모터 비히클의 강화 구조물 {REINFORCED STRUCTURE OF A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따라, 구조재 및 구조재의 공동(캐비티)에 배치되는 보강부를 포함하고, 이때의 보강부는 지지부 및 상기 구조재와 지지부 사이에 배치되는 결합수단을 포함하는 것으로 된, 강화 구조물로부터 출발한다. 또한, 본 발명은 특허청구범위의 기타 독립항의 전제부에 따라, 보강부 및 강화 구조물의 구조재를 제조하는 방법으로부터 출발한다.
어떤 구조물, 특히 운송수단의 구조물에는 중공형 구조재(structural component)가 자주 이용된다. 이러한 종류의 구조물은 중량 및 자재비를 낮출 수 있다. 그러나, 구조재의 안정성이 저하되는 결과를 가져올 수도 있으며, 특히 운송수단용 구조물의 경우 교통사고시 안정성에 문제를 야기할 수 있다. 안정성 저하를 방지하는 것과 더불어 공동(캐비티) 형태의 구조재를 이용할 수 있도록, 통상적으로 이러한 캐비티에는 보강부를 사용하고 있다. 상기 보강부는 일반적으로, 강성 재질로 된 지지부 및 캐비티 내에 보강부를 단단히 앵커 고정하는 결합수단을 포함한다. 이와 같이 보강처리된 구조재 (이하, 강화 구조물이라 함)는 한편으로는 외부의 응력에 대해 균일하게 보강되는 한편 지지부와 구조재 간의 결합수단의 양이 균등하다는 점에서 불리하다. 위와 같은 두가지 결점은 보강부, 나아가 강화 구조물의 중량 증가 및 재료비 증대를 가져온다. 자동차 차체의 굽힘강도를 높이기 위해, 지지부와 구조재 사이의 결합수단을 불균일하게 분포시키는 것은 미국 특허 6,378,933B1에 개시되어 있다. 상기 지지부는 강화 발포체에 둘러싸인 캐비티이다. 여기서 캐비티의 형상은, 고 굽힘응력을 갖는 구조재의 면적에서 상기 강화 발포체가 차지하는 비율을 가능한 한 크게 하는 방식으로 구성된다. 이러한 시스템은, 탄성계수가 5,000 내지 200,000 MPa인 지지부 재질과 비교시 강화 발포체의 탄성계수가 400 내지 2,000 MPa로서 훨씬 작고 따라서 교통사고시 안정화 효과가 적다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 종류의 강화 구조물의 중량을 감소시키는 동시에 원하는 수준의 안정성을 확보하는 것이다. 본 발명에 따르면, 청구범위 제1항의 특징에 의해 상기 목적을 달성할 수 있다.
그러므로 본 발명의 요점은, 구조재에 가해지는 외부 하중 하에서의 변형확률(probability of deformation)이 높은 구조재의 위치에 있는 지지부와 구조재 간의 간격이, 구조재에 가해지는 외부 하중 하에서의 변형확률이 낮은 구조재의 위치에서보다 좁은 방식으로, 상기 지지부를 캐비티 내에 배치하는 것이다. 외부 하중이 구조재에 가해질 때의 변형확률이 높은 구조재의 위치에 있는 결합수단의 양이, 외부 하중이 구조재에 가해질 때의 변형확률이 낮은 구조재의 위치에서보다 작을 때가 특히 적합하다. 특히 결합수단이 발포재인 경우, 구조재의 안정성에 관련하여, 지지부 보다 보강성이 떨어지는 것이 일반적이다. 따라서, 상술한 위치에 존재하는 결합수단의 양이 소량이면 지지부에 더 근접하므로 상기 위치에 존재하는 구조재에서 더 큰 보강성을 가질 수 있다. 그 결과, 응력이 가해질 경우 구조재는 본래의 형상 특히 본래의 단면적을 그대로 유지할 수 있으며, 경우에 따라 구조재의 안정성에 바람직한 영향을 미칠 수 있다. 본 발명의 장점은 예컨대 본 발명에 따른 구성형태를 응용함으로써, 종래의 구성형태와 비교시, 상술한 외부 하중에 대해 더욱 안정한 강화 구조물을 얻을 수 있고 따라서 보강부에 사용되는 재료의 양 및 결과적으로 중량이 감소된 상기 강화 구조물을 제조할 수 있으며, 결과적으로 원하는 안정성을 확보할 수 있다는 것이다. 이 밖의 다른 본 발명의 바람직한 기술구성은 특허청구범위의 종속항에서 기술한 바와 같다. 본 발명의 또다른 측면은 추가 독립항의 내용과 같다. 특히 본 발명의 바람직한 실시형태는 종속항의 내용과 같다. 하기에서 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 더 상세히 기술한다. 도면에서 사실상 동일한 구성요소는 동일한 부호로 표시한다.
