열가소성 수지 또는 친환경 목분 강화 열가소성 수지를 배치하여 보강부(120)를 형성하는 단계(S30)를 포함한다. 트렁크 본체(110)를 상기 압축 금형에서 분리하지 않고 금형에 상기 트렁크 본체(110)가 위치한 상태에서 장섬유 강화 열가소성 복합재 또는 친환경 목분 강화 열가소성 수지를 배치하여, 사출성형 방식으로 트렁크 본체(110)와 연결된 보강부(120)를 형성한다. 따라서, 상기 트렁크 본체(110)와 보강부(120)는 하나의 금형 내에서 원샷 오버몰딩 공법을 이용하여 형성되게 된다.
상기 장섬유 강화 열가소성 수지는 강화섬유 20~40 중량% 및 열가소성 수지 60~80 중량%를 포함한다. 상기 강화섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유, 그리고 친환경 소재인 목분으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이거나, 상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌 또는 폴리아미드일 수 있다. 상기 강화 섬유의 함량이 40 중량%를 초과하는 경우, 사출 공정 간 성형기 스크류(Screw)에 섬유가 뭉쳐 장비 손상이 발생될 수 있으며, 성형 불량(섬유 뭉침 및 섬유 외부 드러남)의 문제점이 발생되며, 강화 섬유 함량이 20 중량% 미만인 경우 요구 성능을 만족하지 못하게 된다.
상기 장섬유 강화 열가소성 수지는 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재에 비해 저렴하여 비용 절감을 효과를 가져올 수 있으며, 디자인 역시 자유롭게 성형할 수 있으며, 다양하고 표면이 보다 균일한 외관을 용이하게 구현할 수 있는 장점이 있으며, 트렁크 본체(110)와 연결하여 국부적 형상을 보강하는 장점이 있다.
따라서 사출성형을 위해 먼저 형성되고 높은 온도를 유지하고 있는 트렁크 본체(110)를 압축 금형에서 분리하지 않고 보강부(120)로 장섬유 강화 열가소성 복합재를 바로 공급하여 사출 성형을 진행하므로 종래에 압축 성형을 통해 프리폼을 제작한 후 이를 사출 금형에 공급하여 인서트 사출성형을 진행하기 위해서 압축 성형된 프리폼을 압축 금형에서 인출하고, 인출된 프리폼을 사출 금형에 맞게 커팅한 후 사출 금형에 삽입하는 공정이 발생하지 않는다. 이에, 본 실시예에 따르면 하나의 금형에서 압축 성형과 사출성형이 원-샷 오버몰딩(One-Shot Overmolding) 방식으로 진행되어 종래의 인서트 오버몰딩에 비하여 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
그리고, 트렁크 본체(110) 형성을 위한 압축 성형과 보강부(120) 형성을 위한 사출 성형이 하나의 압축 금형에서 이루어지므로 트렁크 본체(110)와 보강부(120)는 높은 결합력을 갖는다. 즉, 트렁크 본체(110)를 형성하는 압축 성형과 보강부(120)를 형성하는 사출 성형이 하나의 금형에서 원-샷 오버몰딩(One-Shot Overmolding) 방식으로 진행되고, 트렁크 본체(110)가 높은 온도에서 겔 상태를 유지하고 있는 상태에서, 보강부(120)를 구성하는 장섬유 강화 열가소성 복합재가 압축 금형에 배치되므로 연속섬유 강화 열가소성 복합재와 장섬유 강화 열가소성 복합재가 하나의 압축 금형 내에서 서로 높은 온도에서 융화되어 결합되어, 계면 접착력이 우수하다.
또한, 압축 성형과 사출 성형이 하나의 금형 내에서 빠른 시간 내에 진행되어 연속섬유 강화 열가소성 복합재로 이루어진 트렁크 본체(110)와 장섬유 강화 열가소성 복합재로 이루어진 보강부(120) 간의 화학적 결합이 인서트 오버몰딩 대비 용이하게 결합될 수 있기 때문에 계면 접착력은 원샷 오버몰딩이 인서트 오버몰딩에 비하여 우수하다.
