KR102335596B1 - Dual-matrix composite member having shape restoring force and reconfigurable deployabel tube including the same - Google Patents
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Abstract
형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재 및 이를 포함하는 가변 전개형 튜브가 개시되며, 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재는, 탄소 섬유를 포함하는 재질로 이루어지는 내측 탄소 섬유층, 상기 내측 탄소 섬유층의 외면에 구비되는 힌지부 및 상기 내측 탄소 섬유층의 외면에서 상기 힌지부가 구비되지 않은 부분에 구비되는 강성부를 포함하되, 상기 힌지부는, 휨에 대한 탄성복원력을 가지는 재질로 구비되고, 상기 이중수지 복합부재가 폴딩되는 영역에 대응하여 형성될 수 있다.A double resin composite member having a shape restoring force and a variable development type tube including the same are disclosed, and the double resin composite member having a shape restoring force according to an embodiment of the present application, an inner carbon fiber layer made of a material containing carbon fibers, the A hinge portion provided on the outer surface of the inner carbon fiber layer and a rigid portion provided in a portion where the hinge portion is not provided on the outer surface of the inner carbon fiber layer, wherein the hinge portion is provided with a material having elastic restoring force against bending, the The double resin composite member may be formed to correspond to the folded area.
Description
본원은 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재 및 이를 포함하는 가변 전개형 튜브에 관한 것이다.The present application relates to a double resin composite member having a shape restoring force and a variable development type tube including the same.
최근 전세계적으로 기상환경이 급속도로 변화하고 있어, 정확하고 신속한 지구 기상 예측을 위하여 성능이 우수한 인공위성 개발이 시도되고 있다. 구체적으로, 인공위성 임무의 고도화 및 성능의 극대화를 위한 초대형 우주 구조물의 연구가 미국, 유럽 그리고 일본 등 우주개발 선진국들 위주로 많이 진행되고 있다.Recently, as the weather environment is rapidly changing around the world, development of high-performance artificial satellites is being attempted for accurate and rapid global weather prediction. Specifically, research on super-large space structures for the advancement of satellite missions and maximization of performance is being conducted mainly in advanced space development countries such as the United States, Europe, and Japan.
특히, 우주 궤도에서 스스로 전개되는 구조물 기술은 통신/영상 개구면 안테나, 태양전지판 등 모든 우주 구조물에 필요한 핵심 기술이라 할 수 있다.In particular, structure technology that develops on its own in space orbit can be said to be a core technology required for all space structures such as communication/image aperture antennas and solar panels.
인공위성 등이 탑재되는 우주용 발사체의 경우 페어링(Fairing)의 내부 공간과, 탑재중량(Payload)에 한계가 있기 때문에 내부에 탑재되는 탑재물은 부피나 중량에 엄격한 제약이 따르게 된다.In the case of a space launch vehicle on which satellites, etc. are mounted, there is a limit to the internal space of the fairing and the payload, so the volume or weight of the payload mounted inside is strictly limited.
하지만, 종래의 전개형 우주구조물은 대부분 기계적인 전개 방식을 따르고 있기 때문에 전개장치의 무게가 상대적으로 많은 비중을 차지하며, 전개 메커니즘 부품이 전체 구조물의 90% 이상의 무게를 차지하는 경우도 있다.However, since most of the conventional deployable space structures follow the mechanical deployment method, the weight of the deployment device occupies a relatively large proportion, and the deployment mechanism parts sometimes account for more than 90% of the weight of the entire structure.
이러한 종래의 기계적 전개 방식에 의하면, 과다한 중량 문제, 수납 공간 확보 문제 등이 상존하였고, 이러한 문제들을 해결하기 위해 막대한 연구개발 비용이 투입될 수밖에 없었다.According to this conventional mechanical deployment method, excessive weight problems, storage space securing problems, etc. always existed, and enormous R&D costs were inevitably invested to solve these problems.
한편, 우주용 발사체 등에 탑재되는 전개형 대형 우주 구조물(예를 들면, Antenna, Reflector, Solar array 등)에 활용될 수 있는 기존의 복합재료 스킨 구조는 단면전체가 연성 구조로 되어 스파 면에 수직인 면에서 굽힘 특성이 저하되는 단점을 가지고 있어, 강성을 일정하게 유지하며 자유로운 형상 변형이 가능한 스킨 구조가 구현될 필요가 있다.On the other hand, the existing composite material skin structure that can be used for large-scale deployment structures (eg, Antenna, Reflector, Solar array, etc.) mounted on space launch vehicles, etc. Since it has a disadvantage in that the bending properties are lowered in terms of the surface, it is necessary to implement a skin structure in which rigidity is constant and free shape deformation is possible.
본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 제10-1868768호에 개시되어 있다.The technology that is the background of the present application is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-1868768.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 강성을 유지하면서도 자유로운 형상 변형이 가능한 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재 및 이를 포함하는 가변 전개형 튜브를 제공하려는 것을 목적으로 한다.An object of the present application is to provide a double resin composite member having a shape restoring force capable of freely deforming a shape while maintaining rigidity and a variable deployment type tube including the same in order to solve the problems of the prior art.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the embodiments of the present application are not limited to the technical problems described above, and other technical problems may exist.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재는, 탄소 섬유를 포함하는 재질로 이루어지는 내측 탄소 섬유층, 상기 내측 탄소 섬유층의 외면에 구비되는 힌지부 및 상기 내측 탄소 섬유층의 외면에서 상기 힌지부가 구비되지 않은 부분에 구비되는 강성부를 포함할 수 있다.As a technical means for achieving the above technical problem, the double resin composite member having shape restoring force according to an embodiment of the present application is provided on the outer surface of the inner carbon fiber layer and the inner carbon fiber layer made of a material containing carbon fibers It may include a hinge portion and a rigid portion provided in a portion not provided with the hinge portion on the outer surface of the inner carbon fiber layer.
또한, 상기 힌지부는, 휨에 대한 탄성복원력을 가지는 재질로 구비되고, 상기 이중수지 복합부재가 폴딩되는 영역에 대응하여 형성될 수 있다.In addition, the hinge part may be made of a material having an elastic restoring force against bending, and may be formed to correspond to an area in which the double resin composite member is folded.
또한, 상기 강성부는, 내외측 방향에 직교하는 단면을 기준으로 폐도형 단면 형상을 가지며, 상호 간격을 두고 상기 내측 탄소 섬유층의 외면 상에 배치되는 복수의 강성부재를 포함할 수 있다.In addition, the rigid portion may include a plurality of rigid members having a closed cross-sectional shape based on a cross-section orthogonal to the inner and outer directions, and disposed on the outer surface of the inner carbon fiber layer at a distance from each other.
또한, 상기 힌지부는 상기 복수의 강성부재 사이의 간격 영역에 구비될 수 있다.In addition, the hinge part may be provided in a gap region between the plurality of rigid members.
또한, 상기 힌지부는, 형상기억폴리머(SMP) 레진 및 실리콘 레진 중 하나 이상을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.In addition, the hinge part may be made of a material including at least one of a shape memory polymer (SMP) resin and a silicone resin.
또한, 상기 힌지부는, 미리 설정된 온도를 기준으로 저온인 제1상태에서는 변형 가능하고, 상기 미리 설정된 온도를 기준으로 고온인 제2상태에서는 초기 형상으로 복원되도록, 형상기억폴리머(SMP) 레진을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.In addition, the hinge part is deformable in a first state that is low temperature based on a preset temperature, and is restored to an initial shape in a second state that is a high temperature based on the preset temperature. It contains a shape memory polymer (SMP) resin. It may be made of a material that
또한, 상기 강성부는, 에폭시 레진을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.In addition, the rigid part may be made of a material including an epoxy resin.
또한, 상기 내측 탄소 섬유층은, WF(Woven Fabric) 탄소 섬유를 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.In addition, the inner carbon fiber layer may be made of a material including WF (Woven Fabric) carbon fibers.
또한, 상기 강성부는, 상기 힌지부의 적어도 일부가 상기 내측 탄소 섬유층에 함침되는 것이 방지되도록 필름 형태의 에폭시 레진을 포함할 수 있다.In addition, the rigid part may include an epoxy resin in the form of a film to prevent at least a portion of the hinge part from being impregnated in the inner carbon fiber layer.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재는, 상기 필름 형태의 에폭시 레진을 포함하는 상기 강성부를 상기 내측 탄소 섬유층의 외면에 배치하고, 상기 내측 탄소 섬유층의 외면 중 상기 힌지부에 대응되는 영역에 형상기억폴리머(SMP) 레진 및 실리콘 레진 중 하나 이상을 포함하는 재질로 이루어지는 형상복원 재료를 도포한 후, 상기 힌지부 및 상기 강성부를 경화시키는 방식에 의해 형성될 수 있다.In addition, in the double resin composite member having shape restoring force according to an embodiment of the present application, the rigid part including the epoxy resin in the film form is disposed on the outer surface of the inner carbon fiber layer, and the hinge of the outer surface of the inner carbon fiber layer It may be formed by applying a shape restoration material made of a material including at least one of a shape memory polymer (SMP) resin and a silicone resin to an area corresponding to the branch, and then curing the hinge part and the rigid part.
또한, 상기 경화는, 미리 설정된 제1경화 온도 또는 상기 제1경화 온도의 이하의 온도에서 상기 힌지부에 대응되는 상기 형상복원 재료를 경화한 다음, 상기 필름 형태의 에폭시 레진의 경화가 가능한 온도인 제2경화 온도에서 상기 강성부에 대응되는 상기 필름 형태의 에폭시 레진을 경화하는 것일 수 있다.In addition, the curing is a temperature at which the shape restoration material corresponding to the hinge part is cured at a preset first curing temperature or a temperature below the first curing temperature, and then the epoxy resin in the form of a film can be cured. At a second curing temperature, the epoxy resin in the film form corresponding to the rigid portion may be cured.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재는, 상기 힌지부 및 상기 강성부의 외면에 구비되며, 탄소 섬유를 포함하는 재질로 이루어지는 외측 탄소 섬유층을 포함할 수 있다.In addition, the double resin composite member having a shape restoring force according to an embodiment of the present application is provided on the outer surfaces of the hinge part and the rigid part, and may include an outer carbon fiber layer made of a material including carbon fibers.
한편, 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브는, 내부가 중공인 튜브 형태이되 상기 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 튜브본체 및 상기 튜브본체의 내부에 길이방향으로 연장되어 배치되는 스파(spar)를 포함할 수 있다.On the other hand, the variable deployment type tube including a double resin composite member having a shape restoring force according to an embodiment of the present application is in the form of a tube having a hollow inside, but the tube body and the tube including a double resin composite member having the shape restoring force It may include a spar arranged to extend in the longitudinal direction on the inside of the body.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브는, 상기 튜브본체의 힌지부가 형상기억폴리머(SMP) 레진을 포함하는 재질로 이루어지거나 상기 스파가 형상복원력을 갖는 형상기억재질로 이루어질 수 있다.In addition, in the variable deployment type tube including a double resin composite member having shape restoring force according to an embodiment of the present application, the hinge portion of the tube body is made of a material containing a shape memory polymer (SMP) resin or the spar has a shape It may be made of a shape memory material having a restoring force.
또한, 상기 스파는, 상기 튜브본체의 길이방향을 따라 연장되는 형상을 초기 형상으로 하여 미리 설정된 온도를 기준으로 고온인 상태에서 상기 초기 형상으로 복원되려는 형상복원력을 가질 수 있다.In addition, the spar may have a shape restoring force to be restored to the initial shape in a high temperature state based on a preset temperature with a shape extending along the longitudinal direction of the tube body as an initial shape.
또한, 상기 튜브본체는, 내측 탄소 섬유층의 외면에 상기 튜브본체의 길이방향을 따라 상호 소정의 길이방향 간격을 두고 이격되어 배치된 복수 개의 힌지부를 포함할 수 있다.In addition, the tube body may include a plurality of hinge portions disposed on the outer surface of the inner carbon fiber layer to be spaced apart from each other at a predetermined longitudinal distance along the longitudinal direction of the tube body.
또한, 상기 튜브본체는, 상기 튜브본체의 길이방향을 따라 연장되도록 전개되거나 상기 튜브본체의 길이방향 일단이 내측에 배치되고 상기 튜브본체의 길이방향 타단이 외측에 배치되는 형태로 상기 길이방향을 따라 폴딩(folding)될 수 있다.In addition, the tube body is deployed to extend along the longitudinal direction of the tube body or along the longitudinal direction in a form in which one longitudinal end of the tube body is disposed on the inside and the other longitudinal end of the tube body is disposed on the outside It can be folded.