도 1a 내지 1c는 결합수단의 활성화 후, 구조재의 캐비티에 본 발명에 따른 보강부를 이용함으로써 본 발명에 따라 강화된 구조물의 단면도를 도시하고;
도 2a 내지 2d는 결합수단의 활성화 후, 구조재의 캐비티에 핀 및 핀 캐리어를 구비한 본 발명에 따른 보강부를 이용함으로써 본 발명에 따라 강화된 구조물의 단면도를 도시하며;
도 3a 내지 3d는 결합수단의 활성화 전, 구조재의 캐비티에 본 발명에 따른 보강부를 이용함으로써 본 발명에 따라 강화된 구조물의 단면도를 도시하고; 또한
도 4a 내지 4d는 결합수단의 활성화 전, 구조재의 캐비티에 핀 및 핀 캐리어를 구비한 본 발명에 따른 보강부를 이용함으로써 본 발명에 따라 강화된 구조물의 단면도를 도시한다.
상기 본 발명의 도면은 본 발명을 이해함에 있어 필수인 구성요소만을 도시한다. 각 경우에서, 도 1a 내지 1c, 및 도 2a 내지 2d는 본 발명에 따라 강화처리된 것으로서, 구조재(2) 및 이 구조재의 캐비티(3) 내에 배치되는 보강부(4)를 구비하는 강화 구조물(1)을 도시하며, 여기서 상기 보강부(4)는 지지부(5) 및 상기 구조재(2)와 지지부(5) 사이에 배치되는 결합수단(6)을 포함한다. 이러한 강화 구조물(1)은, 구조재에 가해지는 외부 하중(8) 하에서의 변형확률이 높은(7) 구조재의 위치에 있는 지지부와 구조재(2) 간의 간격이 구조재에 가해지는 외부 하중(8) 하에서의 변형확률이 낮은(9) 구조재의 위치에서보다 좁은 방식으로, 캐비티(3) 내에 배치되는 지지부(5)를 포함한다. 구조재는 일반적으로 구조재에 가해지는 특정의 응력을 예상할 수 있는 위치에서 보강처리된다. 이러한 예측되는 응력 혹은 하중의 형태는 대개 표준화된 하중 형태로 알려져 있으며, 이를 통해 당 업계의 지식을 가진 자 (이하 당업자라 함)는 외부의 하중이 구조재에 가해질 때의 구조재의 거동(behavior), 특히 변형 거동을 시험할 수 있다. 표준화된 하중은 모터 비히클 (즉, 모터 차량) 산업에서 특히 중요하다. 이는 일반적인 응력이 가해질 경우, 예컨대 모터 차량의 사고시, 분석 대상인 강화 구조물의 거동은 표준화된 하중을 기초로 한다. 모터 차량 산업 분야에서는 다양한 형태의 표준화된 하중, 특히 정면 충돌, 장애물 충격, 가드레일 충격, 차량간 충격, 측면 충격 혹은 후방 충격 등이 공지되어 있다. 표준화된 하중의 종류에는 예를 들어, 유럽 신차 평가 프로그램(Euro NCAP) 혹은 미국 신차 평가 프로그램(US NCAP) 등과 같은 충돌시험 프로그램 등도 포함된다. 외부 하중(8)은 표준화된 하중, 특히 상술한 바와 같이 모터 차량 산업에서의 표준화된 하중에 상응한다. 구조재(2)가 외부 하중(8)으로 인해 변형될 경우 이 구조재의 안정성이 감소한다. 압축력에 대한 저항력, 특히 외부 하중 하에서의 변형에 대한 저항력은, 예컨대 구조재가 운송수단의 안정성에 기여할 수 있는 방식으로, 구조재의 형상 특히 단면을 구성할 때 중요하다. 구조재(2)가 예컨대 모터 차량의 B-지지대인 경우, 이 구조재는 변형시, 특히 버클링 같이 외부 하중(8)으로 인해 단면에 작용하는 변형시 안정성을 상실한다. 그 결과, 모터 차량의 안정성이 감소하게 된다. 변형확률은 실험을 통해 및/또는, 특히 구조재(2)의 FE 모델을 이용함으로써, 이론적으로 결정하며 상기 변형확률은 지지부(5)가 캐비티(3)에 배치되기 전의 구조재(2)의 변형확률로 정의된다. 한 예로서, 특히 실제 응력시험에서 실험을 통해 변형확률을 측정할 수 있다. 그러나 이러한 응력시험에는 표준원형의 구조물이 필요하므로 장시간 및 고비용이 요구된다. 