상기 도 1 내지 도 3에서 제조된 트렁크 본체 두께(110W)와 보강부(120W)의 두께비는 1.5:1~1:1일 수 있다. 상기 트렁크 본체(110)와 보강부(120)의 두께비가 1:1~1:2.5 범위를 벗어나면 트렁크 전체적으로 무게가 증가하게 되거나, 처짐량(deflection)이 증가하여 트렁크 특히, 경량화가 요구되고 적재에 따른 형상 유지가 필요한 프론트 트렁크에 부적합하다.
또한, 본 발명의 다른 실시예의 트렁크는 도 4 내지 도 9를 참고하면 다음과 같다. 상기 트렁크 본체(110)와 보강부(120) 바닥에는 보강홈(110a, 120a)이 형성될 수 있다. 상기 트렁크(100)는 보강부(120)의 보강홈(120a)에 위치하여 서로 교차된 복수의 리브(121, 122)를 더 포함할 수 있다. 상기 리브는 X축을 따라 형성된 가로 방향 리브(121)와 Y축을 따라 형성된 세로 방향 리브(122)가 서로 교차되어 형성될 수 있다.
상기 보강홈(110a, 120a)이 형성된 트렁크 본체(110)와 보강부(120) 그리고 리브(121, 122)는 하나의 금형 내에서 형성되게 된다.
구체적으로, 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재를 금형에 배치하여, 압축 성형하여 트렁크 본체(110)를 형성 한 후, 상기 금형에 상기 트렁크 본체(110)가 위치한 상태에서 장섬유 강화 열가소성 수지 또는 친환경 목분 강화 열가소성 수지를 배치하여 보강부(120)를 사출 성형하여 형성하는 데, 이 때, 하나의 금형 내에서 압축 성형과 사출 성형이 동시에 이루어지면서, 높은 결합력으로 트렁크 본체(110)와 보강부(120)가 결합된다. 또한, 이와 동시에 또는 순차적인 사출 성형에 의해 상기 트렁크 본체(110)와 보강부(120)에 보강홈(110a, 120a)이 형성되게 되고, 보강부(120)의 보강홈(120a)에 위치하는 복수의 리브(121, 122) 역시 사출 성형에 의해 형성되게 되어, 원샷 오버몰딩 공법에 의해 하나의 압축 금형 내에서 압축 성형과 사출 성형이 이루어지게 되어, 프리폼 공정을 생략할 수 있다. 또한, 사출 성형에 있어서도 보강부(120), 보강홈(110a, 120a), 리브(121, 122)의 사출이 하나의 금형 내에서 가능하게 된다. 이에, 공정비 및 사이클 타임 절감 효과를 가진다. 또한 단일 공정으로 인해, 보강홈(120a)에 리브(121, 122)를 형성하여 보강홈(120a)과 리브((121, 122) 사이의 접촉 면적이 5 내지 20%에 불과함에도 불구하고 계면 접착력이 우수하게 된다.
상기 트렁크 본체(110)와 보강부(120)에 보강홈(110a, 120a)을 사출 성형한 후, 리브(121, 122)를 사출 성형할 수 있고, 또는 보강홈(110a, 120a) 사출 성형과 동시에 리브(121, 122)를 사출 성형할 수 있다. 상기 리브(121, 122)의 소재로는 보강부(120) 소재와 동일한 소재를 사용할 수 있다. 따라서 리브(121, 122)는 보강부(120)와 동일하게 장섬유 강화 열가소성 수지 또는 친환경 목분 강화 열가소성 수지로 형성될 수 있으며, 또한 사출 성형에 의해 형성되는 상기 리브(121, 122)의 폭은 1 내지 6mm로 형성될 수 있다. 상기 장섬유 강화 열가소성 수지를 사용하는 경우 강화섬유 20~40 중량% 및 열가소성 수지 60~80 중량%를 포함할 수 있으며, 상기 친환경 목분 강화 열가소성 수지를 사용하는 경우 친환경 목분 20~40 중량% 및 열가소성 수지 60~80 중량%를 포함한다.
상기 강화섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유, 그리고 친환경 소재인 목분으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이거나, 상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌 또는 폴리아미드일 수 있다.