또한, 상기 튜브본체에서, 상기 길이방향 일단에 가깝게 배치된 상기 복수 개의 힌지부 사이의 길이방향 간격은 상기 길이방향 타단에 가깝게 배치된 상기 복수 개의 힌지부 사이의 길이방향 간격 이상으로 구비될 수 있다.In addition, in the tube body, the longitudinal distance between the plurality of hinge parts disposed close to one end in the longitudinal direction may be greater than or equal to the longitudinal distance between the plurality of hinge parts disposed close to the other end in the longitudinal direction. .
또한, 상기 복수 개의 힌지부 각각이 미리 설정된 각도로 폴딩(folding)되면 상기 튜브본체가 길이방향을 따라 구부러지며 미리 설정된 다각형 수납 패턴을 이루며 수납되도록 상기 복수 개의 힌지부 사이의 길이방향 간격이 결정될 수 있다.In addition, when each of the plurality of hinge parts is folded at a preset angle, the tube body is bent along the longitudinal direction to form a preset polygonal receiving pattern and received in the longitudinal direction between the plurality of hinge parts The interval can be determined. have.
또한, 상기 튜브본체는, 상기 다각형 수납 패턴에 따른 다각형 형상의 복수의 레이어를 이루며 겹겹이 권취되도록 폴딩(folding)되되, 상기 복수 개의 힌지부가 상기 복수의 레이어 중 외측의 레이어에 대응하여 배치될수록 상기 복수 개의 힌지부 사이의 길이방향 간격이 커지도록 구비될 수 있다.In addition, the tube body is folded so as to form a plurality of layers of a polygonal shape according to the polygonal accommodation pattern and to be wound on top of each other, and the plurality of hinges are arranged to correspond to the outer layer of the plurality of layers. It may be provided to increase the longitudinal distance between the hinge parts.
또한, 상기 복수 개의 힌지부는, 상기 내측 탄소 섬유층의 외면에서 상기 내측 탄소 섬유층의 둘레방향을 따라 상호 소정의 둘레방향 간격을 두고 이격되도록 배치될 수 있다.In addition, the plurality of hinge parts may be arranged to be spaced apart from each other at a predetermined circumferential distance from the outer surface of the inner carbon fiber layer along the circumferential direction of the inner carbon fiber layer.
또한, 상기 다각형 수납 패턴은 원형 수납 패턴에 의해 수납되는 튜브에 비하여 상기 가변 전개형 튜브의 수납 시의 주름 형성이 저감되고, 상기 가변 전개형 튜브의 수납 체적이 감소되도록 구비될 수 있다.In addition, the polygonal accommodation pattern may be provided such that, compared to the tube accommodated by the circular accommodation pattern, the formation of wrinkles when the variable development type tube is accommodated is reduced, and the storage volume of the variable development type tube is reduced.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 강성을 유지하면서도 자유로운 형상 변형이 가능한 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재 및 이를 포함하는 가변 전개형 튜브를 제공할 수 있다.According to the problem solving means of the present application described above, it is possible to provide a double resin composite member having a shape restoring force capable of freely deforming a shape while maintaining rigidity, and a variable development type tube including the same.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 구조물의 형상변형을 위한 별도의 구동(전개)장치, 연결장치가 없이도 형상복원력을 갖는 부재를 이용함으로써, 온도 조절을 통한 구조물의 형상 변형 제어가 가능하도록 하여 구조물의 전체적인 경량화가 가능하다.According to the above-described problem solving means of the present application, by using a member having a shape restoring force without a separate driving (deployment) device or connection device for shape deformation of the structure, shape deformation of the structure can be controlled through temperature control. It is possible to reduce the overall weight of the structure.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브의 힌지부의 영역 패턴을 다양하게 설계함으로써 전개 속도 및 형상을 필요에 따라 조정할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, the development speed and shape can be adjusted as necessary by designing variously the region pattern of the hinge part of the variable deployment type tube including the double resin composite member having shape restoring force.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 초대형/초경량 우주 구조물 개발에 적용되어 기존의 우주 구조물 대비 경량화(무게 감소) 효과, 수납(Stowage) 효율 개선 효과 및 이에 따른 발사비 절감을 통하여 우주 구조물에 대한 개발 비용을 저감할 수 있다.According to the above-mentioned means for solving the problems of the present application, it is applied to the development of extra-large/ultra-light space structures, and compared to the existing space structures, the weight reduction (weight reduction) effect, the stowage efficiency improvement effect, and the consequent reduction of the launch cost are applied to the space structure. Development cost can be reduced.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 휴대와 전개가 용이한 텐트 및 지상용 안테나 등에 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재가 활용될 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, a double resin composite member having a shape restoring force can be utilized in tents and ground antennas that are easy to carry and deploy.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable herein are not limited to the above-described effects, and other effects may exist.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 형상복원 재료의 도포 및 경화를 통한 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재의 형성 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브의 개략적인 사시도이다.
도 4는 튜브본체 내부에 복수의 스티프너를 포함하는 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브의 개략적인 사시도이다.
도 5는 내측 탄소 섬유층 외면에 길이방향을 따라 배치된 복수 개의 힌지부 사이의 길이방향 간격 설정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브의 형상 변형을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브에 대한 다각형 수납 패턴을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 다각형 수납 패턴에 따른 레이어와 다음 레이어 사이의 힌지부의 길이방향 간격 설정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브에 대한 다각형 수납 패턴에 의해 수납 시의 주름 형성이 저감되는 것을 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브와 연계된 일 실험예로써 다각형 수납 패턴에 의한 주름 형성 저감 효과를 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프이다.
도 11은 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브와 연계된 일 실험예로써 다각형 수납 패턴에 의한 수납 체적 감소 효과를 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프이다.1 is a schematic cross-sectional view of a double resin composite member having a shape restoring force according to an embodiment of the present application.
2 is a conceptual diagram for explaining a process of forming a double resin composite member having a shape restoring force through application and curing of a shape restoring material according to an embodiment of the present application.
3 is a schematic perspective view of a variable deployment type tube including a double resin composite member having a shape restoring force according to an embodiment of the present application.
4 is a schematic perspective view of a variable deployment type tube including a double resin composite member having a shape restoring force according to an embodiment of the present application including a plurality of stiffeners inside the tube body.
5 is a conceptual diagram for explaining the setting of a longitudinal interval between a plurality of hinge parts disposed along the longitudinal direction on the outer surface of the inner carbon fiber layer.
6 is a conceptual diagram for explaining the shape deformation of a variable deployment type tube including a double resin composite member having a shape restoring force according to an embodiment of the present application.
7 is a conceptual diagram for explaining a polygonal accommodation pattern for a variable deployment type tube including a double resin composite member having a shape restoring force according to an embodiment of the present application.
8 is a conceptual diagram for explaining the setting of a longitudinal interval of a hinge portion between a layer and a next layer according to a polygonal accommodation pattern.
9 is a conceptual diagram for explaining that wrinkle formation during storage is reduced by a polygonal accommodation pattern for a variable-deployable tube including a double resin composite member having a shape restoring force according to an embodiment of the present application.
10 is a graph showing the results of simulating the wrinkle reduction effect by the polygonal accommodation pattern as an experimental example in connection with a variable deployment type tube including a double resin composite member having shape restoring force according to an embodiment of the present application. .
11 is an experimental example in connection with a variable-deployable tube including a double resin composite member having a shape restoring force according to an embodiment of the present application. .
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. However, the present application may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is "connected" with another part, it is not only "directly connected" but also "electrically connected" or "indirectly connected" with another element interposed therebetween. "Including cases where
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is positioned “on”, “on”, “on”, “on”, “under”, “under”, or “under” another member, this means that a member is positioned on the other member. It includes not only the case where they are in contact, but also the case where another member exists between two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
참고로, 본원의 실시예에 관한 설명 중 방향이나 위치에 관련된 용어(길이방향, 둘레방향 등)는 도면에 나타나 있는 각 구성의 배치 상태를 기준으로 설명한 것이다. 예를 들면, 도3에서 보았을 때 길이방향은 2시에서 8시방향일 수 있다. 다만, 이러한 방향 설정은 본원 장치의 배치 상태에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 필요에 따라서는 도 3 기준 길이방향이 수직 방향(상하 방향)을 향하도록 본원 장치가 배치될 수 있고, 다른 예로 도 3 기준 길이방향이 비스듬한 경사 방향을 향하도록 본원 장치가 배치될 수 있다.For reference, the terms (length direction, circumferential direction, etc.) related to the direction or position in the description of the embodiment of the present application are described based on the arrangement state of each component shown in the drawings. For example, when viewed in FIG. 3 , the longitudinal direction may be from 2 o'clock to 8 o'clock. However, this direction setting may vary depending on the arrangement state of the apparatus of the present application. For example, if necessary, the device of the present application may be disposed so that the longitudinal direction of FIG. 3 faces a vertical direction (up and down direction), and in another example, the device of the present application may be disposed such that the longitudinal direction of FIG. 3 faces an oblique inclination direction. can
본원은 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재 및 이를 포함하는 가변 전개형 튜브에 관한 것이다. The present application relates to a double resin composite member having a shape restoring force and a variable development type tube including the same.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재(1)(이하, '복합부재(1)'라 한다.)의 구조 및 제작(형성) 방법에 관하여 상세히 서술하고, 복합부재(1)를 포함하는 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브(100)를 설명하도록 한다.First, with reference to FIGS. 1 and 2 , the structure and manufacture (formation) of a double
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재의 개략적인 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view of a double resin composite member having a shape restoring force according to an embodiment of the present application.
도 1을 참조하면, 복합부재(1)는 내측 탄소 섬유층(11), 힌지부(12), 강성부(13) 및 외측 탄소 섬유층(14)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the
내측 탄소 섬유층(11)은 탄소 섬유를 포함하는 재질로 이루어질 수 있다. 본원의 일 실시예에 따르면, 내측 탄소 섬유층(11)은 WF(Woven Fabric) 탄소 섬유를 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.The inner
힌지부(12)는 내측 탄소 섬유층(11)의 외면에 구비되고 휨에 대한 탄성복원력을 가지는 재질로 구비될 수 있다. 예를 들어, 힌지부(12)는 휨에 대한 탄성복원력을 가지도록 형상기억폴리머(SMP) 레진 및 실리콘 레진 중 하나 이상을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.The
또한, 힌지부(12) 복합부재(1)가 폴딩되는 영역에 대응하여 형성될 수 있다. 본원의 실시예에 관한 설명에서 복합부재(1)가 폴딩되는 것은 복합부재(1)가 소정의 방향(예를 들면, 복합부재(1)의 길이방향 등)으로 감기거나(Winding) 접히는 것(Bending)을 모두 포함하는 개념으로 폭넓게 이해됨이 바람직하다.In addition, the
본원의 일 실시예에 따르면 힌지부(12)는, 미리 설정된 온도를 기준으로 저온인 제1상태에서는 변형 가능하고 미리 설정된 온도를 기준으로 고온인 제2상태에서는 초기 형상으로 복원되도록 형상기억폴리머(SMP) 레진을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다. According to an embodiment of the present application, the
종합하면, 힌지부(120)는 형상복원력을 갖는 형상복원 재료를 포함할 수 있다. 달리 말해, 본원의 일 실시예에 따르면, 힌지부(120)에 대응되는 형상복원 재료는 형상기억 폴리머(Shape Memory Polymer, SMP) 레진 및 실리콘 레진 중 하나 이상을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.In summary, the
구체적으로 힌지부(120)가 형상기억 폴리머(SMP) 레진을 포함하는 재질로 이루어진 경우, 형상기억 폴리머(SMP)는 초기의 형상을 기억하여 유리전이온도(glass transition temperature, Tg) 이상이 되면 변형된 형태로부터 본래의 모습으로 되돌아오는 고분자이다. 변형을 회복하는 메커니즘은 형상기억 폴리머의 탄성으로부터 오는 엔트로피(entropy)의 변화로 이해될 수 있으며, 형상기억 폴리머의 분자구조는 그물망 구조와 비슷하고, 분자구조 사이를 연결하는 가교결합(crosslink) 분자 사슬과 가역 분자가 복잡하게 존재한다. 분자사슬은 한번 경화되면 다시 돌아갈 수 없는 비가역상으로서 자유로운 이동을 방해하는 역할을 한다.Specifically, when the
반면, 가역상은 형상기억 폴리머에 많은 비중을 차지하며, 변형 및 회복에서 탄성적인 역할을 한다. 소정 온도(예를 들면, 전술한 유리전이온도) 이상이 되면 가역상은 유체의 형태가 되고 흐름성이 좋아진다. 유리전이온도 이상에서 외부의 힘이 가해지면 형상기억 폴리머의 분자 사슬이 정렬하게 되고 이때, 엔트로피 감소를 가져오게 된다. 이때 온도를 유리전이온도 이하로 급격하게 낮추면 불안정했던 가역상은 다시 안정하게 되어 변형된 형태를 유지하게 된다.On the other hand, the reversible phase occupies a large proportion in shape memory polymers and plays an elastic role in deformation and recovery. When a predetermined temperature (eg, the glass transition temperature described above) or higher is reached, the reversible phase becomes in the form of a fluid and the flowability is improved. When an external force is applied above the glass transition temperature, the molecular chains of the shape memory polymer are aligned, which leads to a decrease in entropy. At this time, if the temperature is rapidly lowered below the glass transition temperature, the unstable reversible phase becomes stable again and maintains its deformed shape.
