최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
NTIS 바로가기다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
DataON 바로가기다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
Edison 바로가기다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
Kafe 바로가기주관연구기관 | 동성티씨에스 |
---|---|
연구책임자 | 신영철 |
참여연구자 | 김용운 , 오성하 , 김국진 , 심지현 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2020-01 |
과제시작연도 | 2019 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 | TRKO202200006922 |
과제고유번호 | 1415162492 |
사업명 | 소재부품산업전문기술개발사업(R&D) |
DB 구축일자 | 2022-08-27 |
키워드 | 복합재 도어 사이드 빔.비굴곡 직물 프리프레그.하이브리드 적층 복합재.압축성형.측면충돌 안정성. |
3. 개발결과 요약
최종목표
ㅇ Monocoque type 전기(EV, HEV)자동차의 측면충돌(FMVSS-214)규격을 만족하는 충격흡수 소재적용을 위해 첨단제조방식의 에너지 흡수 형상 설계/해석, NCF (Non-crimped fabrics)용 하이브리드 복합소재, 3분 이내 생산가능 PCM성형 시스템공정을 통한 수요자 제시 TOP-down 방식의 Shock absorber 부품 개발 및 양산화를 목표로 함. 사업화 부품인 Door side impact beam 제조기술은 NCF 하이브리드 섬유+속경화 수지 소
3. 개발결과 요약
최종목표
ㅇ Monocoque type 전기(EV, HEV)자동차의 측면충돌(FMVSS-214)규격을 만족하는 충격흡수 소재적용을 위해 첨단제조방식의 에너지 흡수 형상 설계/해석, NCF (Non-crimped fabrics)용 하이브리드 복합소재, 3분 이내 생산가능 PCM성형 시스템공정을 통한 수요자 제시 TOP-down 방식의 Shock absorber 부품 개발 및 양산화를 목표로 함. 사업화 부품인 Door side impact beam 제조기술은 NCF 하이브리드 섬유+속경화 수지 소재기술, 3분 이내 생산가능한 Match Died Compression Molding공정기술 및 충돌에너지 분산을 위한 기하학적 디자인, 완제품에 대한 평가기법 및 실증화 테스트가 복합적으로 연계된 고도의 기술 개발
개발내용 및 결과
ㅇ 충돌에너지 흡수 극대화를 위한 NCF 하이브리드 소재개발
- 충격흡수에너지(shock absorb energy)극대화를 위한 준이방성(Quasi-isotropic) NCF(Non- crimped fabric) Prepreg 개발
- PCM용 고내열 속경화 열경화성 수지 적용을 위한 프리프레그 제조 기술
ㅇ 충돌흡수부재 전주기(LCA:Life Cycle Assessment) 설계해석방안
- 속경화 수지를 이용한 성형조건, 가공특성, 경화조건을 고려하여 성형공법을 개발하고, 시제품에 대한 신뢰성 평가를 통해 문제점 도출 및 재료 개선
ㅇ 측면충돌 사이드 임팩트 빔 복합재 프리폼 성형/제조 기술 개발
- 고속 PCM 성형 사이클 및 공정 연구(효율적 압축성형 방식) 성형기술
- 프리폼 공정 정립 및 프리폼 섬유배향을 복합재 부품 구조 설계/해석
ㅇ 실증화(Single overlap test) 테스트
- 제품 신뢰성 확보를 위한 QS9000에 부합하는 품질 체계도 확립
- 실차 특성을 반영한 부품 개발을 위한 Door impact beam 평가방안 수립
ㅇ 디씨티
- 고내열성 다관능 에폭시 수지 기초 연구
· 고내열 다관능 난연 에폭시 수지 설계 및 배합
- 속경화 경화제 기초 연구
· 경화제 설계 및 배합 기술 연구 (Amine, Imidazole 등에 다관능 에폭시 부가 반응)
- 반응도 조절 설계 및 micro 분산
- PCM용 프리프레그 제조 기초연구
· Press 성형용 프리프레그 물성 정립
· 표면처리공정, 수지함침공정, B-stage 공정, 냉각공정 및 와인딩 공정연구
· UD/Fabric 프리프레그 제조공정 기술
- 고온, 속경화 열경화성 수지/경화제/강인화제 합성기술
· 고형수지, 분말 경화/촉진제 배합공정 기술
· 강인화제 합성
· 수지, 경화제 및 강인화제의 투입공정 기술
- 고내열성 다관능 난연에폭시 수지 개발