그러므로 실제 응력시험의 수를 줄여, 완성된 구조물을 대상으로 한 소수의 시험으로 하는 것이 바람직하다. 다른 한편으로, 변형확률은 유한요소(finite element; FE) 모델, 예컨대, 구조재(2)의 FE 모델을 이용함으로써 이론적으로 결정할 수 있다. 이러한 결정은, 예컨대 컴퓨터를 이용해 실행할 수 있으므로 실제 응력시험보다 빠르고 비용이 저렴하다. 특히 부품 개발시 적합하다. 모터 차량 제작시, 소정의 하중 특히, 예컨대, ESI 그룹(프랑스)의 PAM-충돌, 리버모어 소프트웨어 테크놀로지사(미국)의 LS Dyna ® 등과 같이 모터 차량 사고를 시뮬레이션하는 FE 모델을 이용한 소프트웨어 프로그램을 이용한다. 본 발명에 따르면, 구조재(2)에 가해지는 외부하중 하에서의 변형확률이 높은(7) 구조재의 위치에 있는 지지부와 구조재(2) 간의 간격이 구조재(2)에 가해지는 외부하중 하에서의 변형확률이 낮은(9) 구조재의 위치에서보다 좁은 방식으로, 상기 지지부(5)를 캐비티(3)에 배치한다. 지지부에 근접할수록, 구조재(2)의 변형확률은 감소하며 따라서 구조재의 안정성이 증가한다. 외부 하중 하에서 최고 변형확률을 갖는 구조재(2)의 위치에 있는 결합수단의 양은, 최저 변형확률을 갖는 구조재(2)의 위치에 있는 결합수단의 양의 0 내지 60%, 바람직하게는 10 내지 30%에 해당한다. 외부 하중(8) 하에서 최고 변형확률을 갖는 구조재의 위치에 있는 지지부(5)와 구조재(2) 간의 간격은 20 내지 0mm, 특히 10 내지 0mm, 및 바람직하게는 5 내지 0mm 이다. 구조재에 가해지는 외부 하중(8) 하에서의 변형확률이 높은(7) 구조재(2)의 위치에 있는 구조재(2)와 지지부(5) 사이에 있는 결합수단(6)의 양이, 외부 하중 하에서의 변형확률이 낮은(8) 구조재(2)의 위치에서보다 적을 때가 특히 적합하다. 이는 예컨대, 도 1a, 2a, 2b 및 2d 에 나타내는 바와 같다. 특히, 도 1b, 1c 및 2c에 도시한 바와 같이, 변형확률이 높은(7) 구조재(2)의 위치에 결합수단이 존재하지 않은 경우에도 유리하다. 결합수단(6)은 활성화된 상태에서, 특히 발포재인 경우, 대체로 지지부(5) 보다 보강성이 떨어진다. 상술한 위치에 있는 결합수단(6)의 양이 적으면, 지지부에 더욱 근접하게 되고 따라서 상기 위치에 있는 구조재에 더 큰 보강성이 부여된다. 따라서 응력이 가해질 때 구조재(2)는 본래의 형상 특히 단면을 유지하기가 더 용이하고, 구조재의 안정성에 유리한 영향을 미친다. 구조재(2)는 임의의 재질로 구성될 수 있으며 또한 임의의 형상을 가질 수 있다. 구조재(2)는 통상적으로 금속 특히 알루미늄이나 강재로 이루어진다. 예를 들어, 이러한 구조재는 운송 및 수송수단의 차체 및/또는 프레임, 특히 수상 운송수단, 육상 차량 혹은 항공 수송기 등, 즉, 자동차, 트럭, 열차, 보트, 선박, 헬리콥터 및 항공기, 또한 대부분 바람직하게는 자동차의 차체 및/또는 프레임을 들 수 있다. 바람직하게, 상기 구조재는 마감 공정에서 표면처리, 통상적으로는 침수조에 담가 처리하거나, 정제, 인산염처리, 또는 정제욕, 인산염욕 혹은 침지욕 등에서 코팅 등의 처리를 행할 수 있다. 이러한 표면처리는 일반적으로 방식법을 이용한다. 강화 구조물(1)은 구조재(2)의 캐비티 내에 배치되는 보강부(4)를 포함하며, 상기 보강부(4)는 지지부(5) 및 상기 지지부(5)와 구조재(2) 사이에 배치되는 결합수단(6)을 포함한다. 결합수단(6)은 기본적으로 구조재(2)의 캐비티(3) 내에 지지부(5)를 고정시키는데 적합한 것이면 어떤 물질이든 사용할 수 있다. 