[논문]핫 프레스 기술을 적용한 탄소섬유 루프 레일 부품개발

[국내논문] 핫 프레스 기술을 적용한 탄소섬유 루프 레일 부품개발
Development of Roof Rail Part with CFRP by Hot Press Technology 원문보기

안민수 ((주)신영 기술연구소) , 차승훈 ((주)신영 기술연구소) , 남재두 ((주)신영 기술연구소) , 서판기 ((주)신영 기술연구소) , 김대근 ((주)신영 기술연구소) , 원광우 ((주)신영 기술연구소)

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기초 실험으로 도출한 프리프레그 적층수를 바탕으로 부품 제작을 진행하였고, 또한 경화 시간에 따라 부품의 물성치 비교 분석을 하기 위해 경화시간을 줄여서 추가 부품을 제작하였다.
먼저 제품 두께를 만족 시킬 수 있는 프리프레그(Prepreg) 적층수를 도출하기 위해 평판 적층 실험을 실시하였고, 실험에 사용한 프리프레그 원단배 열은 평직(Plain)이고, 함침 수지는 에폭시(Epoxy)이다. 실험 조건은 Table 1에 나타내었다.
본 연구에서는 핫 프레스 기술을 적용하여 탄소섬유 루프레일 부품을 제작하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 핫 프레스(Hot Press) 기술을 적용하여 금형 내에서 직접 탄소섬유를 경화시키는 방식을 채택하여 차체 부품을 제작하였다.

본 논문에서는 Fig. 1과 같이 차량 전복 시 승객을 보호하는 루프 레일(Rail-Roof) 부품을 선정한 후, Fig. 2와 같은 방식으로 부품을 제작하였고, 최종 제품 두께는 1.0mm로 하였다.

제작된 부품 물성 평가를 하기 위해 KS M ISO 527-4 규격을 적용하여 기계가공으로 인장시편을 제작하여 테스트를 실시하였다. 인장 테스트 결과 값은 Table 3과 같다.

(1) 탄소섬유 프리프레그 적층 수가 증가하여도 제품 형상 R부위에는 기공이 존재하였다.
(2) 탄소섬유 프리프레그 적층 수가 증가할수록 인장강도는 증가(약 130MPa) 하였지만, 제품 뒤틀 림 각도(12°)가 커지는 현상이 발생하였다.
(3) 탄소섬유 프리프레그는 경화시간이 감소할수록 인장강도는 감소(약 80MPa)하였고, 제품 뒤틀림 각도(7°)가 커지는 것을 확인할 수 있었다.
3와 같다. 4~5 ply 경우는 낮은 압력으로 인해 표면에 기공이 잔존하였으며, 6~7 ply는 기공은 없지만, 외곽라인에 원단배열이 흐트러지는 문제점을 확인할 수 있었다. 최종적으로 프리프레그 적층 수는 5~6 ply로 정하였다.
따라서 탄소섬유(CFRP)를 이용한 차량 부품 개발을 통해 차체 경량화 달성이 요구된다. 특히, 차체 중량의 약 11%를 차지하고 있는 차체 부품에 탄소섬유를 적용 시 경량화 효과가 극대화될 것으로 예상된다.

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