· 수지 합성 (Triphenylolmethane triqlycidyl ether, DCPD type Epoxy, DOPO Epoxy, 4-glycidyloxy-N,N-diglycidylaniline, Hexahydrophthalic Anhydride diglycidyl ester, 등 부가 중합반응, 난연성 부여 조건 설정)
· 중합도 coltrol : 반응 온도 및 조건 설정 (반응 조건에 따른 기기분석을 통한 분자량 및 구조 분석)
· 저온 속경화형 경화제 합성 및 분산(Cycloamine, Imidazole등에 Adduct반응 및 분석)
: 합성조건 설정 및 분산 최적조건 설정(1~5 micron)
- Hot-Melt 방식 수지함침 공정기술
· Carbon Tow(24k)와 수지필름을 이용한 UD/Hot Melt 수지함침 공정기술
· Carbon Tow(24k)와 Hot-Melt 수지의 Direct 함침 공정기술
- 고내열성 다관능 난연에폭시 수지 개발
· 재현성 실험 및 반응 최적조건 확립 및 공정제어
- 저온 속경화형 경화제 개발(150℃ 3분 경화 Tg : 180℃ )
· 재현성 및 최적화 확립 및 공정제어
· 분산(입도 1~5㎛) 및 코팅 기술 확립
· 물성 및 강도 평가 (Tg, 강도, 난연성 등) 및 system 보완
- PCM용 탄소섬유 프리프레그 공정 최적화 기술
· 수지시스템 합성, 함침 시스템, 냉각시스템 및 라인 스피드 최적화
· Carbon Tow 및 Fabric 공급 시스템 최적화
· 고내열 속경화 탄소섬유 프리프레그 제조 규격서 개발
· 프리프레그의 품질검사 시스템 구축
- PCM용 하이브리드 프리프레그 제조기술
· 에폭시 수지필름타입 프리프레그 제조공정 기술
· 핫 멜트 타입 프리프레그 제조공정 기술
- 하이브리드 직물 표면처리 공정기술
· 올레핀 직물 Wet 타입 표면처리 공정기술
· 하이브리드 직물 Corona 표면처리 공정기술
: 고주파, 고전압출력으로 발생된 코로나 방전에 의한 물리적 표면개질 및 극성관능기 생성에 의한 화학적 표면개질로 현저한 접착력 향상
ㅇ 맥소프트
- 개발내용
· 소재 : 구조 안전성을 고려한 임팩트 빔 구조설계 기술을 적용할 적층구조, 섬유패턴으로 기계적 물성 평가 기술 개발
: 복합재 관련 국제 기술표준에서 제시하는 평가방법 및 절차에 따라 ISO기반의 시험 평가를 통한 자동차 임팩트빔용 소재 시험편의 구조 특성 평가
: 인장강도(MPa) : KS M ISO 527-4(플라스틱-인장성의 측정 - 제4부 : 등방성 및 직교 섬유 강화 플라스틱 복합재료의 시험조건)에 따라 복합소재의 구성 및 배치 형태에 따른 인장성능 평가 만족
: 굴곡강도(MPa) : KS M ISO 14125(섬유강화 플라스틱 복합재료-굴곡성의 측정)에 따라 탄소섬유 복합소재의 구성 및 배치 형태에 따른 굴곡성능 평가 만족
: KS M ISO 14125(섬유 강화 플라스틱-주기 하중 조건에서 피로 물성의 측정)에 따라 섬유소재의 구성 및 배치 형태에 따른 물성 분석 만족
· 설계 : 선행평가 해석을 통한 복합소재의 재질특성, 구조특성, 적층구조 및 섬유패턴 구조설계 기술 개발, 시제품에 대한 시험 결과 분석 및 적층구조, 섬유패턴 구조 보완, Hot Press 성형공법을 고려한 임팩트빔 설계 및 해석, FEM 구조 강성/강도, 신뢰성 평가 성능을 확보한 다음 제조 공법 개발
: 임팩트빔의 복합재 적층구조는 측면에 가해지는 굽힘 하중을 고려한 적층패턴의 최적화를 통한 구조설계
: 복합재 임팩트빔 제조공정의 제품 신뢰성 향상을 위한 DFMEA(Design for Failure Mode and Effects Analysis)기반의 품질 보증방안 연구개발
· 공정 : 속경화 및 강인화성 부여를 통한 수지 시스템 연구, 복합소재부품 가공기술, 가공공법 기술, 표면처리 기술 결합한 최종 시제품 개발,
: Preform 제작→경화→성형→가공→품질검사(비파괴검사)→조립 등 복합재 임팩트빔의 성형공정 Layout 및 장치설계
: 임팩트빔 속경화 Compression Molding 가공기술을 위한 속경화 공법 (Compression Molding) 성형공법 개발 : 프리프레그 준비 + 프리포밍 금형
→ 진공백으로 프리포밍 → 진공성형법(오토클레이브)
· 평가 : 차량용 복합소재 임팩트빔의 사용 환경 조건 분석 및 요구 성능 조건
: 최종 시제품 성능시험 : 도어 강도시험/해석(FMVSS214) : i) 임팩트 빔 단품 ii) 도어 시스템 JIG 시험/해석, iii) BIW 실차시험
- 개발 결과
· 초기 개념설계, 기본설계, 상세설계는 선행평가 해석을 통한 복합소재의 재질 특성, 구조특성, 적층구조 및 섬유패턴 구조설계 기술 개발.