상술한 결합 기능 외에, 결합수단은 밀봉 기능 및 보강 기능도 가질 수 있다. 결합수단(6)은, 예컨대 도 1a 또는 2d에 도시된 바와 같이, 혹은 예컨대 도 1b, 1c, 2a, 2b 또는 2c 등에 부분적으로 도시된 바와 같이, 구조재(2)에 대향하는 지지부(5)의 외측면 전체에 결합될 수 있다. 상기 강화 구조물의 결합수단은 열, 수분 혹은 전자기 방출 등에 의해 활성화되는 것이 유리하며 특히 열활성화되는 것이 바람직하다. 활성화될 결합수단을 사용하면, 구조재가 표면처리된 경우에만 그 제조과정에서 구조재(2)를 보강 및/또는 밀봉할 수 있다. 예를 들면, 운송수단의 구조물을 제조하는 경우를 들 수 있다. 보강부(4)를 사용한 후, 단, 결합수단(6)을 활성화 처리하기 전에, 상기 구조재는 표면처리하는 것이 일반적이며 특히 정제욕, 인산염욕 및/또는 침지욕 등에 넣어 처리함으로써 구조재에 방식성을 부여한다. 통상적으로 결합수단(6)을 활성화 처리하기에 앞서서, 도 3a 내지 3d 및 도 4a 내지 4d에서 보는 바와 같이, 결합수단과 구조재(2) 사이에는 표면처리시 표면처리제, 특히, 액체를 순환시킬 매개공간(14)이 존재한다. 한편, 활성화될 결합수단을 구조재에 도포하거나 혹은 기타의 방식으로 구조재 및 지지부 사이에 배치할 수도 있다. 강화 구조물(1)의 결합수단(6)은 발포체 및/또는 경화접착제 조성물일 수도 있다. 발포체의 경우, 원칙적으로 어떤 발포성 재료도 사용할 수 있으며 특히 제어방식으로 활성화되어 발포하는 재료를 들 수 있다. 이 경우 상기 재료는 보강성을 갖거나 갖지 않을 수도 있다. 일반적으로, 발포성 재료는 열, 수분 혹은 전자기 방출 등에 의해 발포된다. 이러한 발포성 재료는 통상적으로 화학적 혹은 물리적 추진제를 포함한다. 화학적 추진제는 온도, 수분 혹은 전자기 방출 등의 영향으로 분해되는 유기 혹은 무기 화합물로서, 이러한 분해성 물질 중 적어도 하나는 기체이다. 물리적 추진제로서는 예컨대, 온도 상승시 기체덩어리로 전환되는 화합물을 예로 들 수 있다. 결과적으로, 상술한 화학적 및 물리적 추진제는 고분자의 발포성 구조물을 형성할 수 있다. 발포성 재료는 바람직하게는 열에 의해 발포되며 이 경우 화학적 추진제를 사용한다. 화학적 추진제로는 예컨대, 아조디카르보나미드류, 술포히드라지드류, 중탄산염류 혹은 탄산염 등이 적합하다. 적절한 추진제는 또한 시판제품으로서, 예를 들어, 아크조 노벨사(네덜란드)의 상품명 Expancel ® 혹은 켐투라사(미국)의 상품명 Celogen ® 등으로 시판되는 제품 등이 있다. 발포에 필요한 열은 외부 열원 혹은, 발열성 화학반응 등과 같이, 내부 열원으로부터 공급될 수 있다. 발포성 재료는 110 내지 250℃, 특히 150 내지 200℃, 바람직하게는 160 내지 180℃ 범위의 온도에서 발포성인 것이 바람직하다. 발포성 재료의 예를 들면, 실온에서 유동하지 않고 특히 내충격성이 크며 또한 에어로실이나 나노클레이 등과 같은 틱소트로픽제를 함유하는 단일성분 에폭시드 수지계가 적합하다. 예컨대, 이러한 에폭시드 수지계는 20 내지 50중량%의 액상 에폭시드 수지, 0 내지 30중량%의 고체 에폭시드 수지, 5 내지 30중량%의 내성조절제, 1 내지 5중량%의 물리적 혹은 화학적 추진제, 10 내지 40중량%의 충전제(필러), 1 내지 10중량%의 틱소트로픽제 및 2 내지 10중량%의 열활성 경화제를 포함한다. 