KR20170038395A - 하이브리드 임팩트 빔 - Google Patents

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KR20170038395A
KR20170038395A KR1020150137708A KR20150137708A KR20170038395A KR 20170038395 A KR20170038395 A KR 20170038395A KR 1020150137708 A KR1020150137708 A KR 1020150137708A KR 20150137708 A KR20150137708 A KR 20150137708A KR 20170038395 A KR20170038395 A KR 20170038395A
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impact beam
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glass fiber
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이현철
조은정
이문용
배민관
이지성
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코오롱인더스트리 주식회사
주식회사 성우하이텍
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Abstract

본 발명의 하이브리드 임팩트 빔은, (ⅰ) 하이브리드 임팩트 빔(A)의 전체길이(L)을 따라 위치하는 금속재(1); (ⅱ) 상기 금속재(1) 상에 아라미드 섬유와 수지로 이루어진 아라미드 섬유 프리프레그(2)와 유리섬유와 수지로 이루어진 유리섬유 프리프레그(3)가 적층되어 있는 베이스 보강부(X); 및 (ⅲ) 상기 베이스 보강부(X)의 중앙부분에 상기 아라미드 섬유 프리프레그(2)와 유리섬유 프리프레그(3)가 추가로 더 적층되어 있는 중앙 보강부(Y);를 포함하며, 하이브리드 임팩트 빔(A) 중에서 상기 중앙 보강부(Y)가 형성된 부분의 두께 대비 하이브리드 임팩트 빔(A) 중에서 상기 베이스 보강부(X)만 형성된 부분의 두께 비율은 60~90%이고, 상기 중앙 보강부(Y)는 하이브리드 임팩트 빔의 전체길이(L)의 중심점에서 좌우방향으로 대칭되게 연장되면서 길이(ℓ)가 하이브리드 임팩트 빔 전체길이(L)의 25~60%이고, 상부 프랜지(F)와, 하부프랜지(f) 및 웨브(W)로 이루어진 모자형태의 개폐형 단면을 구비한다.
본 발명은 종래 임팩트 빔 보다 무게가 가벼워 자동차 연비를 향상시킬 수 있고, 자동차 충돌시 충격 에너지 흡수 능력을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

하이브리드 임팩트 빔{Hybrid impact beam}
본 발명은 중앙 보강부를 구비하는 하이브리드 임팩트 빔에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 금속재(1), 아라미드 프리프레그(2) 및 유리섬유 프리프레그(3)들로 이루어지고 임팩트 빔의 중심부에 중앙 보강부(Y)가 형성되어 경량성과 충격흡수성능이 우수한 자동차 도어용 하이브리드 임팩트 빔에 관한 것이다.
자동차 도어용 임팩트 빔은 자동차 도어내의 프레임에 지지, 설치되어 자동차의 측면 충돌시 충격에너지를 흡수, 차단하여 자동차 탑승자를 보호하는 역할을 한다.
이하, 본 발명에서는 섬유로 강화된 수지재료, 다시 말해 섬유/ 수지 복합재료를 "프리프레그(Prepreg)"라고 한다.
종래 자동차 도어용 임팩트 빔으로는 중공 금속봉이 널리 사용되어 왔으나, 상기 중공 금속봉은 무게가 무거워 자동차의 연비가 떨어지는 문제가 있었다.
또 다른 종래의 자동차 도어용 충격흡수봉(임팩트 빔)으로서 대한민국 공개 실용신안 제1996-21081호에서는 유리섬유로 강화된 수지재료인 유리섬유 / 수지 복합재료(유리섬유 프리프레그) 및 탄소섬유로 강화된 수지재료인 탄소섬유 고분자 복합재료(탄소섬유 프리프레그)로 제작된 충격흡수환봉의 중앙 또는 좌우 양측에 상기 유리섬유 프리프레그 및 탄소섬유 프리프레그로 제작된 충격흡수보강봉을 형성시킨 임팩트 빔을 게재하고 있다.
그러나, 상기 임팩트 빔은 금속재료를 포함하지 않고 모두 프리프레그 소재로만 구성되기 때문에 무게가 가벼워 자동차의 연비는 향상시킬 수 있지만 진동감쇄특성이 낮은 유리섬유 및 탄소섬유만 포함하기 때문에 내충격성이 저하되어 임팩트 빔의 고유기능이 떨어지는 문제가 있었다.