· 속경화 및 강인화성 부여를 통한 수지 시스템 연구 개발.
· 임팩트빔 구조설계 기술개발 결과의 적층구조, 섬유패턴 구조 보완과 함께 기계적 물성 및 구조 안정성 평가 기술개발.
· 복합소재 임팩트 빔에 대한 원리시험 및 특성 평가 기술개발
· FEM/구조 강성/강도, 신뢰성 평가 성능을 확보한 다음 제조 공정 기술개발.
· 복합재 임팩트빔의 충돌 성능 및 적층최적화 결과를 반영한 금형 및 시제품 제작.
· 임팩트빔 속경화 Compression Molding 가공기술을 위한 속경화 공법 (Compression Molding) 성형공법 개발.
· 시제품에 대한 시험 결과 분석 및 적층구조, 섬유패턴 구조 보완 적용.
· 복합소재부품 가공기술, 가공공법 기술, 표면처리 기술 결합한 최종 시제품 제작 개발.
ㅇ 동성티씨에스
- 개발 내용
· 측면충돌 사이드 임팩트 빔 복합재 성형/제조 기술 개발
: 고속 PCM 성형 사이클 및 DFCM(dynamic fluid compression molding)
공정 연구(효율적 압축성형 방식) 성형기술 개발
: 적층 소재에 대한 섬유배양과 소재 상태의 조건 정립
: 압축성형에 대한 금형제작 기술확보 및 최적 성형조건 확립
: 시제품에 대한 자체 굴곡시험으로 최적의 제작 조건 확립
: 빔 체결 방식에 따른 내구성 시험을 통한 최적의 조립조건 확립
· 복합재 제작 공정 설계 및 Proto 공정 치구, 금형 제작
: Proto 타입의 공정 개발을 위한 Small scale용 공정 시스템 개발
: 자체 내 평가 시스템 구축을 위해 치공구 개발(3점 굴곡 시험 평가)
· 복합재 제작 공정 확정 및 제품 설계를 반영한 금형 제작
: PCM 고속 성형공법 적용을 위한 공정 개선
: Full size 형상을 반영한 프레스 금형 설계 및 제작
: Steel 브라켓 금형 설계 및 제작을 통해 조립 체결 공정 개발
· 최종 시제품 평가 결과를 반영한 금형 설계 및 양산 공정 확정
: 충돌저항 개선 및 변위 개선을 위한 금형 설계
: 양산 적용 실현 가능한 소재 적층 패턴 결정
: 양산 용 속경화 소재 경화온도 및 시간 확정 및 PCM 공법 Setting
- 결과
Small scale 연구를 통해 소재 선정 및 경화시간 단축을 하였으며, 자체 내빔 강도 측정을 할 수 있는 치공구 개발을 하여 단시간 제품 성능을 확인할 수 있는 시스템을 구축함. Small scale에서 개발한 내용을 토대로 실제 양산 공정에 적용하기 위한 금형 개발, 우수한 강도를 나타내는 제품 형상 그리고 소재 적층, 탈형 등 양산 공정에 필요한 치공구 개발을 완료 함
또한 성형 조건 연구를 통해 속경화에 적합한 경화 온도, 시간을 도출 하여 최적의 강도를 나타내는 제품을 개발함
ㅇ 다이텍
- 개발 내용
· NCF 하이브리드 직조형태/두께 별 인장특성 및 파괴형상분석
· Prepreg Laminated 시편의 전단강도(ILSS), 파괴인성(G) 분석
· NCF 하이브리드 Prepreg의 충격 및 낙추충격 특성평가
· Drop weight impact 곡선 분석 및 파괴메카니즘 형상 분석
· Impact beam 성형품의 내구성 및 환경변화에 따른 노화특성 분석
· 성형품 Joint 부분 접합파괴 평가 및 파괴 메카니즘 분석
- 개발 결과
· NCF 하이브리드 직조형태/두께 별 인장특성 및 파괴형상분석
: 고내열·고내충격성 속경화성 수지의 저장 및 손실 탄성률 측정
: Neat resin/섬유 간 계면강도 분석
: Isotropic Laminate sheet의 Damping Factor 평가: DMA를 이용한 진동수별 Damping Factor (Tanδ) 분석
· Prepreg Laminated 시편의 전단강도(ILSS), 파괴인성(G) 분석