고체 에폭시드 수지 외에도, 예를 들어: 트리글리시딜 이소시아누레이트; 테레프탈산 디글리시딜에테르; 상기 테레프탈산 디글리시딜에테르와 트리멜리트산 트리글리시딜에테르나 히드로퀴논 디글리시딜에테르의 혼합물; 트리메틸올프로판 디글리시딜에테르와 또한, 예컨대, 4,4'-, 2,4'- 및 2,2'-디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 2,4- 및 2-6-톨루일렌 디이소시아네이트(TDI) 혹은 1-이소시아네이토-3,3,5-트리메틸-5-이소시아네이토메틸-시클로헥산(IPDI) 같은 디이소시아네이트류로 이루어진 부가물 등의 결정형 폴리에폭시드류도 적합하게 이용할 수 있다. 내성조절제로서, 니트릴 고무계의 반응성 액상 고무나 폴리에테르-폴리올-폴리우레탄, 코어-쉘 폴리머, 및 이와 유사하게 당해 분야에 공지된 계열 등이 적합하다. 또한 발포성 재료로서 적합한 것은 추진제를 함유한 단일성분계 폴리우레탄 조성물로서, 특히, OH기와 추가의 폴리올, 바람직하게는 폴리에테르 폴리올을 함께 함유하는 결정성 폴리에스테르, 및 블록형 이소시아네이트기를 가진 폴리이소시아네이트로 이루어진 조성물을 들 수 있다. 결정성 폴리에스테르의 융점은 50℃ 이상이다. 상기 폴리이소시아네이트의 이소시아네이트기는 카프로락탐, 페놀 혹은 벤족살론 등의 친핵물질로 블록화할 수 있다. 또한 블록화된 폴리이소시아네이트로는 코팅분말 기술분야에서 이용되는 물질이 적합하며, 예컨대, 데구사 게엠베하(독일)의 상품명 Vestagon ® BF 1350 및 Vestagon ® BF 1540 등과 같은 시판제품을 그 예로 들 수 있다. 이소시아네이트류로서, 캡슐화 혹은 표면-비활성화된 폴리이소시아네이트가 당해 분야에 공지되어 있으며 예컨대 EP 0 204 970에 개시되어 있다. 또한, WO 2005/080524 A1 등에 개시된 바와 같이 추진제 함유의 2성분계 에폭시드/폴리우레탄 조성물도 발포성 재료로 적합하며, 상기 문헌의 내용을 본원에 참고로서 수록한다. 또한 적합한 발포성 재료로는, 현재 시카(Sika)사(미국)의 상품명 SikaBaffle ® 240, SikaBaffle ® 250 혹은 SikaBaffle ® 255 등으로 시판중인 제품을 들 수 있다. 이들은 미국특허 제5,266,133호 및 제5,373,027호에 개시되어 있으며 이들 문헌의 내용을 본원에 참고로서 수록한다. 보강성을 갖춘 발포성 재료로 바람직한 것은, 예를 들어, 시카사(미국)의 제품으로서 이는 현재 상품명 SikaReinforcer ® 941으로 시판되고 있다. 이는 미국특허 제6,387,470호에 개시되어 있으며 이의 내용을 본원에 참고로서 수록한다. 상기 발포성 재료는 발포 상태에서 특히 밀봉, 결합 및/또는 보강 기능을 발휘하며 바람직하게는 결합 기능을 갖는다. 다양한 물질계, 특히, 제어방식으로 활성화되어 경화하는 물질을 경화접착제 조성물로 사용할 수 있다. 이러한 물질은 바람직하게는 열, 수분, 전자기 방출 혹은 입자방출 방식에 따라 작용한다. 110℃ 이상의 온도, 특히 150 내지 220℃, 바람직하게는 160 내지 200℃의 온도에서 경화하는 열경화성 접착제 조성물이 경화접착제 조성물로서 적합하다. 경화접착제 조성물은 바람직하게는 단일성분계 에폭시드 수지 조성물, 단일성분계 폴리우레탄 조성물, 혹은 단일성분계 아크릴레이트 조성물 등이다. 경화접착제 조성물은, 적어도 하나의 에폭시드 수지(A) 및, 에폭시드 수지용도로 사용되는 것으로서, 승온시 활성화되는 적어도 하나의 경화제(B)를 포함하는 단일성분계 열경화성 에폭시드 수지 조성물이 가장 바람직하다. 분자당 평균 하나 이상의 에폭시드기를 갖는 에폭시드 수지(A)는 바람직하게는 액상 에폭시드 수지 혹은 고체 에폭시드 수지이다. 