상기 보강홈(110a, 120a)이 형성된 도 4 내지 9의 트렁크에서 트렁크 본체 두께(110W)와 보강부 두께(120W) 비는 1:0.66~1:3일 수 있다. 상기 보강홈(110a, 120a)을 형성하는 트렁크 본체(110)와 보강부(120)의 두께비가 1:0.66~1:3을 벗어나는 경우, 보강부 두께가 얇아져, 미성형이 발생할 수 있으며, 보강부의 두께가 증가할 경우, 중량 대비 성능 증가 폭이 낮아져 제품의 중량을 증가 시키는 문제점이 있다.
또한, 본 발명의 도 7을 참고하면, 상기 보강부의 두께(120W)와 리브 폭(W)의 비는 1:1~1:2.5일 수 있다. 상기 보강홈(120a)을 형성하는 보강부(120)의 두께와 리브 폭(W)의 비가 1:1 미만인 경우, 리브의 길이 대비 폭이 얇아 사출성형 후 제품 취출간 리브 변형 및 취출성이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 1:2.5을 초과하는 경우 리브와 연결된 제품 상단면에서 Sink Mark(사출 후 빨림 현상)가 발생되는 문제점이 있다.
본 발명에서 상기 트렁크는 이에 제한되지 않으나, 프런트 트렁크일 수 있다. 보강홈(110a, 120a)과 리브(121, 122)가 형성된 도 4 내지 도 9의 트렁크(100)의 경우 보강홈(110a, 120a)과 리브가 형성되지 않은 도 1 내지 3의 트렁크(100)에 비해 1/5 수준으로 경량화가 가능하면서, 100kg 적재량에 대한 처짐량도 5 mm 이하 수준으로 프런트 트렁크가 적용되는 차종에 적합하다.
또한, 도 10을 참고하면, 상기 보강부(120) 위에 보호층(130)을 더 포함할 수 있다. 상기 보호층(130)을 추가하여, 보다 쳐짐량을 감소시킬 수 있으며, 트렁크 본체(110)와 보강부(120)을 두께를 얇게 하여 경량화 효과를 가져올 수 있다. 상기 보호층(130)으로는 부직포 등이 적합하나, 이에 제한되지 않는다.
다른 하나의 양태로, 본 발명은 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재를 포함하는 트렁크 본체; 및 장섬유 강화 열가소성 수지 또는 친환경 목분 강화 열가소성 수지로 구성된 보강부를 포함하는, 트렁크를 제공한다.
도 1 내지 3을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 트렁크는 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재를 포함하는 트렁크 본체(110); 및 장섬유 강화 열가소성 수지 또는 친환경 목분 강화 열가소성 수지로 구성된 보강부(120)를 포함한다.
상기 트렁크(100)는 트렁크 본체(110), 보강부(120)를 포함하며, 전술한 바와 같은 제조방법에 의해 제조된다.
상기 트렁크 본체(110)는 상기 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재를 사용함으로써 소정의 형상을 더욱 견고하게 구현할 수 있으므로 트렁크의 구조적 강성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 트렁크 자체를 경량화할 수 있다. 상기 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재는 강화섬유 40~70 중량% 및 열가소성 수지 30~60 중량%를 포함하는데, 상기 강화 섬유의 함량이 70 중량%를 초과하는 경우, 수지량 대비 섬유량 비중이 높아져 성형간 섬유 쏠림/뭉침 및 섬유간 수지가 미함침되는 문제가 발생될 수 있다. 섬유간 수지가 미함침될 경우, 계면 파단이 발생되어 구조적 파손이 쉽게 발생되는 문제점이 있으며, 강화 섬유 함량이 40 중량% 미만인 경우 구조적 강성을 만족하지 못하게 된다.