또 다른 종래의 자동차 도어용 충격흡수봉(임팩트 빔)으로서 대한민국 공개특허 제10-2010-26005호에서는 (ⅰ) 중공형 알루미늄 봉과, (ⅱ) 상기 중공형 알루미늄 봉 위에 일방향 탄소섬유 강화 복합재료가 적층된 중간 흡수봉 및, (ⅲ) 상기 중간 흡수봉 위에 직물형 탄소섬유 강화 복합재료가 적층된 외부 흡수봉으로 이루어진 임팩트 빔을 게재하고 있다.
그러나, 상기 임팩트 빔은 중공형 알루미늄 봉을 포함하기 때문에 무게가 무거워 자동차의 연비가 떨어지고, 중간 흡수봉 및 외부흡수봉에는 진동감쇄 특성이 낮은 탄소섬유만 포함되어 내충격성도 충분히 향상되지 못하는 문제가 있었다.
또 다른 종래의 자동차 도어용 임팩트 빔으로서 대한민국 공개특허 제10-2002-036199호에서는 양측단부에 비해 중앙부의 단면이 큰 장방향의 형태를 갖고, 섬유강화 고분자 복합재료로 이루어진 자동차 도어용 임팩트 빔을 게재하고 있다.
그러나 상기 임팩트 빔은 금속재료를 포함하지 않아 무게가 가벼워져 자동차의 연비는 향상시킬 수 있으나, 충격흡수 성능이 떨어지는 문제가 있었다.
본 발명의 과제는 무게가 가벼워 자동차 연비를 향상시킬 수 있으며 자동차 충돌시 충격흡수성능도 뛰어난 자동차 도어용 하이브리드 임팩트 빔을 제공하는 것이다.
이와 같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에서는 (ⅰ) 하이브리드 임팩트 빔(A)의 전체길이(L)을 따라 위치하는 금속재(1); (ⅱ) 상기 금속재(1) 상에 아라미드 섬유와 수지로 이루어진 아라미드 섬유 프리프레그(2)와 유리섬유와 수지로 이루어진 유리섬유 프리프레그(3)가 적층되어 있는 베이스 보강부(X); 및 (ⅲ) 상기 베이스 보강부(X)의 중앙부분에 상기 아라미드 섬유 프리프레그(2)와 유리섬유 프리프레그(3)가 추가로 더 적층되어 있는 중앙 보강부(Y);를 포함하는 자동차 도어용 하이브리드 임팩트 빔을 제조한다.
이때, 하이브리드 임팩트 빔(A) 중에서 상기 중앙 보강부(Y)가 형성된 부분의 두께 대비 하이브리드 임팩트 빔(A) 중에서 상기 베이스 보강부(X)만 형성된 부분의 두께 비율은 60~90%가 되도록 조절한다.
본 발명은 무게가 가벼워 자동차 연비를 향상시킬 수 있고, 자동차 충돌시 충격흡수 성능도 뛰어나다.
도 1은 본 발명의 사시사진.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 길이방향 단면 개략도.
도 4(a) 내지 도 4(e)는 본 발명의 폭방향 단면도.
이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 자동차 도어용 하이브리드 임팩트 빔은 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 (ⅰ) 하이브리드 임팩트 빔(A)의 전체길이(L)을 따라 위치하는 금속재(1); (ⅱ) 상기 금속재(1) 상에 아라미드 섬유와 수지로 이루어진 아라미드 섬유 프리프레그(2)와 유리섬유와 수지로 이루어진 유리섬유 프리프레그(3)가 적층되어 있는 베이스 보강부(X); 및 (ⅲ) 상기 베이스 보강부(X)의 중앙부분에 상기 아라미드 섬유 프리프레그(2)와 유리섬유 프리프레그(3)가 추가로 더 적층되어 있는 중앙 보강부(Y);를 포함한다.
상기 중앙 보강부(Y)는 하이브리드 임팩트 빔의 전체길이(L)의 중심점에서 좌우방향으로 대칭되게 연장되면서 길이(ℓ)가 하이브리드 임팩트 빔 전체길이(L)의 25~60%, 하이브리드 임팩트 빔(A) 중에서 상기 중앙 보강부(Y)가 형성된 부분의 두께 대비 하이브리드 임팩트 빔(A) 중에서 상기 베이스 보강부(X)만 형성된 부분의 두께 비율은 60~90%이다.