여기서 "고체 에폭시드 수지"는 당해 에폭시드 분야에서 잘 알려진 것으로서 "액상 에폭시드 수지"에 대비되는 용어로 사용한다. 고체 수지의 유리전이온도는 실온보다 높으며 예컨대 상기 수지는 실온에서 분쇄하여 자유 유동 형태의 분말로 만들 수 있다. 이러한 고체 에폭시드 수지로는 예컨대, 다우 케미칼사(미국), 헌츠맨 인터내셔날 엘엘씨사(미국) 혹은 헥시온 스페셜티 케미칼스사(미국) 등의 시판 제품이 있다. 상기의 액상 수지는, 예를 들어, 헌츠맨 인터내셔날 엘엘씨사(미국)의 상품명 Araldite ® GY 250, Araldite ® PY 304, Araldite ® GY 282 등, 다우 케미칼사(미국)의 상품명 DER 331 (R) 혹은 DER (R) 330 등, 또는 헥시온 스페셜티 케미칼스사(미국)의 상품명 Epikote ® 828 혹은 Epikote ® 862 등의 제품을 들 수 있다. 에폭시드 수지용 경화제(B)는 승온시 활성화된다. 이에 관련하여, 디시아노디아미드, 구아나민, 구아나딘, 아미노구아니딘 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 경화제가 바람직하다. 또한 치환 우레아류, 예컨대, 3-클로로-4-메틸-페닐 우레아(클로로톨루론)나 페닐-디메틸 우레아류, 특히 p-클로로페닐-N,N-디메틸 우레아(모누론), 3-페닐-1,1-디메틸 우레아(페누론) 또는 3,4-디클로로페닐-N,N-디메틸 우레아(디우론) 등의 속활성 경화제도 쓸 수 있다. 그 외에도, 이미다졸류 및 아민 착염에서 유래한 화합물도 사용할 수 있다. 고분자형 폴리올과 폴리이소시아네이트로 구성되는 단일성분계 열경화 폴리우레탄 조성물이 또한 경화접착제 조성물로서 적합하다. 적절한 폴리이소시아네이트는 특히 디- 및 트리-이소시아네이트이다. 또한, 폴리우레탄 조성물은 적어도 하나의 경화제(B')를 포함한다. 이 경화제는, 이소시아네이트에 대한 반응성이 있는 기를 함유하며 블록 형태로 존재한다. 이때의 블록화 반응은 화학적 혹은 물리적 특성을 가질 수 있다. 또한, 경화접착제 조성물은 단일성분계 열경화성 아크릴레이트 조성물일 수 있다. 후자는 바람직하게는, 아크릴이나 메타크릴기를 가진 적어도 하나의 2가 또는 다가 모노머, 또한 아크릴이나 메타크릴기를 가진 적어도 하나의 단일작용기성 모노머를 포함한다. 또다른 경화제(B")인 아크릴레이트 조성물은, 아크릴레이트나 메타크릴레이트 모노머의 중합반응을 촉발하는 블록 형태의 열개시제를 함유한다. 또한, 경화접착제 조성물은 경화시 0 내지 5%의 발포율을 갖는 것이 유리하다. 지지부(5)는 임의의 재료로 이루어질 수 있다. 바람직한 재료는 예를 들어: 플라스틱류, 특히 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에스테르 및 폴리올레핀 등, 더욱 바람직하게는, 폴리(페닐렌 에테르) 폴리술폰 혹은 폴리에테르 술폰 등의 고온내성 폴리머; 복합체, 특히 폴리아미드와 유리섬유의 복합체; 금속, 특히 알루미늄과 강; 혹은 이러한 재료들의 조합물 등을 들 수 있다. 또한, 지지부(5)는 임의의 디자인 및 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1a, 1b, 3a, 3b 및 3c에서 보는 바와 같이 중실형(solid) 또는 중공형이거나, 도 1c 및 3d에서 보는 바와 같이 관통구(13)를 가질 수도 있다. 도 2a 내지 2d 및 도 4a 내지 4d에서 보는 바와 같이, 지지부(5)는 적어도 하나의 핀(11) 및 적어도 하나의 핀 캐리어(12), 특히 적어도 하나의 핀에 대해 수직 배치되는 적어도 하나의 핀 캐리어를 구비할 수 있다. 