또한, 다시 열을 가하여 온도를 유리전이온도 이상으로 높여주면, 저장되어 있던 변형에너지를 통해 분자 사슬의 움직임이 일어나게 되고 원래 형상으로 돌아오게 된다.In addition, if the temperature is raised above the glass transition temperature by applying heat again, the molecular chain moves through the stored strain energy and returns to its original shape.
이러한 형상기억 폴리머는 확장성이 크고, 고탄성 변형(200% 이상의 응력), 저비용, 저밀도, 이용온도 조절의 범위가 넓고, 가공이 용이하다는 장점을 가지며, 주로 사용되는 재료는 폴리노르보넨, 폴리에스테르 섬유, 트랜스-이소프렌, 스티렌-부타디엔 공중합체, 일부 폴리우레탄이 이용될 수 있다.These shape memory polymers have the advantages of large extensibility, high elastic deformation (stress of 200% or more), low cost, low density, a wide range of temperature control, and easy processing. Fibers, trans-isoprene, styrene-butadiene copolymers, and some polyurethanes may be used.
강성부(13)는 내측 탄소 섬유층(11)의 외면에서 힌지부(12)가 구비되지 않은 부분에 구비될 수 있다. 본원의 일 실시예에 따르면, 강성부(13)는 에폭시 레진을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.The
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 강성부(13)는 힌지부(12)의 적어도 일부가 내측 탄소 섬유층(11)에 함침되는 것이 방지되도록 필름 형태의 에폭시 레진을 포함할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present application, the
외측 탄소 섬유층(14)은 힌지부(12) 및 강성부(13)의 외면에 구비되며, 탄소 섬유를 포함하는 재질로 이루어질 수 있다. 본원의 일 실시예에 따르면, 외측 탄소 섬유층(14)은 내측 탄소 섬유층(11)과 상호 대응되는 재질(예를 들면, WF(Woven Fabric) 탄소 섬유 등)로 구비될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The outer
즉, 복합부재(1)는 탄소 섬유를 포함하는 내측 탄소 섬유층(11)에 강성을 가지는 구조 부분인 강성부(13)가 에폭시 레진으로 형성되고 강성부(13) 사이에 힌지 역할을 하도록 마련되는 부분인 힌지부(12)가 형상기억폴리머(SMP) 또는 실리콘 레진으로 형성된 이중수지 복합 스킨(Dual-matrix composite skin)일 수 있다. 또한, 이러한 복합부재(1)는 폐도형(이를 테면, 원형) 형태의 단면을 갖는 중공인 붐 형태일 수 있다.That is, in the
정리하면, 복합부재(1)는 에폭시 레진 등으로 형성되는 강성 구조(강성부(13))와 소정의 연성을 가지는 힌지(SMPs or silicon) 부분(힌지부(12))으로 구성된 이중수지 구조(Dual- composite matrix)를 적용한 스킨 부재일 수 있다. 달리 말해, 복합부재(1)는 탄소섬유 상의 고정 부분에는 에폭시 레진(수지)을 적용하고 힌지 역할을 하는 변형 부분에 형상복원력을 갖는 수지를 적용함으로써 구조물의 강성을 높게 유지하여 정확한 구조 형상을 유지할 수 있도록 하면서 자유로운 형상변형이 가능하도록 할 수 있다.In summary, the
다시 말해, 복합부재(1)는 강성부(13)와 힌지부(12)를 소정의 패턴에 따라 마련함으로써 복합부재(1)(스킨 구조)의 강성을 유지하면서도, 미리 설정된 온도를 기준으로 저온인 제1 상태에서는 힌지부(12)가 변형 가능하도록 하고, 미리 설정된 온도를 기준으로 고온인 제2 상태에서는 힌지부(12)가 초기 형상으로 복원될 수 있도록 하여, 힌지부(12)의 형상복원력을 통한 복합부재(1)의 전개가 가능할 수 있다.In other words, the
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 형상복원 재료의 도포 및 경화를 통한 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재의 형성 과정을 설명하기 위한 개념도이다.2 is a conceptual diagram for explaining a process of forming a double resin composite member having a shape restoring force through application and curing of a shape restoring material according to an embodiment of the present application.
도 2를 참조하면, 강성부(13)는 복합부재(1)의 내외측 방향에 직교하는 단면을 기준으로 폐도형 단면 형상(예시적으로 도 2를 참조하면, 사각형 단면 형상)을 가질 수 있다. 또한, 강성부(13)는 상호 간격을 두고 내측 탄소 섬유층(11)의 외면 상에 배치되는 복수의 강성부재를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 힌지부(12)는 복수의 강성부재 사이의 간격 영역에 구비될 수 있다. 구체적으로, 도 2를 참조하면, 힌지부(12)는 상호 간격을 두고 배치되는 4개의 강성부재 사이의 간격 영역에 십자형으로 구비될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 2 , the
또한, 복합부재(1)는 필름 형태의 에폭시 레진을 포함하는 강성부(13)를 내측 탄소 섬유층(11)의 외면에 배치하고, 내측 탄소 섬유층(11)의 외면 중 힌지부(12)에 대응되는 영역에 형상복원 재료를 도포한 후, 힌지부(12) 및 강성부(13)를 경화시키는 방식에 의해 형성될 수 있다.In addition, in the
이와 관련하여, 강성부(13)에 액상 타입의 에폭시 레진을 사용하는 경우, 복합부재(1)의 경화 과정에서 액상 타입의 에폭시 레진의 점도가 낮아짐에 따라 에폭시 레진의 일부가 힌지 역할을 하는 연성 구조 부분인 힌지부(12)로 흘러 들어갈 수 있다는 문제가 존재하므로, 액상 타입의 에폭시 레진을 사용하는 방식은 미리 설정된 강성 수준에 도달하기 어려울 뿐만 아니라 탄소 섬유 외면에 마련되는 힌지부(12)의 패턴을 본래 설계대로 구현하기 어렵다는 한계가 있다. 또한, 에폭시 레진이 불균일하게 분포되어 경화된 복합부재(1)의 두께 및 강성을 균일하게 유지하기 어려운 단점이 존재한다.In this regard, when a liquid type epoxy resin is used for the
반면, 본원의 일 실시예에 따르면, 강성부(13)에 필름 형태의 에폭시 레진을 사용하면, 필름 형태의 에폭시 레진은 비경화 상태에서 유연한 특성을 가지기 때문에 평판 형태에 국한되는 것이 아니라, 붐 형상과 같이 곡률이 있는 3차원 구조물에의 적용이 용이하다는 이점이 있다. 또한, 필름 형태의 에폭시 레진은 각각이 소정의 두께를 가지는 여러 겹의 시트(Sheet)로 이루어지는 형태이기 때문에 탄소 섬유 층 사이(예를 들면, 내측 탄소 섬유층(11) 및 외측 탄소 섬유측(14) 사이)에 적층되는 시트의 수를 조절함으로써 복합부재(1)가 적용된 구조물의 전체적인 강성을 조절할 수 있는 장점이 있다.On the other hand, according to an embodiment of the present application, when an epoxy resin in the form of a film is used for the
또한, 강성부(13)에 전술한 필름 형태의 에폭시 레진을 활용하면, 강성부(13)의 패턴 형상을 다양하게 구현할 수 있고 경화가 이루어지는 동안(경화 과정 간) 본래의 패턴을 유지할 수 있고, 필름의 두께가 비교적 일정하기 때문에 경화된 복합부재(1) 전체 두께를 균일하게 유지할 수 있다. 또한, 필름 형태의 에폭시 레진이 탄소 섬유의 층 사이(예를 들면, 내측 탄소 섬유층(11) 및 외측 탄소 섬유측(14) 사이)에 위치하여 접착됨으로써 연성 구조 영역인 힌지부(12)를 형성하기 위해 사용되는 형상복원 재료(달리 말해, 실리콘 또는 형상기억폴리머 레진)가 강성부(13) 측의 탄소 섬유층에 함침되는 것을 방지할 수 있다.In addition, if the above-mentioned film-type epoxy resin is used for the
또한, 실리콘 또는 형상기억폴리머 레진 중 하나 이상을 포함하는 재질로 이루어지는 힌지부(12)와 필름 형태의 에폭시 레진을 포함하는 강성부(13)는 서로 다른 경화 온도를 가지게 된다. 구체적으로 힌지부(12)의 실리콘 또는 형상기억폴리머 레진은 강성부(13)의 에폭시 레진이 경화되는 온도에 비해 상대적으로 낮은 온도에서 상대적으로 짧은 시간만으로 경화가 가능하므로, 힌지부(12) 및 강성부(13)의 경화 온도의 상대적 차이를 고려한 경화 사이클 조절을 통한 연속적인 경화를 기초로 본원의 복합부재(1)의 제작이 가능할 수 있다.In addition, the
앞서 설명한 본원의 일 실시예에 따른 복합부재(1)의 제작 과정을 순서대로 설명하면 다음과 같다. 먼저 WF(Woven Fabric) 탄소 섬유를 포함하는 재질로 이루어진 내측 탄소 섬유층(11) 위에 미리 설정된 강성부(13)의 패턴에 따라 필름 형태의 에폭시 레진을 위치시킨다. 그 후, 배치된 필름 형태의 에폭시 레진 위(상측)에 외측 탄소 섬유층(14)에 해당하는 또다른 WF(Woven Fabric) 탄소 섬유를 위치시켜 WF(Woven Fabric) 탄소섬유, 에폭시 레진, WF(Woven Fabric) 탄소섬유가 교대로 반복되는 순서로 쌓아 올린다. 이렇게 WF(Woven Fabric) 탄소섬유와 에폭시 레진을 교대로 샌드위치 형태로 적층한 후, 강성부(13) 패턴 사이에 위치한 힌지부(12)에 대응되는 영역을 따라 형상복원 재료인 실리콘 또는 형상기억폴리머 레진을 도포시킨다.The manufacturing process of the
이후, 상온 또는 미리 설정된 온도(예를 들면, 유리전이온도, Tg)에서 힌지부(12)의 형상복원 재료인 실리콘 또는 형상기억 폴리머 레진을 먼저 경화시킨 후 강성부(13)의 필름 형태의 에폭시 레진이 경화되기 시작하는 온도까지 열을 가하여 에폭시 레진을 후속하여 경화시킬 수 있다. 달리 말해, 본원의 복합부재(1)의 제작 과정에서 각각의 재료를 적층 및 도포한 후 적용되는 경화 과정은, 미리 설정된 제1경화 온도(예를 들면, 유리전이온도, Tg) 또는 제1경화 온도의 이하의 온도(예를 들면, 상온)에서 힌지부(12)에 대응되는 형상복원 재료를 경화한 다음, 강성부(13)의 필름 형태의 에폭시 레진의 경화가 가능한 온도인 제2경화 온도에서 강성부(13)에 대응되는 필름 형태의 에폭시 레진을 경화하는 단계적인 프로세스를 포함할 수 있다. 여기서, 필름 형태의 에폭시 레진의 경화가 가능한 온도인 제2경화 온도는 형상복원 재료의 경화를 위한 제1경화 온도보다 높을 수 있다.After that, silicone or shape memory polymer resin, which is a shape restoration material of the
또한, 도 2를 참조하면, 복합부재(1)는 길이방향(도 2를 기준으로 3시에서 9시 방향)으로 연장되는 힌지부(12) 및 상기 길이방향과 직교하는 방향(도 2를 기준으로 12시에서 6시 방향)으로 연장되는 힌지부(12)를 포함하는 2차원 배열로 형성된 연성 구조를 포함할 수 있다. 이는 후술하는 바와 같이 복합부재(1)를 포함하는 가변 전개형 튜브(100)가 수납을 위하여 말리는(달리 말해, 폴딩되는) 과정에서 길이방향으로 폴딩(folding)되는 힌지부(120)와 길이방향과 직교하는 가변 전개형 튜브(100)의 둘레방향을 따라서도 일부 구부러지도록 구비되는 힌지부(120)를 통해 가변 전개형 튜브(100)의 수납 체적을 감소시키는 것과 관련될 수 있다. 또한, 상술한 2차원 배열로 형성된 연성 구조를 통해 복합부재(1) 또는 복합부재(1)를 포함하는 가변 전개형 튜브(100)의 전개 시 길이방향 및 상기 길이방향에 직교하는 방향의 양 방향으로의 전개가 별도의 외력이나 전개 장치 없이도 용이하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.In addition, referring to FIG. 2 , the
달리 말해, 힌지부(12)는 복합부재(1)가 접히는 경계라인 및 복합부재(1)가 감길 때(폴딩될 때) 휘어지는 휨 방향 중 적어도 하나를 고려하여 구비될 수 있다. 이와 관련하여, 복합부재(1)가 후술하는 가변 전개형 튜브(100)와 같이 튜브를 형성하는 경우, 힌지부(12)는 튜브가 길이방향으로 감기는 것에 대응하여 튜브의 둘레방향을 따라 연장 형상되는 구성(예를 들어, 튜브본체(10)의 길이방향을 따라 상호 간격을 두고 배치된 복수 개의 힌지부(120) 형태) 및 튜브가 길이방향으로 감길 때 튜브가 납작하게 접히는 것에 대응하여 길이방향을 따라 연장 형성되는 구성(예를 들어, 튜브본체(10)의 둘레방향을 따라 상호 간격을 두고 배치된 복수 개의 힌지부(120) 형태)을 포함할 수 있다.In other words, the
이하에서는 앞서 설명한 복합부재(1)를 포함하는 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브(100)(이하, '가변 전개형 튜브(100)'라 한다.)의 구조 및 기능을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a variable-deployable tube 100 (hereinafter referred to as 'variable-deployable tube 100') comprising a double resin composite member having a shape restoring force according to an embodiment of the present application including the above-described
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브의 개략적인 사시도이다.3 is a schematic perspective view of a variable deployment type tube including a double resin composite member having a shape restoring force according to an embodiment of the present application.