이때 상기 중앙 보강부(Y)의 길이(ℓ)는 임팩트 빔의 전체길이(L) 대비 50%를 초과하면 충격흡수능력 대비 경량화 효율이 저하될 수 있고, 25% 미만이면 충격흡수능력이 유의미하게 향상되지 않을 수 있다. 또한, 상기 베이스 보강부(X)만 형성된 부분의 두께 비율이 90%를 초과하면 보강효과가 미비하고, 60% 미만이면 베이스 보강부(X)와 중앙보강부(Y)가 만나는 경계면에 하중이 집중되어 파손이 쉽게 발생할 수 있다.
또한, 본 발명은 도 1 및 도 4(a) 내지 도(e)에 도시된 바와 같이 상부 프랜지(F)와, 하부프랜지(f) 및 웨브(W)로 이루어진 모자형태의 개폐형 단면을 구비한다.
상기 상부 프랜지(F), 웨브(W)가 이루는 각도는 90~135°인 것이 하중이나 충격을 받았을 때 웨브가 무너져 충격흡수효과가 저하되는 것을 방지할 수 있어 바람직하다.
또한, 상부 프랜지(F)개수는 1~3개이고, 하부프랜지(f) 개수는 2~4이고, 웨브(W)개수는 2~8개인 것이 바람직하다.
또한, 상부 프랜지(F) 길이는 하부 프랜지(f) 길이 대비 1.5~3.0배인 것이 충격을 받았을 때 각 프랜지(F, f)단면의 형태안정성을 높일 수 있어 바람직하다.
한편, 상기 베이스 보강부(X)와 중앙 보강부(Y) 각각의 최외각층은 상기 아라미드 섬유 프리프레그(2)로 구성인 것이 충격흡수 성능을 향상시키는데 바람직하다.
상기 아라미드 섬유 프리프레그(2)는 아라미드 섬유들이 일방향으로 배열되어 있는 아라미드 UD(Uni-Directional) 시트이거나 아라미드 섬유로 제직된 아라미드 직물일 수도 있다.
상기 유리섬유 프리프레그(3)는 유리섬유들이 일방향으로 배열되어 있는 유리섬유 UD시트 이거나 유리섬유로 제직된 유리섬유 직물일 수도 있다.
상기 아라미드 섬유 프리프레그가 아라미드 UD 시트인 경우 하이브리드 임팩트 빔의 길이방향으로 상기 아라미드 섬유들이 배열되게 하는 것이 굽힘특성 등을 개선하는데 바람직하다.
상기 유리섬유 프리프레그가 유리섬유 UD 시트인 경우 하이브리드 임팩트 빔의 길이방향으로 상기 유리섬유들이 배열되게 하는 것이 굽힘특성 등을 개선하는데 바람직하다.
상기 베이스 보강부(X) 및 중앙 보강부(Y) 각각은 아라미드 섬유들이 서로 다른 방향으로 배열되어 있는 아라미드 섬유 UD 시트들을 포함, 예시적으로 (ⅰ) 아라미드 섬유들이 하이브리드 임팩트 빔의 길이방향으로 배열되어 있는 아라미드 섬유 UD 시트와 (ⅱ) 아라미드 섬유들이 하이브리드 임팩트 빔의 길이방향과 수직을 이루는 방향으로 배열되어 있는 아라미드 섬유 UD 시트를 동시에 포함, 하는 것이 굽힘특성의 물성을 개선하는데 더욱 바람직하다.
하이브리드 임팩트 빔(A)에 포함된 유리섬유 프리프레그(3)의 전체 중량은 하이브리드 임팩트 빔(A)에 포함된 아라미드 섬유 프리프레그(2)의 전체중량대비 5~15배인 것이 경량성과 충격흡수성능을 동시에 향상시키는데 보다 바람직하다.
상기 아라미드 섬유 프리프레그(2) 및 유리섬유 프리프레그(3) 각각에 함침된 수지 함량은 30~50중량%인 것이 바람직하고, 상기 수지는 에폭시 수지, 페놀 수지 등과 같은 열경화성 수지일 수도 있고, 나일론 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에스테르 수지 등과 같은 열가소성 수지일 수도 있다.