관통구 및/또는 핀과 핀 캐리어를 가진 지지부(5)는, 표면처리액이 구조재(2) 내부를 보다 적절히 순환할 수 있으므로 유리하다. 또한, 이러한 지지부는 중량이 작으며 마감처리시 사용되는 재료의 양이 적다. 또한, 지지부(5)는 예컨대 도 2a, 2b, 4a 또는 4b에서 보는 바와 같은 구성요소, 혹은 도 2c, 2d, 4c 및 4d에서 보는 바와 같이 서로 결합된 복수개의 구성요소들로 이루어질 수 있다. 또한 본 발명은, 지지부(5) 및 지지부(5)의 외측면에 도포 및 활성화될 수 있는 결합수단(6)을 포함하는 것으로서, 구조재(2)의 캐비티(3)를 보강하기 위한 보강부(4)를 포함한다. 앞서 기술한 바와 같이, 이들 구조재 및 보강부는 통상적으로 강화 구조물(1)에 사용하기 적합하다. 상기 결합수단(6)의 활성화 후, 구조재(2)에 가해지는 외부 하중(8) 하에서의 변형확률이 높은(7) 구조재의 위치에 있는 지지부(5)와 구조재(2) 간의 간격이 외부 하중(8) 하에서의 변형확률이 낮은(9) 구조재의 위치에서보다 좁아지는 방식으로, 상기 보강부(4)가 형성된다. 외부 하중(8)은 모터 차량의 사고시 발생하는 종류의 하중으로서, 바람직하게는, 정면 충돌, 장애물 충격, 가드레일 충격, 차량간 충격, 측면 충격 혹은 후방 충격 등이 있다. 변형확률은 구조재(2)의 FE 모델을 이용하여 측정한다. 외부 하중 하에서 최고 변형확률을 갖는 구조재(2)의 위치에 있는 지지부(5)에 들어가는 결합수단(6)의 양은, 최저 변형확률을 갖는 구조재(2)의 위치에 있는 결합수단의 양의 0 내지 60%, 바람직하게는 10 내지 30%이다. 또한, 구조재에 가해지는 외부 하중 하에서의 변형확률이 높은(7) 구조재의 위치에 있는 결합수단(6)의 양이, 외부 하중 하에서의 변형확률이 낮은(9) 구조재의 위치에서보다 적은 것이 유리하다. 또한, 결합수단(6)은 열이나 수분 혹은 전자기 방사를 통해 활성화될 수 있으며, 특히 열활성화 되는 것이 유리하다. 또한, 결합수단(6)은 발포성 재료 및/또는 접착제, 특히 활성화시 발포율이 0 내지 5%인 접착제인 것이 유리하다. 지지부(5)는 적어도 하나의 핀(11) 및 적어도 하나의 핀 캐리어(12), 특히 적어도 하나의 핀에 대해 수직 배치되는 적어도 하나의 핀 캐리어를 갖는 것이 유리하다. 또한, 결합수단(6)을 활성화하기에 앞서, 보강부(4)에 대향하는 구조재의 면에 액체 특히 표면처리액이 접근할 수 있도록 보강부(4)와 구조재(2) 사이의 간격을 설정하는 것이 유리하다. 상술한 실시형태의 장점은 전술한 바와 같다. 또한 본 발명은, 지지부(5) 및 지지부(5)와 구조재(2) 사이에 배치되고 활성화될 수 있는 결합수단(6)을 갖는 적어도 하나의 보강부(4)를 구조재의 캐비티(3) 안에 배치함으로써, 상기 구조재(2)를 보강하는 방법을 포함한다. 이러한 방법은: (i) 적어도 하나의 보강부(4)가 구조재(2)의 캐비티(3) 안에 배치되지 않은, 구조재(2)의 FE 모델을 설정하거나; 또는 (i') 구조재(2)의 캐비티(3) 안에 적어도 하나의 보강부(4)가 배치되어 있는, 구조재(2)의 FE 모델을 설정하고; (ii) 상기 FE 모델의 충돌 거동을 계산하고; (iii) 상기 계산된 FE 모델의 충돌 거동에서, 구조재 특히 구조재의 단면에서 변형이 작은 위치와 비교시 변형이 큰 위치에 있는 활성화 결합수단의 양을 빼고; (iv) 상기 단계의 정보에 부합하게 분포되어 있는 결합수단을 갖는 보강부를 형성하고; (v) 상기 보강부를 구조재의 캐비티 안에 설치하고; 또한 (vi) 상기 결합수단(6)을 활성화하는 단계들을 포함한다. 