: 가열/냉각, 가압조건에 따른 prepreg 시편의 물리적 특성분석
: Fiber Architecture, Orientation 별 prepreg 시편 물리적 특성분석
· NCF 하이브리드 Prepreg의 충격 및 낙추충격 특성평가
: 올레핀계 소재 및 아라미드 소재 Laminate sequence 별 열적 팽창 특성 지원(성형성)
· Drop weight impact 곡선 분석 및 파괴메카니즘 형상 분석
: 올레핀계 소재 및 아라미드 소재 적용 시편의 에너지 흡수 특성 및 파괴특성 분석
· Impact beam 성형품의 내구성 및 환경변화에 따른 노화특성 분석
: 온도(저온, 상온, 고온), 수분 및 습윤 상태에 따른 부품 내구성 변화 DB화
: 온도 cycle 반복 시험에 따른 성형품 형상, 거칠기 등 고온 노화에 대한 변화 DB화
· 성형품 Joint 부분 접합파괴 평가 및 파괴 메카니즘 분석
: Open Hole test를 이용한 복합재 홀 근방의 응력상태 확인
: 접합 방법에 따른 응력상태 변화 및 복합재료 품질변화 관찰
ㅇ 쌍용자동차
- 실차평가를 위한 BIW, DOOR MODULE 제작
· IMPACT BEAM의 외형변화로 인한 간섭부분 조정
- 복합재 IMPACT BEAM 실차평가
· 복합소재의 영향만을 보기 위하여 DOOR SIDE STRENGTH TEST를 실시
기술개발 배경
ㅇ 자동차 측면 도어 임팩트 빔(Side-door impact beam)은 자동차 도어에 장착되어 측면으로부터의 충격을 감쇠시켜, 탑승객의 안전을 보장하는 역할을 함. 따라서, 임팩트 빔은 강성(stiffness)이 우수해야 하며, 충격 흡수 능력이 뛰어나야 하며, 기계적 성질을 만족하기 위하여 최근까지 다양한 공법을 사용한 금속 소재를 사용하고 있는 실정임.
- 따라서, Shock absorber 부품 중 NCF 하이브리드 복합재를 이용한 door side impact beam은 몸체 굽힘 및 비틀림 강도에 영향을 미치는 부품으로 운전자 보호안정성에 영향을 주며, 복합재의 특성상 소성영역에서 스틸과 동등한 성능을 구현.
- 전기자동차(EV)의 도어 안에 적용되는 임팩트 빔은 측면 충돌로부터 승객 보호를 위한 강성확보, 정면 및 후방 충돌 시 충격에너지 흡수 비교평가
핵심개발 기술의 의의
ㅇ 자동차 부품산업 진출을 위한 PCM(Prepreg Compression Molding)공정개발
- 기존 프리프레그 성형 공정에 비해 짧은 성형 시간(3min@150℃)
- 재단, Preforming Press 성형의 모든 공정이 연속적으로 이루어짐.
- 각 공정의 cycle time은 3분 이내로 대량 생산이 가능
ㅇ 측면충격 흡수용 강재에 비하여 2~3배의 비강성을 가지는 NCF Hybrid 복합재 기술을 적용하여 충돌 시 안전성이 부여된 부품화 기술 확보
적용 분야
ㅇ 복합소재의 결점을 보완할 수 있는 이종접합 성형기술 개발에 따른 다양한 산업분야에 적용이 가능하여 저가형 부품 및 특수분야 적용이 가능한 복합 소재 부품의 생산 기술로써 활용 가능
ㅇ 자동차산업 선진국과의 감성기술 격차를 해소하고 후발국의 추격을 따돌리기 위하여 국내 자동차 산업을 한 단계 상승시킬 수 있는 소비자 감성 지향의 차별화된 부품 개발 가능하여 산업적 연계 파급력 우수
(출처 : 초록 4p)
과제명(ProjectTitle) : | - |
---|---|
연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
기대효과(Effect) : | - |
Copyright KISTI. All Rights Reserved.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.