상기 보강부(120)는 장섬유 강화 열가소성 수지로 구성되며, 강화섬유 20~40 중량% 및 열가소성 수지 60~80 중량%를 포함한다. 또한, 상기 친환경 목분 강화 열가소성 수지로 구성되는 경우 친환경 목분 20~40 중량% 및 열가소성 수지 60~80 중량%를 포함한다. 상기 강화섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이거나, 상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌 또는 폴리아미드일 수 있다. 상기 강화 섬유의 함량이 40 중량%를 초과하는 경우, 사출 공정 간 성형기 스크류(Screw)에 섬유가 뭉쳐 장비 손상이 발생될 수 있으며, 성형 불량(섬유 뭉침 및 섬유 외부 드러남)의 문제점이 발생되며, 강화 섬유 함량이 20 중량% 미만인 경우 요구 성능을 만족하지 못하게 된다.
상기 장섬유 강화 열가소성 수지는 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재에 비해 저렴하여 비용 절감을 효과를 가져올 수 있으며, 디자인 역시 자유롭게 성형할 수 있으며, 다양하고 표면이 보다 균일한 외관을 용이하게 구현할 수 있는 장점이 있으며, 트렁크 본체(110)와 연결하여 국부적 형상을 보강하는 장점이 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 도 1 내지 3의 트렁크에서 트렁크 본체 두께(110W)와 보강부 두께(120W)의 비는 1.5:1~1:1일 수 있다. 상기 트렁크 본체(110)와 보강부(120)의 두께비가 1.5:1~1:1 범위를 벗어나면 트렁크 전체적으로 무게가 증가하게 되거나, 처짐량(deflection)이 5.8 이상으로 증가하여 트렁크 특히, 경량화가 요구되는 프론트 트렁크에 부적합하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 도 4 내지 도 9의 트렁크(100)에 있어서, 트렁크 본체(110)와 보강부(120)는 보강홈(110a, 120a)이 형성될 수 있고, 상기 보강홈(120a)에 위치하여 서로 교차된 복수의 리브(121, 122)를 더 포함할 수 있다. 상기 리브는 X축을 따라 형성된 가로 방향 리브(121)와 Y축을 따라 형성된 세로 방향 리브(122)가 서로 교차되어 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 3의 트렁크에 비해, 도 4 내지 도 9의 트렁크의 경우, 보강홈, 리브를 더 포함하여도 적재에 의해 하중이 트렁크 바닥뿐만 아니라, 측면으로 골고루 분산되게 되어 보강홈(110a, 120a)과 리브(121, 122)가 형성되지 않은 도 1 내지 도 3의 트렁크에 비해 처짐량이 현저히 감소하게 되고, 1/5 수준으로 경량화가 가능하여 프론트 프렁크로 적합하다.
상기 리브(121, 122)는 장섬유 강화 열가소성 수지 복합체 또는 친환경 목분 강화 열가소성 수지로 형성되거나, 상기 리브의 폭은 1 내지 6mm로 형성될 수 있으며, 본 발명의 도 6을 참고하면, 상기 보강부의 두께(120W)와 리브 폭(W)의 비는 1:1~1:2.5일 수 있다. 상기 보강홈(120a)을 형성하는 보강부(120)의 두께와 리브 폭(W)의 비가 1:1 미만인 경우, 리브의 길이 대비 폭이 얇아 사출성형 후 제품 취출간 리브 변형 및 취출성이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 1:2.5을 초과하는 경우 리브와 연결된 제품 상단면에서 Sink Mark(사출 후 빨림 현상)가 발생되는 문제점이 있다.
도 4 내지 9의 트렁크를 참고하면, 트렁크 본체 두께(110W)와 보강부 두께(120W)의 비는 1:0.66~1:3일 수 있다. 상기 보강홈(110a, 120a)을 형성하는 트렁크 본체(110)와 보강부(120)의 두께비가 1:0.66~1:3을 벗어나는 경우, 보강부 두께가 얇아져, 미성형이 발생할 수 있으며, 보강부의 두께가 증가할 경우, 중량 대비 성능 증가 폭이 낮아져 제품의 중량을 증가 시키는 문제점이 있다.
또한, 본 발명에서, 도 10을 참고하면, 상기 보강부(120) 위에 보호층(130)을 더 포함할 수 있다. 상기 보호층(130)을 추가하여, 보다 쳐짐량을 감소시킬 수 있으며, 트렁크 본체(110)와 보호층(130) 두께를 얇게 하여 경량화 효과를 가져올 수 있다. 상기 보호층(130)의 재질은 제한되지 않는다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 트렁크의 제조
트렁크 본체를 형성하기 위하여, 유리 섬유 60 중량%, 폴리프로필렌 40 중량%를 포함하는 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재(CFT)를 사용하였다.