특히, 상기 단계(ii)에서의 충돌 거동은 모터 차량 산업에서의 표준화된 하중의 거동, 특히 모터 차량의 사고시 발생하는 표준화된 하중의 거동이다. 앞서 기술한 바와 같이, 상기 보강부(4) 및 구조재(2)는 통상적으로 강화 구조물(1)의 용도에 적합하다. 전술한 바와 같이, FE 모델은 보강부(4)와 강화 구조물(1)의 설계 및 최적화에 유리하게 이용될 수 있다. 특히, 구조재(2)의 보강방법에 있어서, 충돌 거동에서 FE 모델에 요구되는 최소 필수조건 및/또는 최대 필수조건, 예컨대, 보강부의 중량 또는 침범 깊이나 속도 등을 상세히 기술하는 것이 유리하다. 또한, 상기 방법은 충돌 거동에서 FE 모델에 요구되는 최소 필수조건 및/또는 최대 필수조건을 달성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 특히 단계(iii) 및/또는 재료의 양을 줄여 지지부(5)의 중량을 감소시키는 단계에서 FE 모델의 중량 감소에 따른 변형에도 불구하고, 상기 FE 모델은 소정의 최소 필수조건 및/또는 최대 필수조건을 만족할 수 있다. 이러한 중량 감소에 따른 변형은 중량 감소뿐만 아니라 재료에 드는 비용도 절약할 수 있다는 장점을 갖는다. 또한 바람직하게는, 상기 단계들 (i), (i'), (ii), (iii) 및, 혹은 있을 경우, 재료의 양을 줄여 지지부의 중량을 감소시키고 또한 충돌 거동시 FE-모델에 요구되는 최소 필수조건 및/또는 최대 필수조건을 달성하는 단계 중 적어도 하나를 수차례 반복할 수 있다. 보강부(4)는 다양한 방식으로 제조할 수 있다. 한가지 변형예는 사출성형법에 따라 제조하는 것이다. 이 경우, 예컨대, 2성분계 사출성형법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 제1 성분, 즉 본 발명의 경우라면 지지부(5)를 먼저 분무할 수 있다. 상기 제1 성분이 고화되면 툴의 캐비티를 확대 혹은 적절히 조절하고 새로운 툴에 몰딩을 장착한 후, 제2 성분, 즉 본 발명의 경우라면 결합재를 상기 제1 성분 위에 제1 성형골재와 함께 성형처리한다. 물론 그 외 다른 제조방법을 이용하여 보강부(4)를 제조할 수도 있다. 보강부(4)를 구조재(2)의 캐비티(3) 내에 설치하는 것은, 바람직하게는 도 4c에서와 같이, 클립(10)을 이용할 수 있는데 이는 결합수단(6)의 활성화에 앞서서 보강부를 신속하고도 간단히 구조재에 결합시키며 또한 그 상태를 지속 유지하므로, 제품 생산에 있어 시간을 절약하고 조립 단계를 단순화할 수 있어 경제적인 가치가 크다. 통상적으로, 클립(10)은 보강부의 일부이다. 또한 상기 클립은 예컨대, 정제욕, 인산염욕 혹은 침지욕 등의 액체에 의한 유동 응력에도 불구하고, 보강부를 유지 고정하기에 충분한 강도를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 재료로서 바람직한 것은, 지지부(5)의 바람직한 재료에 관련하여 앞서 열거한 재료들이다. 또한 기타의 방법에 따라 보강부(4)를 구조재(2)의 캐비티 내에 설치할 수도 있으며, 특히 보강부를 상기 구조재의 캐비티 안에 단순 고정시킬 수도 있다. 결합수단(6)의 활성화는 앞서 기술한 바와 같다. 물론 본 발명은 위에서 기술 및 도시한 실시형태에 국한되지 않는다.
1 강화 구조물
2 구조재
3 캐비티
4 보강부
5 지지부
6 결합수단
7 고 변형확률
8 하중
9 저 변형확률
10 클립
11 핀
12 핀 캐리어
13 관통구
14 매개공간 |