상기 아라미드 섬유 프리프레그(2) 및 유리섬유 프리프레그(3) 각각에 포함되는 아라미드 섬유 직물과 유리섬유 직물들은 평직, 능직 또는 주자직 조직으로 제직된 직물이며, 치수안정과 성형성 개선 측면에서 능직 또는 주자직된 직물인 것이 보다 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 자동차 도어용 하이브리드 임팩트 빔을 제조하는 방법 일례에 대하여 살펴본다.
먼저, 도 4(a) 내지 도 4(e)와 같이 상부프랜지(F), 하부프랜지(f) 및 웨브(W)들로 이루어진 모자형태의 개폐형 단면을 구비하는 알루미늄 등의 금속재(1) 상에 아라미드 섬유 프리프레그(2)와 유리섬유 프리프레그(3)들을 적층하며 베이스 보강부(X)를 형성한다.
계속해서 상기 베이스 보강부(X)의 중심부에만 아라미드 섬유 프리프레그(2)와 유리섬유 프리프레그(3)들을 적층하여 길이가(ℓ)가 베이스 보강부(X)의 길이(L) 대비 25~60%인 중앙 보강부(Y)를 형성한다.
이때, 하이브리드 임팩트 빔(A) 중에서 상기 중앙 보강부(Y)가 형성된 부분의 두께 대비 하이브리드 임팩트 빔(A) 중에서 상기 베이스 보강부(X)만 형성된 부분의 두께 비율은 60~90%가 되도록 한다.
계속해서, 금속재(1) 상에 적층되어 베이스 보강부(X)와 중앙 보강부(Y)를 형성하는 상기 아라미드 섬유 프리프레그(2)와 유리섬유 프리프레그(3)들을 가열/가압 처리하여 본 발명에 따른 자동차 도어용 하이브리드 임팩트 빔을 제조한다.
이하, 실시예 및 비교실시예들을 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 구현일례일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예 1
먼저, (ⅰ) 아라미드 섬유들이 수평방향(임팩트 빔의 길이방향)으로 배열되어 있으며 에폭시 수지가 35중량% 함침되어 중량이 150g/㎡인 0°UD타입의 아라미드 섬유 프리프레그(이하 "0°아라미드 섬유 프리프레그"라고 약칭한다)와, (ⅱ) 아라미드 섬유들이 수직방향(임팩트 빔의 폭방향)으로 배열되어 있으며 에폭시 수지가 35중량% 함침되어 중량이 150g/㎡인 90°UD타입의 아라미드 섬유 프리프레그(이하 "90°아라미드 섬유 프리프레그"라고 약칭한다)와, (ⅲ) 중량이 480g/㎡인 능직조직의 유리섬유 직물 프리프레그를 각각 준비하였다.
다음으로, 도 4(b)와 같이 상부 프랜지(F) 2개와 웨브(W) 6개로 이루어진 모자형태의 개폐형 단면을 구비하는 알루미늄(1) 전체길이에 0°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층한 다음, 그 위에 90°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층한 다음, 그 위에 0°유리섬유 직물 프리프레그를 4회 적층한 다음, 그 위에 90°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층한 다음, 그 위에 0°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층하여 베이스 보강부(X)를 형성하였다
다음으로, 상기 베이스 보강부(X)의 전체길이 중 중심부 다시 말해 베이스 보강부(X)의 중심점에서 베이스 보강부(X)의 길이방향을 따라 좌측방향과 우측방향 각각으로 베이스 보강부(X)의 전체길이대비 20%인 거리까지 연장된 영역에만 상기 0°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층하고, 그 위에 90°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층하고, 그 위에 유리섬유 직물 프레프레그 2회 적층하고, 그 위에 90°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층하고, 그 위에 0°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층하여 중앙 보강부(Y)를 형성하였다.
이때, 상기 중앙 보강부(Y)가 형성된 부분의 두께 대비 상기 베이스 보강부(X)만 형성된 부분의 두께 비율은 76% 이였다.
다음으로는, 상기와 같이 적층되어 베이스 보강부(X)와 중앙 보강부(Y)를 형성하고 있는 0°아라미드 섬유 프리프레그, 90°아라미드 섬유 프리프레그 및 유리섬유 직물 프리프레그들을 가열 및 압축 성형하여 하이브리드 임팩트 빔을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 하이브리드 임팩트 빔의 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.