보강부와 리브를 형성하기 위하여, 유리 섬유 30 중량%, 폴리프로필렌 70 중량%를 포함하는 장섬유 강화 열가소성 수지(LFT)를 사용하였다.
상기 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재(CFT)를 금형에 비치한 후, 압축 성형하여 트렁크 본체를 형성하였다. 이때, 트렁크 본체는 0.5mm 두께로 형성하였다.
상기 금형에 트렁크 본체가 위치한 상태에서 상기 장섬유 강화 열가소성 수지 복합체(LFT)를 배치하고, 원샷 오버 몰딩 공법을 이용하여 보강부의 두께가 0.5mm가 되도록 사출 성형하였다. 또한, 트렁크 본체와 보강부에 보강홈을 추가로 형성하고, 상기 보강홈에 복수 개의 리브를 형성하였다. 이 때, 상기 리브의 폭을 2.0mm로 하여, 트렁크의 총 무게가 837.2g으로 제조하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일하게 제조하되, 0.5mm 트렁크 본체의 두께, 0.5mm 보강부 두께, 0.5mm 리브의 폭 대신에 트렁크 본체의 두께를 1.0mm, 보강부의 두께를 1.0 mm, 리부의 폭을 0.5mm로 하여 트렁크의 총 무게가 1,305.0g으로 제조하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일하게 제조하되, 0.5mm 트렁크 본체의 두께, 0.5mm 보강부 두께, 0.5mm 리브의 폭 대신에 트렁크 본체의 두께를 1.0mm, 보강부의 두께를 1.0 mm, 리부의 폭을 1.0mm로 하여 트렁크의 총 무게가 1,397.0g으로 제조하였다.
실시예 4
실시예 1과 동일하게 제조하되, 0.5mm 트렁크 본체의 두께, 0.5mm 보강부 두께, 0.5mm 리브의 폭 대신에 트렁크 본체의 두께를 1.0mm, 보강부의 두께를 1.0 mm, 리부의 폭을 1.5mm로 하여 트렁크의 총 무게가 1,444.0g으로 제조하였다.
실시예 5
실시예 1과 동일하게 제조하되, 0.5mm 트렁크 본체의 두께, 0.5mm 보강부 두께, 0.5mm 리브의 폭 대신에 트렁크 본체의 두께를 1.0mm, 보강부의 두께를 1.0 mm, 리부의 폭을 2.0mm로 하여 트렁크의 총 무게가 1,490.0g으로 제조하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일하게 제조하되, 0.5mm 트렁크 본체의 두께, 0.5mm 보강부 두께, 0.5mm 리브의 폭 대신에 트렁크 본체의 두께를 0.5mm, 보강부의 두께를 0.5mm, 리부의 폭을 1.0mm로 하여 트렁크의 총 무게가 744.9g으로 제조하였다.
비교예 2
실시예 1과 동일하게 제조하되, 0.5mm 트렁크 본체의 두께, 0.5mm 보강부 두께, 0.5mm 리브의 폭 대신에 트렁크 본체의 두께를 0.5mm, 보강부의 두께를 0.5mm, 리부의 폭을 1.5mm로 하여 트렁크의 총 무게가 791.0g으로 제조하였다.
비교예 3
실시예 1과 동일하게 제조하되, 0.5mm 트렁크 본체의 두께, 0.5mm 보강부 두께, 0.5mm 리브의 폭 대신에 트렁크 본체의 두께를 2.0mm, 보강부의 두께를 2.0mm, 리부의 폭을 0.5mm로 하여 트렁크의 총 무게가 2,656.0g으로 제조하였다.
비교예 4
실시예 1과 동일하게 제조하되, 0.5mm 트렁크 본체의 두께, 0.5mm 보강부 두께, 0.5mm 리브의 폭 대신에 트렁크 본체의 두께를 2.0mm, 보강부의 두께를 2.0mm, 리부의 폭을 1.0mm로 하여 트렁크의 총 무게가 2,703.0g으로 제조하였다.