도 3을 참조하면, 가변 전개형 튜브(100)는 튜브본체(10) 및 스파(20)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the variable
튜브본체(10)는 내부가 중공인 튜브 형태이되 앞서 설명한 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재(1)를 포함하여 구비될 수 있다. 튜브본체(10)는 내측 탄소 섬유층(미도시) 및 내측 탄소 섬유층 외면에 구비되는 힌지부(120) 및 강성부(130)를 포함할 수 있다. 여기서, 튜브본체(10)의 힌지부(120) 및 강성부(130)는 앞서 설명한 복합부재(1)의 힌지부(12) 및 강성부(13)에 각각 대응되는 것으로서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 복합부재(1)의 힌지부(12) 및 강성부(13)에 대하여 설명된 내용은 튜브본체(10)의 힌지부(120) 및 강성부(130)에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.The
본원의 일 실시예에 따르면, 튜브본체(10)는 힌지부(120) 및 강성부(130) 외면에 구비되는 외측 탄소 섬유층(미도시)을 포함할 수 있다. 참고로, 도 3 및 도 4에서는 힌지부(120) 및 강성부(130)가 형성되는 패턴을 용이하게 설명하기 위하여 튜브본체(10)의 외측 탄소 섬유층의 도시가 생략된 것일 수 있다.According to an embodiment of the present application, the
스파(20)는 튜브본체의 내부에 길이방향으로 연장되어 배치될 수 있다. The
본원의 일 실시예에 따르면, 스파(20)는 WF(Woven Fabric) 탄소섬유와 형상기억폴리머 레진을 포함하는 형상기억폴리머 복합재료(SMPC: Shape Memory Polymer Composite)를 포함하는 재질일 수 있다. 또한, 스파(20)는 스파(20)에 가해지는 온도의 조절을 통해 형상이 변형 가능하도록 구비될 수 있다.According to one embodiment of the present application, the
달리 말해, 가변 전개형 튜브(100)는 튜브본체(10)의 힌지부(120)가 형상기억폴리머(SMP) 레진을 포함하는 재질로 이루어지거나 스파(20)가 형상복원력을 갖는 형상기억재질로 이루어짐으로써 스파(20)의 형상(기억)복원력 및/또는 튜브본체(10)의 힌지부(120)의 형상복원력에 의해 필요에 따라 전개되도록 설계될 수 있다.In other words, in the variable
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 스파(20)는 튜브본체(10)의 길이방향을 따라 연장되는 형상을 초기 형상으로 하여, 미리 설정된 온도를 기준으로 고온인 상태에서 초기 형상으로 복원되려는 형상복원력을 가질 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present application, the
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 스파(20)는 횡단면이 Ⅰ형상으로 형성될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.In addition, according to an embodiment of the present application, the
보다 구체적으로, 스파(20)는 튜브본체(10)의 내주에 맞닿아 배치되되, 일정거리 이격되어 대향하도록 배치되는 상하부 플랜지(상부 플랜지 및 하부 플랜지)와, 상하부 플랜지를 상호 연결하는 웨브를 포함할 수 있다.More specifically, the
이때, 상하부 플랜지와 웨브는 서로 직각을 이루도록 배치될 수 있다. 또한, 웨브는 상하부 플랜지의 중간(도 3을 참조하면, 중앙)을 상호 연결할 수 있다.At this time, the upper and lower flanges and the web may be disposed to form a right angle to each other. In addition, the web may interconnect the middle (refer to FIG. 3, the center) of the upper and lower flanges.
또한, 상하부 플랜지는 튜브본체(10)가 미리 설정된 두께 이하의 두께를 가지며 폴딩(또는 와인딩)될 수 있는 두께 및 돌출길이를 가질 수 있다. 여기서, 상하부 플랜지의 두께는 도 3 기준 상하 방향으로의 두께를 의미하고, 상하부 플랜지의 돌출길이는 웨브를 기준으로 좌우 방향으로 돌출된 길이를 의미한다. 또한, 상하부 플랜지는 미리 설정된 굽힘 강성을 확보할 수 있는 두께 및 돌출길이를 가지도록 구비될 수 있다. 즉, 상하부 플랜지는 컴팩트하게 폴딩(또는 와인딩)되어야 한다는 측면에서는 얇은 두께 또는 짧은 돌출길이를 가짐이 바람직하나, 소정의 굽힘 강성을 확보하여야 한다는 측면에서는 두꺼운 두께 및 긴 돌출길이를 가짐이 바람직하다. 따라서, 상하부 플랜지는 이러한 양 측면을 함께 고려하여 적정한 두께 및 돌출길이를 가지도록 설계될 수 있다.In addition, the upper and lower flanges may have a thickness and a protrusion length in which the
또한, 스파(20)는WF(Woven Fabric) 탄소섬유와 SMP 레진을 [0067] 혼합한 형상기억고분자 복합재료(SMPC:Shape Memory Polymer Composite)를 포함하는 재질일 수 있다.In addition, the
또한 스파(20)는 튜브본체(10)의 길이방향을 따라 연장되는 초기 형상을 가질 수 있다. 또한 스파(20)는 미리 설정된 온도 이상에서, 작용되는 외력에 의해 쉽게 변형될 수 있도록 미리 설정된 온도 미만의 온도에서의 강성보다 작은 강성을 가질 수 있다. 즉, 스파(20)는 미리 설정된 온도 미만의 온도에서, 강성이 낮아져 작용되는 외력에 대응하여 쉽게 변형되고 재료의 손상없이 고변형률(high strain)를 견딜 수 있으며, 외력이 제거되면 다시 초기 형상으로 복원되려는 초탄성(superelasticity)의 탄성복원력을 가질 수 있다.In addition, the
또한, 스파(20)는, 미리 설정된 온도 미만의 온도에서, 탄성복원력이 소실될 수 있다.In addition, the
즉 스파(20)는 미리 설정된 이상의 온도에서 쉽게 변형을 일으키고, 온도를 낮추면 초기 형상으로 복원되지 않고 변형된 형상을 그대로 유지할 수 있다. 스파(20)는 온도를 미리 설정된 온도 이상으로 높이면 변형되기 전의 형태(초기 형상)로 되돌아갈 수 있다.That is, the
또한, 스파(20)는, 미리 설정된 온도 이상의 온도에서, 외력 부가시 쉽게 폴딩이 가능한 낮은 강성을 가지고, 외력 부가가 없으면 변형전 초기 형상으로 자동 전개될 수 있다.In addition, the
도 4는 튜브본체 내부에 복수의 스티프너를 포함하는 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브의 개략적인 사시도이다.4 is a schematic perspective view of a variable deployment type tube including a double resin composite member having a shape restoring force according to an embodiment of the present application including a plurality of stiffeners inside the tube body.
도 4를 참조하면, 가변 전개형 튜브(100)는 복수의 스티프너(30)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the variable
복수의 스티프너(30)는 튜브본체(10)의 길이방향으로 연장되는 봉 형상일 수 있다. 또한, 복수의 스티프너(30)는 튜브본체(10)의 둘레를 따라 간격을 두고 배치될 수 있다. 이와 같이, 튜브본체(10)의 둘레에 스티프너(30)가 배치됨으로써, 튜브본체(10)의 중심으로부터 최대한 이격된 위치에 보강이 이루어져, 높은 단면 2차 모멘트가 확보될 수 있고, 이에 따라 높은 굽힘 강성을 갖는 구조가 구축될 수 있다. 예시적으로, 복수의 스티프너(30)는 튜브본체(10)의 내주를 따라 배치될 수 있다.The plurality of
또한, 복수의 스티프너(30)는 스파(20)의 상하부 플랜지가 배치되지 않은 튜브본체(10)의 영역에 배치되는 것이 바람직할 수 있다.In addition, it may be preferable that the plurality of
또한, 복수의 스티프너(30)는 횡단면 상에서 보았을 때 상호 대칭으로 배치되는 쌍을 가질 수 있다. 예시적으로 도 4의 하측에 도시된 횡단면도를 참조하면, 복수의 스티프너(30)는 4개가 2개씩 쌍을 이루어 좌우 대칭으로 배치될 수 있다.In addition, the plurality of
본원의 일 실시예에 따르면, 복수의 스티프너(30)는 초탄성 재질(superelastic material)을 갖는 와이어일 수 있다. 초탄성(superelasticity)이란 매우 큰 변형 뒤에도 탄성복원력을 발휘하여 원래의 초기 형상으로 되돌아오게 하는 성질을 의미할 수 있다.According to an embodiment of the present application, the plurality of
튜브본체(10)는 내측 탄소 섬유층의 외면에 튜브본체(10)의 길이방향을 따라 상호 소정의 길이방향 간격을 두고 이격되어 배치된 복수 개의 힌지부(120)를 포함할 수 있다.The
또한, 복수 개의 힌지부(120)는 내측 탄소 섬유층의 외면에서 내측 탄소 섬유층의 둘레방향을 따라 상호 소정의 둘레방향 간격을 두고 이격되도록 배치될 수 있다.In addition, the plurality of
달리 말해, 튜브본체(10)의 복수 개의 힌지부(120)는 튜브본체(10)의 길이방향을 따라 소정의 길이방향 간격을 두고 배치되고 튜브본체(10)의 둘레방향을 따라서도 소정의 둘레방향 간격을 두고 배치되는 2차원 힌지 배열을 포함할 수 있다. 둘레방향을 따라 배치되는 힌지부(120)와 관련하여, 튜브본체(10)의 복수 개의 힌지부(120) 각각은 가변 전개형 튜브(100)가 길이방향을 따라 폴딩(folding)되는 과정에서 튜브본체(10)의 길이방향과 직교하는 튜브본체(10)의 둘레방향에 대하여도 일부 구부러지는 두 방향으로의 폴딩(구부러짐)이 가능하여 다각형 수납 패턴 또는 원형 수납 패턴의 레이어와 레이어 사이의 이격 거리가 줄어들도록 하여 나아가 가변 전개형 튜브(100)의 전체 수납 체적을 감소시킬 수 있다. 따라서, 이러한 둘레방향으로의 구부러짐을 고려하여 다각형 수납 패턴 또는 원형 수납 패턴에서의 이웃한 레이어 사이의 이격 거리를 조정하거나 가변 전개형 튜브(100)의 수납 체적을 필요에 따라 조정하기 위하여 복 개의 힌지부(120) 사이의 둘레방향 간격이 조정될 수 있다.In other words, the plurality of
본원의 일 실시예에 따르면, 복수 개의 힌지부(120) 사이의 길이방향 간격과 둘레방향 간격은 독립적으로 결정될 수 있다.According to an embodiment of the present application, the longitudinal distance and the circumferential distance between the plurality of
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 복수 개의 힌지부(120) 각각은 도면을 참조하면, 직사각형 형상으로 마련되는 것일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 복수 개의 힌지부(120) 각각은 삼각형, 육각형 등의 소정의 다각형 형상을 가지거나 원형, 타원형 등 일부 영역에 곡률을 갖는 형상으로 마련될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present application, each of the plurality of
도 5는 내측 탄소 섬유층 외면에 길이방향을 따라 배치된 복수 개의 힌지부 사이의 길이방향 간격 설정을 설명하기 위한 개념도이다.5 is a conceptual diagram for explaining the setting of a longitudinal interval between a plurality of hinge parts disposed along the longitudinal direction on the outer surface of the inner carbon fiber layer.