실시예 2
먼저, (ⅰ) 아라미드 섬유들이 수평방향(임팩트 빔의 길이방향)으로 배열되어 있으며 에폭시 수지가 35중량% 함침되어 중량이 150g/㎡인 0°UD타입의 아라미드 섬유 프리프레그(이하 "0°아라미드 섬유 프리프레그"라고 약칭한다)와, (ⅱ) 아라미드 섬유들이 수직방향(임팩트 빔의 폭방향)으로 배열되어 있으며 에폭시 수지가 35중량% 함침되어 중량이 150g/㎡인 90°UD타입의 아라미드 섬유 프리프레그(이하 "90°아라미드 섬유 프리프레그"라고 약칭한다)와, (ⅲ) 중량이 480g/㎡인 능직조직의 유리섬유 직물 프리프레그를 각각 준비하였다.
다음으로, 도 4(b)와 같이 상부 프랜지(F) 2개와 웨브(W) 6개로 이루어진 모자형태의 개폐형 단면을 구비하는 알루미늄(1) 전체길이에 걸쳐 상기 0°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층한 다음, 그 위에 90°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층한 다음, 그 위에 유리섬유 직물 프리프레그를 9회 적층하여 베이스 보강부(X)를 형성하였다.
다음으로, 상기 베이스 보강부(X)의 전체길이 중 중심부 다시 말해 베이스 보강부(X)의 중심점에서 베이스 보강부(X)의 길이방향을 따라 좌측방향과 우측방향 각각으로 베이스 보강부(X)의 전체길이대비 20%인 거리까지 연장된 영역에만 상기 유리섬유 직물 프레프레그 4회 적층하고, 그 위에 90°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층하고, 그 위에 0°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층하여 중앙 보강부(Y)를 형성하였다.
이때, 상기 중앙 보강부(Y)가 형성된 부분의 두께 대비 상기 베이스 보강부(X)만 형성된 부분의 두께 비율은 76% 이였다.
다음으로는, 상기와 같이 적층되어 베이스 보강부(X)와 중앙 보강부(Y)를 형성하고 있는 0°아라미드 섬유 프리프레그, 90°아라미드 섬유 프리프레그 및 유리섬유 직물 프리프레그들을 가열 및 압축 성형하여 하이브리드 임팩트 빔을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 하이브리드 임팩트 빔의 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.
비교실시예 1
먼저, (ⅰ) 아라미드 섬유들이 수평방향(임팩트 빔의 길이방향)으로 배열되어 있으며 에폭시 수지가 35중량% 함침되어 중량이 150g/㎡인 0°UD타입의 아라미드 섬유 프리프레그(이하 "0°아라미드 섬유 프리프레그"라고 약칭한다)와, (ⅱ) 아라미드 섬유들이 수직방향(임팩트 빔의 폭방향)으로 배열되어 있으며 에폭시 수지가 35중량% 함침되어 중량이 150g/㎡인 90°UD타입의 아라미드 섬유 프리프레그(이하 "90°아라미드 섬유 프리프레그"라고 약칭한다)와, (ⅲ) 중량이 480g/㎡인 능직조직의 유리섬유 직물 프리프레그를 각각 준비하였다.
다음으로, 도 4(b)와 같이 상부 프랜지(F) 2개와 웨브(W) 6개로 이루어진 모자형태의 개폐형 단면을 구비하는 알루미늄(1) 전체길이에 걸쳐 상기 0°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층한 다음, 그 위에 90°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층한 다음, 그 위에 유리섬유 직물 프리프레그를 6회 적층한 다음, 그 위에 90°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층한 다음, 상기 0°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층하여 베이스 보강부(X)를 형성하였다.
다음으로, 상기 베이스 보강부(X)의 전체길이 중 중심부 다시 말해 베이스 보강부(X)의 중심점에서 베이스 보강부(X)의 길이방향을 따라 좌측방향과 우측방향 각각으로 베이스 보강부(X)의 전체길이대비 20%인 거리까지 연장된 영역에만 상기 0°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층한 다음, 그 위에 90°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층한 다음, 그 위에 유리섬유 직물 프리프레그를 8회 적층한 다음, 그 위에 90°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층한 다음, 그 위에 0°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층하여 중앙 보강부(Y)를 형성하였다.