실시예 6
트렁크 본체를 형성하기 위하여, 유리 섬유 60 중량%, 폴리프로필렌 40 중량%를 포함하는 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재(CFT)를 사용하였다.
보강부와 리브를 형성하기 위하여, 친환경 목분 30 중량%, 폴리프로필렌 70 중량%를 포함하는 친환경 목분 강화 열가소성 수지(MWF)를 사용하였다.
상기 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재(CFT)를 금형에 비치한 후, 압축 성형하여 트렁크 본체를 형성하였다. 이때, 트렁크 본체는 1.0mm 두께로 형성하였다.
상기 금형에 트렁크 본체가 위치한 상태에서 상기 친환경 목분 강화 열가소성 수지를 배치하고, 원샷 오버 몰딩 공법을 이용하여 보강부의 두께가 1.0mm가 되도록 사출 성형하였다. 또한, 트렁크 본체와 보강부에 보강홈을 추가로 형성하고, 상기 보강홈에 복수 개의 리브를 형성하였다. 이 때, 상기 리브의 폭을 1.0mm로 하여, 트렁크의 총 무게가 1,285.0g으로 제조하였다.
실시예 7
실시예 6과 동일하게 제조하되, 1.0mm 트렁크 본체의 두께, 1.0mm 보강부 두께, 1.0mm 리브의 폭 대신에 트렁크 본체의 두께를 1.0mm, 보강부의 두께를 1.0mm, 리부의 폭을 1.5mm로 하여 트렁크의 총 무게가 1,325.0g으로 제조하였다.
실시예 8
실시예 6와 동일하게 제조하되, 1.0mm 트렁크 본체의 두께, 1.0mm 보강부 두께, 1.0mm 리브의 폭 대신에 트렁크 본체의 두께를 1.0mm, 보강부의 두께를 1.0mm, 리부의 폭을 2.0mm로 하여 트렁크의 총 무게가 1,365.0g으로 제조하였다.
비교예 5
실시예 5와 동일하게 제조하되, 1.0mm 트렁크 본체의 두께, 1.0mm 보강부 두께, 1.0mm 리브의 폭 대신에 트렁크 본체의 두께를 0.5mm, 보강부의 두께를 0.5mm, 리부의 폭을 2.0mm로 하여 트렁크의 총 무게가 762.8g으로 제조하였다.
비교예 6
실시예 5와 동일하게 제조하되, 1.0mm 트렁크 본체의 두께, 1.0mm 보강부 두께, 1.0mm 리브의 폭 대신에 트렁크 본체의 두께를 1.0mm, 보강부의 두께를 1.0mm, 리부의 폭을 0.5mm로 하여 트렁크의 총 무게가 1,245.0g으로 제조하였다.
비교예 7
실시예 5와 동일하게 제조하되, 1.0mm 트렁크 본체의 두께, 1.0mm 보강부 두께, 1.0mm 리브의 폭 대신에 트렁크 본체의 두께를 2.0mm, 보강부의 두께를 2.0mm, 리부의 폭을 0.5mm로 하여 트렁크의 총 무게가 2,450.0g으로 제조하였다.
비교예 8
실시예 5와 동일하게 제조하되, 1.0mm 트렁크 본체의 두께, 1.0mm 보강부 두께, 1.0mm 리브의 폭 대신에 트렁크 본체의 두께를 2.0mm, 보강부의 두께를 2.0mm, 리부의 폭을 1.0mm로 하여 트렁크의 총 무게가 2,491.0g으로 제조하였다.
실험예: 트렁크의 처짐량 측정 결과 분석
상기 실시예 1 내지 7과 비교예 1 내지 8의 트렁크를 이용하여, 중량 100Kg에 따른 처짐량(Deflection)을 확인하기 위하여 해석적 검토를 진행하였다.
하기의 표 1은 실시예 1 내지 7과 비교예 1 내지 8의 제조방법에 따른 트렁크의 처짐량(Deflection)을 나타낸 것이다.