도 5를 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 가변 전개형 튜브(100)의 튜브본체(10)는 튜브본체(10)의 길이방향을 따라 연장되도록 전개되거나 튜브본체(10)의 길이방향 일단이 내측에 배치되고 튜브본체(10)의 길이방향 타단이 외측에 배치되는 형태로 길이방향을 따라 폴딩될 수 있다. 후술하는 도 6의 (a)를 참조하면, 내측에 배치되도록 폴딩되는 튜브본체(10)의 길이방향 일단은 a1으로 표시되고 외측에 배치되도록 폴딩되는 튜브본체(10)의 길이방향 타단은 a2로 표시될 수 있다.5, the
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 튜브본체(10)에서, 튜브본체(10)의 길이방향 일단에 가깝게 배치된 복수 개의 힌지부(120) 사이의 길이방향 간격은 튜브본체(10)의 길이방향 타단에 가깝게 배치된 복수 개의 힌지부(120) 사이의 길이방향 간격 이상으로 구비될 수 있다. 달리 말해, 복수 개의 힌지부(120) 사이의 길이방향 간격(구체적으로 말하면, 튜브본체(10)의 내측 탄소 섬유층 외면에서 길이방향으로 이웃한 한 쌍의 힌지부(120) 사이의 이격된 간격)은 튜브본체(10)가 폴딩(와인딩, 권취)되는 방향성을 고려하여 가변 전개형 튜브(100)가 수납을 위하여 폴딩(와인딩, 권취)될 때 내측으로 배치된 힌지부(120) 사이의 길이방향 간격이 상대적으로 외측으로 배치된 힌지부(120) 사이의 길이방향 간격 이하가 되도록 결정될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present application, in the
이해를 돕기 위해 도 5를 참조하면, 튜브본체(10)가 도 5의 9시에 위치한 튜브본체(10)의 길이방향 일단이 내측에 배치되도록 폴딩되는 경우, 튜브본체(10)의 길이방향 일단에 가깝게 배치된 한 쌍의 힌지부(120) 사이의 길이방향 간격(d1)보다 상대적으로 튜브본체(10)의 길이방향 타단에 가깝게 배치된(달리 말해, 튜브본체(10)의 길이방향 일단으로부터 멀리 배치된) 한 쌍의 힌지부(120) 사이의 길이방향 간격(d2)보다 작게 구비될 수 있다(d2>d1).Referring to FIG. 5 for better understanding, when the
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브의 형상 변형을 설명하기 위한 개념도이다.6 is a conceptual diagram for explaining the shape deformation of a variable deployment type tube including a double resin composite member having a shape restoring force according to an embodiment of the present application.
도 6을 참조하면, 도 6의 (a)는 가변 전개형 튜브(100)의 전개 상태를 나타내고, 도 6의 (a)의 상태에서 도 6의 (d)의 상태로 향할수록 가변 전개형 튜브(100)가 수납을 위한 말아진 상태를 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 6 , (a) of FIG. 6 shows the deployment state of the variable
도 6을 참조하면, 가변 전개형 튜브(100)는 힌지 역할을 하는 연성 부분인 힌지부(120)가 온도 변화에 따라 구조 변형이 이루어질 수 있어, 힌지부(120)에 가해지는 온도를 제어함으로써 말아지게(달리 말해, 와인딩(winding)되게 또는 폴딩(folding)되게) 하거나 전개되게 할 수 있다. 구체적으로, 본원의 가변 전개형 튜브(100)는 전술한 제1 상태(미리 설정된 온도를 기준으로 저온인 상태)에서는 말아질 수 있고, 반대로 제2 상태(미리 설정된 온도를 기준으로 고온인 상태)에서는 전개될 수 있다. 이에 따라, 예를 들면, 가변 전개형 튜브(100)는 제1 상태에서 수납을 위한 말아진 상태를 가질 수 있고, 제2 상태에서는 사용 가능하도록 전개된 상태를 가질 수 있다.Referring to FIG. 6 , in the variable
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브에 대한 다각형 수납 패턴을 설명하기 위한 개념도이고, 도 8은 다각형 수납 패턴에 따른 레이어와 다음 레이어 사이의 힌지부의 길이방향 간격 설정을 설명하기 위한 개념도이다.7 is a conceptual diagram for explaining a polygonal accommodation pattern for a variable development type tube including a double resin composite member having shape restoring force according to an embodiment of the present application, and FIG. 8 is between a layer according to the polygonal accommodation pattern and the next layer It is a conceptual diagram for explaining the longitudinal spacing setting of the hinge part.
도 7 및 도 8을 참조하면, 가변 전개형 튜브(100)는 복수 개의 힌지부(120) 각각이 미리 설정된 각도로 폴딩(folding)되면 튜브본체(10)가 길이방향을 따라 구부러지며 미리 설정된 다각형 수납 패턴을 이루며 수납되도록 복수 개의 힌지부(120) 사이의 길이방향 간격이 결정될 수 있다.7 and 8, in the variable
구체적으로, 본원의 일 실시예에 따르면, 튜브본체(10)는 다각형 수납 패턴에 따른 다각형 형상의 복수의 레이어를 이루며 겹겹이 권취되도록 폴딩(folding)될 수 있다. 또한, 복수 개의 힌지부(120)가 복수의 레이어 중 외측의 레이어에 대응하여 배치될수록 복수 개의 힌지부(120) 사이의 길이방향 간격이 커지도록 구비될 수 있다. 예시적으로, 도 7을 참조하면, 다각형 수납 패턴은 정십각형 형태의 레이어가 겹겹이 복수 회 권취된 형태일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 7을 참조하면, 다각형 수납 패턴에 따른 임의의 레이어를 i번째 레이어(Layeri)라 할 때, i번째 레이어(Layeri)에 대하여 외측으로 이웃한 다음 레이어인 i+1번째 레이어(Layeri+1)를 비교할 때, 다각형 수납 패턴에 따른 폴딩 시 i번째 레이어(Layeri)에 대하여 배치되는 한 쌍의 힌지부(120) 사이의 길이방향 간격(Li)보다 i+1번째 레이어(Layeri+1)에 대하여 배치되는 한 쌍의 힌지부(120) 사이의 길이방향 간격(Li+1)이 크게 구비될 수 있다.Specifically, according to an embodiment of the present application, the
구체적으로, i+1번째 레이어(Layeri+1)에 대하여 배치되는 한 쌍의 힌지부(120) 사이의 길이방향 간격(Li+1)은 이전 레이어인 i번째 레이어(Layeri)에 대하여 배치되는 한 쌍의 힌지부(120) 사이의 길이방향 간격(Li)으로부터 하기 식 1-1에 의해 결정될 수 있다. Specifically, the longitudinal distance (L i+1 ) between the pair of
[식 1-1][Equation 1-1]
여기서, t는 튜브본체(10)의 두께이고, LD는 i번째 레이어(Layeri)와 i+1번째 레이어(Layeri+1)의 이격 거리이고, θ는 다각형 수납 패턴과 연계된 다각형이 n각형일 때 360°/n(deg)으로 결정될 수 있다.Here, t is the thickness of the
또한, 상기 식 1과 연계하여 i번째 레이어(Layeri)의 한 쌍의 힌지부(120) 사이의 길이방향 간격(Li)을 1번째 레이어의 한 쌍의 힌지부(120) 사이의 길이방향 간격(L1)으로부터 연산하면 하기 식 1-2와 같다.In addition, in connection with
[식 1-2][Equation 1-2]
본원의 일 실시예에 따르면, i번째 레이어(Layeri)의 전체 길이(Li,total)는 하기 식 1-3에 의해 계산될 수 있다.According to an embodiment of the present application, the total length (L i,total ) of the i-th layer (Layer i ) may be calculated by Equation 1-3 below.
[식 1-3][Equation 1-3]
여기서, 는 도 7 및 도 8을 참조하면, 본원에서의 다각형 수납 패턴에 의할 때, i번째 레이어(Layeri)와 i+1번째 레이어(Layeri+1)를 연결하는 한 쌍의 힌지부(120) 사이의 길이방향 간격을 의미하는 것일 수 있다. 구체적으로, i번째 레이어(Layeri)와 i+1번째 레이어(Layeri+1)를 연결하는 한 쌍의 힌지부(120)란 도 7을 참조하면, i번째 레이어(Layeri)의 반시계 방향 기준 마지막 힌지부(120)와 i+1번째 레이어(Layeri+1)의 반시계 방향 기준 첫 번째 힌지부(120) 사이의 길이방향 간격을 의미하는 것일 수 있다.here, 7 and 8 , according to the polygonal accommodation pattern herein, a pair of
본원의 일 실시예에 따르면, 같은 레이어에 배치되는 이웃한 힌지부(120) 사이의 간격은 해당 레이어에서 동등하도록 결정되되, 해당 레이어의 외측에 배치되는 다음 레이어로 전환되는 영역(도 7을 참조하여 예를 들면, 'D' 영역)에서의 이웃 힌지부(120) 사이의 간격은 이전 레이어에서의 한 쌍의 힌지부(120) 사이의 길이방향 간격(Li) 및 이전 레이어(Layeri)와 다음 레이어(Layeri+1)의 이격 거리(LD)에 기초하여 상기 식 1-3을 통해 결정될 수 있다. 이에 따라 레이어 간의 이격 거리가 복수의 레이어 간에서 동등하게 유지되도록 하고 각각의 레이어가 미리 설정된 다각형 형상이 되도록 가변 전개형 튜브(100)가 수납되게 함으로써 후술하는 바와 같이 수납 시의 주름 형성이 저감되도록 하고 가변 전개형 튜브(100)의 전체 수납 체적이 줄어들 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present application, the interval between the
또한, 상기 식 1-3과 관련하여, 가변 전개형 튜브(100)의 전체 길이(Ltotal)는 하기 식 4에 의해 계산될 수 있다.In addition, with respect to Equation 1-3, the total length (L total ) of the variable-
[식 1-4][Equation 1-4]
여기서, N은 다각형 수납 패턴에 따른 총 레이어의 수일 수 있다.Here, N may be the total number of layers according to the polygonal accommodation pattern.