이때, 상기 중앙 보강부(Y)가 형성된 부분의 두께 대비 상기 베이스 보강부(X)만 형성된 부분의 두께 비율은 58% 이였다.
다음으로는, 상기와 같이 적층되어 베이스 보강부(X)와 중앙 보강부(Y)를 형성하고 있는 0°아라미드 섬유 프리프레그, 90°아라미드 섬유 프리프레그 및 유리섬유 직물 프리프레그들을 가열 및 압축 성형하여 하이브리드 임팩트 빔을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 하이브리드 임팩트 빔의 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.
비교실시예 2
먼저, (ⅰ) 아라미드 섬유들이 수평방향(임팩트 빔의 길이방향)으로 배열되어 있으며 에폭시 수지가 35중량% 함침되어 중량이 150g/㎡인 0°UD타입의 아라미드 섬유 프리프레그(이하 "0°아라미드 섬유 프리프레그"라고 약칭한다)와, (ⅱ) 아라미드 섬유들이 수직방향(임팩트 빔의 폭방향)으로 배열되어 있으며 에폭시 수지가 35중량% 함침되어 중량이 150g/㎡인 90°UD타입의 아라미드 섬유 프리프레그(이하 "90°아라미드 섬유 프리프레그"라고 약칭한다)와, (ⅲ) 중량이 480g/㎡인 능직조직의 유리섬유 직물 프리프레그를 각각 준비하였다.
다음으로, 도 4(b)와 같이 상부 프랜지(F) 2개와 웨브(W) 6개로 이루어진 모자형태의 개폐형 단면을 구비하는 알루미늄(1) 전체길이에 걸쳐 상기 0°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층한 다음, 그 위에 90°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층한 다음, 그 위에 유리섬유 직물 프리프레그를 6회 적층하여 베이스 보강부(X)를 형성하였다.
다음으로, 상기 베이스 보강부(X)의 전체길이 중 중심부 다시 말해 베이스 보강부(X)의 중심점에서 베이스 보강부(X)의 길이방향을 따라 좌측방향과 우측방향 각각으로 베이스 보강부(X)의 전체길이대비 20%인 거리까지 연장된 영역에만 상기 유리섬유 직물 프레프레그 10회 적층하고, 그 위에 90°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층하고, 그 위에 0°아라미드 섬유 프리프레그를 1회 적층하여 중앙 보강부(Y)를 형성하였다.
이때, 상기 중앙 보강부(Y)가 형성된 부분의 두께 대비 상기 베이스 보강부(X)만 형성된 부분의 두께 비율은 53% 이였다.
다음으로는, 상기와 같이 적층되어 베이스 보강부(X)와 중앙 보강부(Y)를 형성하고 있는 0°아라미드 섬유 프리프레그, 90°아라미드 섬유 프리프레그 및 유리섬유 직물 프리프레그들을 가열 및 압축 성형하여 하이브리드 임팩트 빔을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 하이브리드 임팩트 빔의 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.
구분 실시예 1 실시예 2 비교실시예 1 비교실시예 2
철강 임팩트 빔 대비 경량화율(%) 30 30 30 30
삼점굽힘시험
최대하중
(kgf)
1,950 1,850 1,750 1,600
처짐(㎜) 75 63 70 60
아라미드 섬유 : 유리섬유 중량비 1:6 1:13 1:6 1:13
중앙보강부(Y)가 형성된 부분의 두께대비 베이스 보강부(X)만 형성된 부분의 두께비율(%)
76

76

58

53
* 삼점 굽힘시험 평가는 FMSVSS 214S 규격에 준하여 임팩트빔 단품을 12.7m/min 속도로 강제 변위를 적용하는 방법으로 실시하였다.