[표 1]
Figure 112020023182776-pat00001
표 1에서 확인할 수 있 듯이, 실시예 1 내지 8의 경우, 처짐량이 5.0mm 미만이였으나, 비교예 1 내지 8의 경우는 처짐량이 너무 커서 프론트 트렁크로 적합하지 않은 것을 알 수 있었다. 또한, 상기 보강부의 두께와 리브 폭의 비는 1:1~1:2.5인 경우 처짐량이 가장 작은 것을 알 수 있었다.
더불어, 실시예 5(장섬유 강화 열가소성 수지 사용)와 실시예 8(친환경 목분 강화 열가소성 수지 사용)의 결과를 살펴보면, 실시예 8(처짐량: 3.239)이 실시예 5(처짐량: 2.254)에 비해 처짐량은 조금 떨어지나 요구성능에 만족하고 있으며, 더욱 경량인 것을 확인할 수 있다.
100: 트렁크 110: 트렁크 본체
110a: 보강홈 110W: 트렁크 본체 두께
120: 보강부 120a: 보강홈
120W: 보강부 두께 121: 가로 리브
122: 세로 리브 W: 리브 폭
130: 보호층

Claims (21)

  1. 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재를 금형에 배치하는 단계;
    상기 복합재를 압축 성형하여 트렁크 본체를 형성하는 단계; 및
    상기 금형에 상기 트렁크 본체가 위치한 상태에서 친환경 목분 강화 열가소성 수지를 배치하여 보강부를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 트렁크 본체와 보강부에는 보강홈이 형성되어 있고,
    상기 보강부의 보강홈에는 서로 교차된 복수의 친환경 목분 강화 열가소성 수지로 구성된 리브를 포함하며,
    상기 친환경 목분 강화 열가소성 수지는 목분 20~40 중량% 및 열가소성 수지 60~80 중량%를 포함하고,
    상기 보강부의 두께와 리브 폭의 비는 1:1~1:2.5인 것인,
    트렁크의 제조방법.
  2. 제1항에서, 상기 트렁크 본체와 보강부의 두께비는 1.5:1~1:1인 것인, 트렁크의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 트렁크 본체와 보강부 또는 보강홈이 형성된 트렁크 본체와 보강부 그리고 리브는 하나의 금형 내에서 형성되는 것인, 트렁크의 제조방법.
  6. 제1항에서, 상기 리브의 폭은 1 내지 6mm로 형성되는 것인, 트렁크의 제조방법.
  7. 제1항에서, 상기 보강홈이 형성된 트렁크 본체와 보강부의 두께비는 1:0.66~1:3인 것인, 트렁크의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에서, 상기 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재는 강화섬유 40~70 중량% 및 열가소성 수지 30~60 중량%를 포함하는 것인, 트렁크의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제9항에서,
    상기 강화섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이거나,
    상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌 또는 폴리아미드인 것인, 트렁크의 제조방법.
  13. 삭제
  14. 연속섬유 강화 열가소성 수지 복합재를 포함하는 트렁크 본체; 및
    친환경 목분 강화 열가소성 수지로 구성된 보강부를 포함하고,
    상기 트렁크 본체와 보강부는 보강홈이 형성되며,
    상기 보강부의 보강홈에는 서로 교차된 복수의 친환경 목분 강화 열가소성 수지로 구성된 리브를 포함하고,
    상기 친환경 목분 강화 열가소성 수지는 목분 20~40 중량% 및 열가소성 수지 60~80 중량%를 포함하고,
    상기 보강부의 두께와 리브 폭의 비는 1:1~1:2.5인 것인,
    트렁크.
  15. 제14항에서, 상기 트렁크 본체와 보강부의 두께비는 1.5:1~1:1인 것인, 트렁크.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제14항에서
    상기 트렁크 본체와 보강부 또는 보강홈이 형성된 트렁크 본체와 보강부 그리고 리브는 하나의 금형 내에서 형성되는 것인, 트렁크.
  19. 제14항에서, 상기 리브의 폭은 1 내지 6mm로 형성되는 것인, 트렁크.
  20. 제14항에서, 상기 보강홈이 형성된 트렁크 본체와 보강부의 두께비는 1:0.66~1:3인 것인, 트렁크.
  21. 삭제
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