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 튜브본체(10)의 힌지부(120)가 복수의 레이어 중 외측의 레이어에 대응하여 배치될수록 힌지부(120)의 길이방향 길이가 커지도록 구비될 수 있다. 달리 말해, 본원의 가변 전개형 튜브(100)는 다각형 형상의 복수의 레이어를 포함하는 다각형 수납 패턴을 통한 수납 시 외측의 레이어에 배치될수록 힌지부(120) 사이의 간격이 넓어지는(달리 말해, 힌지부(120) 사이에 개재되는 강성부(130)의 길이 또는 면적이 커지는) 경우에도 힌지부(120)에 의해 소정의 각도로 수납 시에 구부러지는 영역(폴딩되는 영역)이 안정감 있게 지지되도록 복수의 레이어 중 외측의 레이어에 대응하여 배치될수록 힌지부(120)의 길이가 커지도록 구비될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present application, as the
본원의 일 실시예에 따르면, 전술한 다각형 수납 패턴은 원형 수납 패턴에 의해 수납되는 튜브에 비하여 가변 전개형 튜브(100)의 수납 시의 주름 형성이 저감되고, 가변 전개형 튜브(100)의 수납 체적이 감소되도록 구비될 수 있다.According to an embodiment of the present application, the above-described polygonal accommodation pattern reduces the formation of wrinkles when the variable
달리 말해, 가변 전개형 튜브(100)에 적용된 상술한 다각형 수납 패턴에 의해, 소정의 가요성 부재가 길이방향을 따라 단일하게 연장되는 구조를 갖는 임의의 튜브 또는 원형(Circular) 수납 패턴에 의해 수납되는 튜브에 비하여 본원의 가변 전개형 튜브(100)의 수납 시의 주름 형성이 저감될 수 있다. 또한, 전술한 다각형 수납 패턴에 의해 가변 전개형 튜브(100)의 수납 체적이 소정의 가요성 부재가 길이방향을 따라 단일하게 연장되는 구조를 갖는 임의의 튜브 또는 원형(Circular) 수납 패턴에 의해 수납되는 튜브에 비하여 감소될 수 있다.In other words, by the above-described polygonal receiving pattern applied to the variable
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브에 대한 다각형 수납 패턴에 의해 수납 시의 주름 형성이 저감되는 것을 설명하기 위한 개념도이다.9 is a conceptual diagram for explaining that wrinkle formation during storage is reduced by a polygonal accommodation pattern for a variable-deployable tube including a double resin composite member having a shape restoring force according to an embodiment of the present application.
도 9를 참조하면, 구체적으로 도 9의 (a)는 튜브가 원형(Circular) 수납 패턴에 의해 수납되는 경우의 주름 형성 정도를 산출하기 위한 개념도이고, 도 9의 (b)는 튜브가 본원의 다각형 수납 패턴에 의해 수납되는 경우의 주름 형성 정도를 산출하기 위한 개념도이다.Referring to Figure 9, specifically, Figure 9 (a) is a conceptual diagram for calculating the degree of wrinkle formation when the tube is accommodated by a circular (circular) receiving pattern, Figure 9 (b) is the tube of the present application It is a conceptual diagram for calculating the degree of wrinkle formation in the case of being accommodated by a polygonal accommodation pattern.
본원의 일 실시예에 따르면, 가변 전개형 튜브(100)의 수납 시 발생하는 주름의 길이는 튜브본체(10)의 두께에 의해 발생하는 튜브본체(10) 내부 길이와 튜브본체(10) 외부 길이의 차이로부터 추정할 수 있다. 달리 말해, 수납을 위해 폴딩(folding)된 튜브본체(10)의 외부 길이에서 내부 길이를 뺀 값이 클수록 튜브본체(10)가 주름이 많이 형성되는 상태로 수납되는 것으로 판단될 수 있다.According to an embodiment of the present application, the length of the wrinkle generated when the variable
구체적으로, 도 9의 (a)를 참조하면, 원형(circular) 수납 패턴에 의해 수납되는 튜브의 내외부 길이차( c)는 하기 식 2-1에 의해 계산될 수 있다.Specifically, referring to FIG. 9 (a), the difference in length between the inside and outside of the tube accommodated by a circular receiving pattern c ) can be calculated by the following Equation 2-1.
[식 2-1][Equation 2-1]
여기서, t는 튜브본체(10)의 두께이고, L은 튜브본체(10)의 전체 길이이고, n은 비교 대상인 도 9의 (b)의 다각형 수납 패턴의 다각형의 각 수(달리 말해, n각형의 복수의 레이어를 포함하는 수납 패턴)일 수 있다.Here, t is the thickness of the
이와 대비하여, 도 9의 (b)를 참조하면, 본원의 다각형 수납 방식에 의해 수납되는 튜브의 내외부 길이차( r)는 하기 식 2-2에 의해 계산될 수 있다.In contrast, with reference to FIG. 9 (b), the difference in length between the inside and outside of the tube accommodated by the polygonal accommodation method of the present application ( r ) can be calculated by the following Equation 2-2.
[식 2-2][Equation 2-2]
여기서, t는 튜브본체(10)의 두께이고, L은 튜브본체(10)의 전체 길이이고, n은 다각형 수납 패턴의 다각형의 각 수(달리 말해, n각형의 복수의 레이어를 포함하는 수납 패턴)일 수 있다.Here, t is the thickness of the
도 10은 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브와 연계된 일 실험예로써 다각형 수납 패턴에 의한 주름 형성 저감 효과를 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프이다.10 is a graph showing the results of simulating the wrinkle reduction effect by the polygonal accommodation pattern as an experimental example in connection with a variable deployment type tube including a double resin composite member having shape restoring force according to an embodiment of the present application. .
도 10을 참조하면, MATLAB 등의 시뮬레이션 툴을 이용하여 다각형(polygonal) 수납 패턴이 적용된 본원의 가변 전개형 튜브(100)의 튜브의 내외부 길이차 및 원형(circular) 수납 패턴에 의할 때의 튜브의 내외부 길이차의 다각형의 각 수에 따라 각각 실선 및 점선으로 도식하였으며, 도 10의 그래프를 참조하면 가변 전개형 튜브(100)에 적용된 다각형 수납 패턴에 의해, 소정의 가요성 부재가 길이방향을 따라 단일하게 연장되는 구조를 갖는 임의의 튜브에 비하여 본원의 가변 전개형 튜브(100)의 수납 시의 주름 형성이 저감되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10 , the tube according to the inner and outer length difference and the circular accommodation pattern of the variable-
상술한 설명에서, 다각형 수납 패턴에 의해 가변 전개형 튜브(100)의 주름 형성이 저감된다는 것은, 가변 전개형 튜브(100)의 전개 시 상대적으로 적은 형상복원력 및 형상변형률을 필요로 한다는 의미로 이해될 수 있으며, 이러한 주름 형성 저감 특성에 의하여 전개형 튜브 제작을 위한 재료 선정에 유리할 수 있다.In the above description, the reduction in the wrinkle formation of the variable
또한, 도 9의 (a)를 참조하면, 원형(circular) 수납 패턴에 의한 튜브의 수납 체적과 연계된 Vc는 하기 식 3-1에 의해 계산될 수 있다. Also, referring to FIG. 9A , V c associated with the accommodation volume of the tube by the circular accommodation pattern may be calculated by Equation 3-1 below.
[식 3-1][Equation 3-1]
또한, 도 9의 (b)를 참조하면, 본원의 다각형 수납 방식에 의한 튜브의 수납 체적과 연계된 Vr은 하기 식 3-2에 의해 계산될 수 있다. In addition, referring to FIG. 9B , V r associated with the storage volume of the tube according to the polygonal accommodation method of the present application may be calculated by the following Equation 3-2.
[식 3-2][Equation 3-2]
도 11은 본원의 일 실시예에 따른 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브와 연계된 일 실험예로써 다각형 수납 패턴에 의한 수납 체적 감소 효과를 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프이다.11 is an experimental example in connection with a variable-deployable tube including a double resin composite member having a shape restoring force according to an embodiment of the present application. .
도 11을 참조하면, MATLAB 등의 시뮬레이션 툴을 이용하여 다각형(polygonal) 수납 패턴이 적용된 본원의 가변 전개형 튜브(100)의 튜브의 수납 체적 및 원형(circular) 수납 패턴에 의할 때의 튜브의 수납 체적을 다각형의 각 수에 따라 각각 실선 및 점선으로 도식하였으며, 도 11의 그래프를 참조하면, 다각형 수납 패턴에 의해 가변 전개형 튜브(100)의 수납 체적이 소정의 가요성 부재가 길이방향을 따라 단일하게 연장되는 구조를 갖는 임의의 튜브 또는 원형(Circular) 수납 패턴에 의해 수납되는 튜브에 비하여 감소되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11 , using a simulation tool such as MATLAB, the storage volume of the tube of the variable-
지금까지 상술한 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재(1) 및 이를 포함하는 가변 전개형 튜브(100)에 대한 설명은, 본원의 구현예에 따라서, 하기에서 서술하는 형상 패턴을 가진 형상기억 이중수지 복합재료 및 이를 이용한 가변 전개형 튜브에 대한 설명을 통해서 이해될 수 있다. 따라서, 이하, 생략된 내용이라고 하더라도 상술한 이중수지 복합부재(1) 및 이를 포함하는 가변 전개형 튜브(100)에 대하여 설명된 내용은 하기의 형상 패턴을 가진 형상기억 이중수지 복합재료 및 이를 이용한 가변 전개형 튜브에도 동일하게 적용될 수 있다. 참고로, 하기에서 서술하는 복합재료(1)는 지금까지 상술한 복합부재(1)에 대응될 수 있으며, 이와 관련하여 중복되는 설명은 생략하도록 한다.The description of the double
먼저, 후술할 본원의 일 실시예에 따른 형상 패턴을 가진 형상기억 이중수지 복합재료를 포함하는 본원의 일 실시예에 따른 형상 패턴을 가진 형상기억 이중수지 복합재료를 포함하는 가변 전개형 튜브(이하 '본 튜브'라 함)에 대하여 설명한다.First, a variable deployment type tube comprising a shape memory double resin composite material having a shape memory double resin composite material having a shape memory double resin composite material having a shape memory double resin composite material according to an embodiment of the present application including a shape memory double resin composite material having a shape pattern according to an embodiment of the present application to be described later (hereinafter 'Bone tube') will be described.
본 튜브는 복합재료(1)를 포함한다. 본 튜브에 있어서, 복합재료(1)는 내부가 중공인 튜브 형태이다.This tube contains a composite material (1). In this tube, the
복합재료(1)는 WF(Woven Fabric) 탄소 섬유를 포함하는 재질로 이루어지는 내측 탄소 섬유층(11)을 포함한다.The
또한, 복합재료(1)는 내측 탄소 섬유층(11)의 외면에 소정의 패턴을 가지고 구비되며, 형상기억폴리머(SMP) 레진 및 실리콘 레진 중 하나 이상을 포함하는 재질로 이루어지는 힌지부(12)를 포함한다. 힌지부(12)는, 미리 설정된 온도를 기준으로 저온인 제1 상태에서는 변형 가능하고, 미리 설정된 온도를 기준으로 고온인 제2 상태에서는 초기 형상으로 복원된다.In addition, the
또한, 복합재료(1)는 내측 탄소 섬유층(11)의 외면에서 힌지부(12)가 구비되지 않은 부분에 구비되며, 에폭시 레진을 포함하는 재질로 이루어지는 강성부(13)를 포함한다.In addition, the
또한, 복합재료(1)는 힌지부 및 강성부(13)의 외면에 구비되며, 탄소 섬유를 포함하는 재질로 이루어지는 외측 탄소 섬유층을 포함할 수 있다.In addition, the
즉, 복합재료(1)는 WF 탄소 섬유를 포함하는 내측 탄소 섬유층(11)에 강성을 가지는 구조 부분이 epoxy 레진으로 형성되고 힌지 역할을 하는 부분이 형상기억폴리머(SMP) 또는 실리콘 레진으로 형성된 Dual-matrix composite 스킨일 수 있으며, 이러한 복합재료(1)는 폐도형(이를 테면, 원형) 형태의 단면을 갖는 중공인 붐 형태일 수 있다.That is, in the
정리하면, 본 튜브는 Epoxy를 적용한 강성 구조(강성부(13))와 연성을 가지는 힌지(SMPs or silicon) 부분(힌지부(12))으로 구성된 Dual- composite matrix를 스킨에 적용한 원형 붐 형상일 수 있다.In summary, this tube can be a circular boom shape in which a dual-composite matrix composed of a rigid structure (rigid part 13) to which epoxy is applied and a flexible hinge (SMPs or silicon) part (hinge part 12) is applied to the skin. have.