A : 하이브리드 임팩트 빔 X : 베이스 보강부
Y : 중앙 보강부 1 : 금속재
2 : 아라미드 프리프레그 3 : 유리섬유 프리프레그
L : 하이브리드 임팩트 빔(A)의 전체길이
ℓ: 중앙 보강부(Y)의 길이
F : 상부 프랜지
W : 웨브
F : 하부 프랜지

Claims (16)

  1. (ⅰ) 하이브리드 임팩트 빔(A)의 전체길이(L)을 따라 위치하는 금속재(1);
    (ⅱ) 상기 금속재(1) 상에 아라미드 섬유와 수지로 이루어진 아라미드 섬유 프리프레그(2)와 유리섬유와 수지로 이루어진 유리섬유 프리프레그(3)가 적층되어 있는 베이스 보강부(X); 및
    (ⅲ) 상기 베이스 보강부(X)의 중앙부분에 상기 아라미드 섬유 프리프레그(2)와 유리섬유 프리프레그(3)가 추가로 더 적층되어 있는 중앙 보강부(Y);를 포함하며, 하이브리드 임팩트 빔(A) 중에서 상기 중앙 보강부(Y)가 형성된 부분의 두께 대비 하이브리드 임팩트 빔(A) 중에서 상기 베이스 보강부(X)만 형성된 부분의 두께 비율은 60~90%인 것을 특징으로 하는 하이브리드 임팩트 빔.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중앙 보강부(Y)는 하이브리드 임팩트 빔의 전체길이(L)의 중심점에서 좌우방향으로 대칭되게 연장되면서 길이(ℓ)가 하이브리드 임팩트 빔 전체길이(L)의 25~60%인 것을 특징으로 하는 하이브리드 임팩 트 빔.
  3. 제1항에 있어서, 상부 프랜지(F)와, 하부프랜지(f) 및 웨브(W)로 이루어진 모자형태의 개폐형 단면을 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 임팩 트 빔.
  4. 제1항에 있어서, 상기 베이스 보강부(X)와 중앙 보강부(Y) 각각의 최외각층은 상기 아라미드 섬유 프리프레그(2)로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 임팩트 빔.
  5. 제3항에 있어서, 상기 상부 프랜지(F), 웨브(W)가 이루는 각도는 90~135°인 것을 특징으로 하는 하이브리드 임팩트 빔.
  6. 제1항에 있어서, 상기 아라미드 섬유 프리프레그(2)는 아라미드 섬유들이 일방향으로 배열되어 있는 아라미드 UD시트 및 아라미드 섬유들로 제직된 아라미드 직물 중에서 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 임팩트 빔.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유리섬유 프리프레그(3)는 유리섬유들이 일방향으로 배열되어 있는 유리섬유 UD시트 및 유리섬유로 제직된 유리섬유 직물 중에서 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 임팩트 빔.
  8. 제1항에 있어서, 상기 베이스 보강부(X)는 아라미드 섬유들이 서로 다른 방향으로 배열되어 있는 아라미드 섬유 UD시트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 임팩트 빔.
  9. 제1항에 있어서, 상기 중앙 보강부(Y)는 서로 다른 방향으로 배열되어 있는 아라미드 섬유 UD시트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 임팩트 빔.
  10. 제3항에 있어서, 상부 프랜지(F) 개수가 1~3개이고, 하부프랜지(f) 개수가 2~4개이고, 웨브(W) 개수가 2~8개인 것을 특징으로 하는 하이브리드 임팩트 빔.
  11. 제3항에 있어서, 상부 프랜지(F) 길이는 하부 프랜지(f) 길이 대비 1.5~3배인 것을 특징으로 하는 하이브리드 임팩트 빔.
  12. 제1항에 있어서, 하이브리드 임팩트 빔(A)에 포함된 유리섬유 프리프레그(3)의 전체 중량은 하이브리드 임팩트 빔(A)에 포함된 아라미드 섬유 프리프레그(2)의 전체중량대비 5~15배인 것을 특징으로 하는 하이브리드 임팩트 빔.
  13. 제1항에 있어서, 아라미드 섬유 프리프레그(2) 및 유리섬유 프리프레그(3) 각각에 함침된 수지 함량은 30~50중량%인 것을 특징으로 하는 하이브리드 임팩트 빔.
  14. 제1항에 있어서, 아라미드 섬유 프리프레그(2) 및 유리섬유 프리프레그(3) 각각에 함침된 수지는 열가소성 수지 및 열경화성 수지 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 하이브리드 임팩트 빔.
  15. 제6항에 있어서, 아라미드 직물은 능직 및 주자직 중에서 선택된 하나의 조직으로 제직된 것을 특징으로 하는 하이브리드 임팩트 빔.
  16. 제7항에 있어서, 유리섬유 직물은 능직 및 주자직 중에서 선택된 하나의 조직으로 제직된 것을 특징으로 하는 하이브리드 임팩트 빔.
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