이러한 본 튜브는 강성부(13)와 소정의 패턴으로 형성되는 힌지부(12)를 포함함으로써, 강성부(13)를 통해 전체적 강성을 유지하면서 힌지부(12)에 의해 자유로운 형상 변형이 가능할 수 있다. 다시 말해, 본 튜브는 강성부(13)와 힌지부(12)를 소정의 패턴으로 적용함으로써 복합재료(1)(스킨 구조)의 강성을 일정하게 유지할 수 있다.By including the
또한, 본 튜브에 의하면, 힌지부(12)가, 미리 설정된 온도를 기준으로 저온인 제1 상태에서는 변형 가능하고, 미리 설정된 온도를 기준으로 고온인 제2 상태에서는 초기 형상으로 복원될 수 있으므로, 힌지부(12)의 형상복원력을 통한 복합재료(1)의 전개가 가능할 수 있다.In addition, according to this tube, since the
이에 따라, 본 튜브는 힌지 역할을 하는 연성부분(힌지부(12))에 SMP를 적용하여 온도에 의해 구조 변형이 용이하도록 제어할 수 있고, SMP의 형상기억효과를 이용하여 변형된 형상을 복원 제어할 수 있다. 이를 테면, 본 튜브는 제1 상태에서는 말아질 수 있고, 제2 상태에서는 전개될 수 있다. 이에 따라, 예를 들면, 본 튜브는 제1 상태에서 수납을 위한 말아진 상태를 가질 수 있고, 제2 상태에서는 사용 가능한 상태를 가질 수 있다.Accordingly, this tube can be controlled to easily deform the structure by temperature by applying SMP to the flexible part (hinge part 12) serving as a hinge, and restore the deformed shape using the shape memory effect of SMP. can be controlled For example, the tube may be rolled up in a first state and deployed in a second state. Accordingly, for example, the tube may have a rolled state for storage in the first state, and may have a usable state in the second state.
또한, 본 튜브는 횡단면이 Ⅰ형상으로 형성되고, 복합재료(1)의 내부에 길이방향으로 연장되어 배치되는 스파(spar)를 포함할 수 있다.In addition, the tube may include a spar that is formed in an I-shape in cross section and is disposed to extend in the longitudinal direction in the interior of the composite material (1).
스파는 WF(Woven Fabric) 탄소섬유와 형상기억폴리머 레진을 포함하는 형상기억폴리머 복합재료(SMPC: Shape Memory Polymer Composite)를 포함하는 재질일 수 있다. 또한, 스파는 온도 조절가능하다.The spar may be a material including a shape memory polymer composite (SMPC) including a WF (Woven Fabric) carbon fiber and a shape memory polymer resin. Also, the spa is temperature adjustable.
본 튜브는 이러한 스파를 포함함으로써, 스파의 온도를 조절하며, 스파의 형상기억복원력과 힌지부(12)의 형상복원력에 의해 전개될 수 있다.By including such a spar, this tube controls the temperature of the spar, and can be developed by the shape memory restoration force of the spar and the shape restoration force of the
또한, 본 튜브는 임의의 형상으로서, 휴대 및 이동이 자유롭도록 수납된 형태(말아진 형태)가 소형이 되도록 형성될 수 있고, 무게가 가벼울 수 있다.In addition, the present tube may have an arbitrary shape, and may be formed to be compact in a accommodated form (rolled form) so that it can be carried and moved freely, and may be light in weight.
정리하면, 본원은 WF(Woven Fabrics)탄소섬유(내측 탄소 섬유층(11))에 강성을 가지는 구조 부분에는 일반적인 에폭시 레진(강성부(13))을, 또한, 힌지 역할을 하는 부분(힌지부(12))에는 SMP(Shape Memory Polymer)나 실리콘 레진을 이용함으로써, SMPC 또는 WFS(Woven Fabric Silicon) 스킨이라 할 수 있는 복합재료(1)를 포함하는 본 튜브를 제공할 수 있다.In summary, the present application provides a general epoxy resin (rigid part 13) to the structural part having rigidity in WF (Woven Fabrics) carbon fiber (inner carbon fiber layer 11), and also a part serving as a hinge (hinge part 12) )), by using SMP (Shape Memory Polymer) or silicone resin, it is possible to provide this tube including the
SMP는 특정온도(Tg) 이상에서 매우 유연해지고, 변형전의 형상을 기억하는 특성이 있다. 또한, WFS는 재료의 손상없이 구조 변형이 가능하고, 탄성복원력에 의해 초기 형상을 회복할 수 있다.SMP becomes very flexible above a specific temperature (Tg) and has the characteristic of memorizing the shape before deformation. In addition, WFS can be structurally deformed without damage to the material and can recover its initial shape by elastic restoring force.
이에 따라, 본 튜브는, 힌지 부분에 적용된 SMP 또는 실리콘 레진의 형상복원력에 의해 전개될 수 있다.Accordingly, the present tube can be developed by the shape restoration force of SMP or silicone resin applied to the hinge portion.
본원은 강성을 가지는 구조(강성부(13))와 유연한 힌지(hinge)(힌지부(12)) 각각에 대하여 서로 다른 이중 수지(dual-matrix)를 적용하여, 작은 부피로 수납(stowage)되고, 부가적인 기계장치 없이 스스로 전개 가능한 복합재료 원형단면 붐(boom)을 본 튜브로 제공할 수 있다.The present application applies a different dual-matrix to each of a rigid structure (rigid part 13) and a flexible hinge (hinge part 12), and is stored in a small volume, This tube can provide a self-deployable, self-deploying composite circular cross-section boom without additional machinery.
또한, 복합재료(1)는 Dual-matrix composite로서, 강성 구조(강성부(13)) 사이에 유연한 힌지 영역(힌지부(12))이 소정의 패턴 형태로 삽입(구비)하여 강성을 유지하면서 자유로운 형상 변형이 가능하다.In addition, the
이하에서는, 전술한 본 튜브에 적용 가능한 본원의 일 실시예에 따른 형상 패턴을 가진 형상기억 이중수지 복합재료(이하 '본 복합재료'라 함)에 대하여 설명한다. 다만, 본 복합재료의 설명과 관련하여 앞서 살핀 본 튜브에서 설명한 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.Hereinafter, a shape memory double resin composite material (hereinafter referred to as 'this composite material') having a shape pattern according to an embodiment of the present application applicable to the present tube described above will be described. However, in relation to the description of this composite material, the same reference numerals are used for the same or similar configurations as those described in the previous salpin bone tube, and the overlapping description will be simplified or omitted.
본 복합재료는 WF(Woven Fabric) 탄소 섬유를 포함하는 재질로 이루어지는 내측 탄소 섬유층을 포함한다.The composite material includes an inner carbon fiber layer made of a material including WF (Woven Fabric) carbon fiber.
또한, 본 복합재료는 내측 탄소 섬유층의 외면에 소정의 패턴을 가지고 구비되며, 형상기억폴리머(SMP) 레진 및 실리콘 레진 중 하나 이상을 포함하는 재질로 이루어지는 힌지부를 포함한다.In addition, the present composite material is provided with a predetermined pattern on the outer surface of the inner carbon fiber layer, and includes a hinge portion made of a material including at least one of a shape memory polymer (SMP) resin and a silicone resin.
또한, 본 복합재료는 내측 탄소 섬유층의 외면에서 상기 힌지부가 구비되지 않은 부분에 구비되며, 에폭시 레진을 포함하는 재질로 이루어지는 강성부를 포함한다.In addition, the present composite material is provided in a portion not provided with the hinge portion on the outer surface of the inner carbon fiber layer, and includes a rigid portion made of a material containing an epoxy resin.
힌지부는, 미리 설정된 온도를 기준으로 저온인 제1 상태에서는 변형 가능하고, 미리 설정된 온도를 기준으로 고온인 제2 상태에서는 초기 형상으로 복원된다.The hinge unit is deformable in a first state that is low temperature based on a preset temperature, and is restored to an initial shape in a second state that is high temperature based on a preset temperature.
또한, 본 복합재료는 힌지부 및 상기 강성부의 외면에 구비되며, 탄소 섬유를 포함하는 재질로 이루어지는 외측 탄소 섬유층을 포함할 수 있다.In addition, the present composite material is provided on the outer surface of the hinge portion and the rigid portion, and may include an outer carbon fiber layer made of a material including carbon fibers.
전술한 바에 따르면, 본 복합재료(Dual-matrix composite)는 서로 다른 이중 수지를 이용하여 유연 구조의 형상 복원력을 이용하여 탄소섬유의 micro-buckling에 의한 손상 없이 매우 큰 구조 변형(180도 접힘)이 가능하다. 또한, 이러한 본 복합재료는, 강성 영역(강성부(13))과 소정의 패턴의 힌지 영역(힌지부(12))을 통해 전체 강성을 유지하면서 자유로운 형상 변형이 가능한 3차원 구조물 제작이 가능하다.As described above, this composite material (Dual-matrix composite) uses different double resins to achieve very large structural deformation (180 degree folding) without damage due to micro-buckling of carbon fibers by using the shape restoring force of the flexible structure. possible. In addition, this composite material is capable of producing a three-dimensional structure capable of freely deforming a shape while maintaining overall rigidity through a rigid region (rigid portion 13) and a hinge region (hinge portion 12) of a predetermined pattern.
기존의 원형단면 초박막 복합재료 스킨은 TWF(Triaxially Woven Fabric) 탄소 섬유와 실리콘 레진을 사용하여 제작된다. 그런데, 이러한 스킨 구조는 단면전체가 연성 구조로 되어 스파 면에 수직인 면에서 굽힘 특성이 저하되는 단점을 가지고 있다.Existing circular cross-section ultra-thin composite skins are manufactured using TWF (Triaxially Woven Fabric) carbon fiber and silicone resin. However, this skin structure has a disadvantage in that the entire cross-section is a flexible structure, so that the bending properties are lowered in the plane perpendicular to the spar surface.
반면에, 본 복합재료는 강성 구조 사이에 힌지 영역을 추가한 Dual-matrix composites를 이용한 스킨 구조를 가짐으로써 스킨 구조의 모든 위치에서 강성을 일정하게 유지하고 힌지 영역 패턴을 다양하게 하여 전개 속도 및 형상을 제어할 수 있다.On the other hand, this composite material has a skin structure using dual-matrix composites with a hinge region added between the rigid structures, so that the rigidity is kept constant at all positions of the skin structure and the unfolding speed and shape are varied by varying the hinge region pattern. can be controlled.
전술한 바에 따르면, 에폭시를 포함하는 본 복합재료(Dual-matrix composite)가 본 튜브의 스킨으로 적용됨으로써 본 튜브의 비틀림 강성이 향상될 수 있고, 강성부(13)와 힌지부(12)의 패턴이 다양하게 적용될 수 있어, 형상 정확도 향상될 수 있다.As described above, the torsional rigidity of the main tube can be improved by applying the dual-matrix composite containing epoxy as the skin of the main tube, and the pattern of the
또한, 본원은 상술한 본 복합재료를 제조하는데 적용 가능한 본원의 일 실시예에 따른 형상 패턴을 가진 형상기억 이중수지 복합재료 제조 방법(이하 '본 제조 방법'이라 함)을 제공할 수 있다. 이하에서는 본 제조 방법에 대해 설명한다. 다만, 본 제조 방법의 설명과 관련하여 앞서 설명한 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.In addition, the present application may provide a shape memory double resin composite material manufacturing method (hereinafter referred to as 'the present manufacturing method') having a shape pattern according to an embodiment of the present application applicable to manufacturing the present composite material described above. Hereinafter, the present manufacturing method will be described. However, in connection with the description of the present manufacturing method, the same reference numerals are used for the same or similar components as those described above, and overlapping descriptions will be simplified or omitted.
본 제조 방법은, WF 탄소 섬유의 외면 상에 설정된 강성 영역 패턴(강성부(13)가 형성될 영역)에 대응하여 Film 형태의 에폭시 레진을 위치시키고 강성 영역 패턴 사이에 위치하는 힌지 구조 영역(힌지부(12)가 형성될 영역)에 대응하여 실리콘 레진 또는 형상기억폴리머 레진을 도포시키며, 상기 에폭시 레진과 도포된 실리콘 레진(또는 형상기억폴리머 레진) 외측에 WF 탄소 섬유를 위치시킴으로써 WF 탄소섬유 - 에폭시 레진, 실리콘 레진 또는 형상기억폴리머 레진 - WF 탄소섬유 등의 순서대로 쌓아 올릴 수 있다.In this manufacturing method, an epoxy resin in the form of a film is positioned corresponding to the rigid region pattern (region where the
또한, 본 제조 방법은, 실리콘 레진(또는 형상기억 폴리머 레진)과 에폭시 레진이 도포된 WF 탄소 섬유에 상온 또는 특정 온도(Tg) 처리하여 실리콘 레진(또는 형상기억 폴리머 레진을 먼저 경화시킬 수 있고, 그 후 Film 에폭시 레진이 경화되기 시작하는 온도까지 열을 가하여 에폭시 레진을 경화시킬 수 있다.In addition, in this manufacturing method, the silicone resin (or shape memory polymer resin) and the WF carbon fiber coated with the epoxy resin are treated at room temperature or a specific temperature (Tg) to cure the silicone resin (or shape memory polymer resin first, After that, the epoxy resin can be cured by applying heat to the temperature at which the film epoxy resin starts to cure.
액상 타입의 epoxy 레진은 경화 과정 간 점도가 낮아짐에 따라 레진이 힌지 역할을 하는 연성 구조 부분으로 흘러들어 갈 수 있고 이를 이용한 제조 방식은 미리 설정된 강성 및 힌지 영역의 패턴을 구현하지 못하는 단점이 있을 수 있다. 또한, 레진이 불균일하게 분포되어 경화된 복합재료의 두께 및 강성을 일정하게 유지하기 어려운 단점이 존재할 수 있다.As the viscosity of liquid epoxy resin decreases during the curing process, the resin may flow into the flexible structural part that acts as a hinge. have. In addition, since the resin is non-uniformly distributed, there may be a disadvantage in that it is difficult to constantly maintain the thickness and rigidity of the cured composite material.
그러나, 본 제조 방법에 의하면, Film 형태의 에폭시 레진이 비경화 상태에서 유연한 특성을 가지기 때문에 평판 형태뿐만 아니라, 붐 형상과 같이 곡률이 있는 3차원 구조물 적용이 용이하다. 또한, Film 형태의 에폭시 레진이 소정의 두께를 가진 Sheet 형태이기 때문에 탄소 섬유 층 사이에 적층되는 수를 조절함으로써 구조물의 강성을 조절할 수 있는 장점을 확보할 수 있다.However, according to the present manufacturing method, since the epoxy resin in the film form has flexible properties in an uncured state, it is easy to apply not only a flat plate shape but also a three-dimensional structure having a curvature such as a boom shape. In addition, since the epoxy resin in the film form is in the form of a sheet having a predetermined thickness, it is possible to secure the advantage of controlling the rigidity of the structure by controlling the number of layers laminated between the carbon fiber layers.
또한, Film 형태의 에폭시 레진은 강성 영역의 패턴 형상을 다양하게 구현할 수 있고 경화 과정 간 패턴을 유지할 수 있고, Film의 두께가 일정하기 때문에 경화된 복합재료의 두께를 균일하게 유지할 수 있는 장점이 있다. Film 형태의 에폭시 레진이 탄소 섬유의 층 사이에 위치하여 접착됨으로써 연성 구조 영역을 형성하기 위해 사용되는 실리콘 또는 형상기억폴리머 레진이 강성 영역의 탄소섬유에 합침 되는 것을 방지할 수 있다.In addition, the film-type epoxy resin has the advantage of being able to implement variously the pattern shape of the rigid region, maintaining the pattern between curing processes, and maintaining the uniform thickness of the cured composite material because the thickness of the film is constant. . It is possible to prevent the silicone or shape memory polymer resin used to form the flexible structure region from being impregnated with the carbon fiber in the rigid region by being positioned between the layers of carbon fibers and adhering to the film-type epoxy resin.
또한, 실리콘 레진 또는 형상기억폴리머 레진과 Film 형태의 에폭시 레진은 서로 다른 경화 온도를 가진다. 실리콘이나 형상기억폴리머 레진은 에폭시 레진에 비해 상대적으로 낮은 온도에서 경화 온도에서 짧은 시간에 경화가 가능하고 경화온도 사이클 조절을 통한 연속적인 경화 과정을 통해 본 복합재료의 Dual-matrix composite 제작이 가능하다.In addition, silicone resin or shape memory polymer resin and film-type epoxy resin have different curing temperatures. Silicone or shape memory polymer resin can be cured in a short time at a curing temperature at a relatively low temperature compared to epoxy resin, and it is possible to manufacture a dual-matrix composite of this composite material through a continuous curing process by adjusting the curing temperature cycle. .
본원은 전개형 대형 우주 구조물에 적용 (Antenna, Reflector, Solar array 등) 가능하고, 우주 전개장치 구조물의 경량화에 기여할 수 있으며, 소형의 휴대가 용이한 텐트 (tent) 및 지상용 안테나, 초대형/초경량 우주구조물 개발의 원천기술로 적용될 수 있으며, 기존의 우주구조물에 비해 1/100 수준의 무게 감소, 40배 정도의 수납(stowage)효율 그리고 발사비 절감을 통한 우주구조물 개발비를 1/10 이하로 감소시킬 것을 기대할 수 있다.This application can be applied to large deployable space structures (Antenna, Reflector, Solar array, etc.), can contribute to the weight reduction of the space deployment device structure, small and portable tents and ground antennas, extra large/ultra-light It can be applied as a source technology for the development of space structures, and compared to the existing space structures, the weight is reduced by 1/100, the storage efficiency is about 40 times, and the development cost of the space structure is reduced to less than 1/10 by reducing the launch cost. can be expected to do
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present application is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present application.
1: 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재
11: 내측 탄소 섬유층
12: 힌지부
13: 강성부
14: 외측 탄소 섬유층
100: 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 가변 전개형 튜브
10: 튜브본체
120: 힌지부
130: 강성부
20: 스파(spar)
30: 스티프너1: Double resin composite member with shape restoring force
11: inner carbon fiber layer
12: hinge
13: rigid part
14: outer carbon fiber layer
100: Variable deployment type tube comprising a double resin composite member with shape restoring force
10: tube body
120: hinge
130: rigid portion
20: spa
30: stiffener
Claims (18)
탄소 섬유를 포함하는 재질로 이루어지는 내측 탄소 섬유층;
상기 내측 탄소 섬유층의 외면에 구비되는 힌지부; 및
상기 내측 탄소 섬유층의 외면에서 상기 힌지부가 구비되지 않은 부분에 구비되는 강성부를 포함하되,
상기 강성부는, 상호 간격을 두고 상기 내측 탄소 섬유층의 외면 상에 배치되는 복수의 강성부재를 포함하고,
상기 힌지부는, 휨에 대한 탄성복원력을 가지는 재질로 구비되고, 상기 이중수지 복합부재가 폴딩되는 영역에 대응하여 상기 복수의 강성부재 사이의 간격 영역에 형성되고,
상기 복수의 강성부재는,
내외측 방향에 직교하는 단면을 기준으로 폐도형 단면 형상을 가지고,
형상기억폴리머(SMP) 레진 및 실리콘 레진 중 하나 이상을 포함하는 재질로 이루어지는 형상복원 재료의 적어도 일부가 상기 강성부에 대응하는 상기 내측 탄소 섬유층에 함침되는 것이 방지되도록 에폭시 레진을 포함하는 필름 형태로 구비되며,
상기 힌지부 및 상기 강성부는, 상기 필름 형태의 상기 복수의 강성부재를 상기 내측 탄소 섬유층의 외면 상에 배치하고, 상기 복수의 강성부재 사이의 간격 영역에 상기 형상복원 재료를 도포한 후, 경화시키는 방식에 의해 형성되되,
상기 힌지부는 상기 형상복원 재료의 경화를 위한 제1경화 온도에서 상기 강성부보다 먼저 경화되고, 상기 강성부는 상기 필름 형태의 에폭시 레진의 경화를 위한 온도로서 상기 제1경화 온도보다 높은 제2 경화 온도에서 상기 힌지부에 후속하여 경화되어 형성되는 것인, 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재.As a double resin composite member having shape restoration power,
an inner carbon fiber layer made of a material containing carbon fibers;
a hinge portion provided on an outer surface of the inner carbon fiber layer; and
Including a rigid portion provided in a portion not provided with the hinge portion on the outer surface of the inner carbon fiber layer,
The rigid portion includes a plurality of rigid members disposed on the outer surface of the inner carbon fiber layer at a distance from each other,
The hinge part is provided with a material having an elastic restoring force against bending, and is formed in a gap region between the plurality of rigid members to correspond to an area in which the double resin composite member is folded,
The plurality of rigid members,
It has a closed cross-sectional shape based on a cross section orthogonal to the inner and outer directions,
Provided in the form of a film containing an epoxy resin to prevent at least a portion of the shape restoration material made of a material containing at least one of a shape memory polymer (SMP) resin and a silicone resin from being impregnated into the inner carbon fiber layer corresponding to the rigid portion becomes,
The hinge part and the rigid part are, after disposing the plurality of rigid members in the film form on the outer surface of the inner carbon fiber layer, and applying the shape restoration material to the gap region between the plurality of rigid members, hardening formed by the method,
The hinge part is cured before the rigid part at a first curing temperature for curing the shape restoration material, and the rigid part is a temperature for curing the epoxy resin in the film form. At a second curing temperature higher than the first curing temperature A double resin composite member having a shape restoring force that is formed by curing subsequent to the hinge part.
상기 힌지부는, 형상기억폴리머(SMP) 레진 및 실리콘 레진 중 하나 이상을 포함하는 재질로 이루어지는 것인, 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재.According to claim 1,
The hinge part, a shape memory polymer (SMP) resin and a double resin composite member having a shape restoring force made of a material containing at least one of a silicone resin.
상기 힌지부는, 미리 설정된 온도를 기준으로 저온인 제1상태에서는 변형 가능하고, 상기 미리 설정된 온도를 기준으로 고온인 제2상태에서는 초기 형상으로 복원되도록, 형상기억폴리머(SMP) 레진을 포함하는 재질로 이루어지는 것인, 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재.According to claim 1,
The hinge part is deformable in a first state that is low temperature based on a preset temperature, and is restored to an initial shape in a second state that is high based on the preset temperature. Material containing a shape memory polymer (SMP) resin A double resin composite member having a shape restoring force that is made of.
상기 내측 탄소 섬유층은, WF(Woven Fabric) 탄소 섬유를 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재.According to claim 1,
The inner carbon fiber layer, characterized in that made of a material containing WF (Woven Fabric) carbon fiber, a double resin composite member having a shape restoring force.
상기 힌지부 및 상기 강성부의 외면에 구비되며, 탄소 섬유를 포함하는 재질로 이루어지는 외측 탄소 섬유층을 더 포함하는, 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재.According to claim 1,
A double resin composite member having a shape restoring force, which is provided on the outer surfaces of the hinge part and the rigid part, and further comprises an outer carbon fiber layer made of a material containing carbon fibers.
내부가 중공인 튜브 형태이되 제1항, 제3항, 제4항, 제6항 및 제9항 중 어느 한 항의 형상복원력을 갖는 이중수지 복합부재를 포함하는 튜브본체; 및
상기 튜브본체의 내부에 길이방향으로 연장되어 배치되는 스파(spar),
를 포함하는, 가변 전개형 튜브.A variable development type tube comprising a double resin composite member having shape restoring force,
A tube body including a double resin composite member having a shape restoring force of any one of claims 1, 3, 4, 6, and 9 but having a hollow tube shape inside; and
A spar which is disposed extending in the longitudinal direction inside the tube body;
Containing, variable deployment tube.
상기 튜브본체의 힌지부가 형상기억폴리머(SMP) 레진을 포함하는 재질로 이루어지거나 상기 스파가 형상복원력을 갖는 형상기억재질로 이루어진 것인, 가변 전개형 튜브.11. The method of claim 10,
The hinge portion of the tube body is made of a material containing a shape memory polymer (SMP) resin or the spar is made of a shape memory material having a shape restoring force, a variable deployment type tube.
상기 스파는, 상기 튜브본체의 길이방향을 따라 연장되는 형상을 초기 형상으로 하여 미리 설정된 온도를 기준으로 고온인 상태에서 상기 초기 형상으로 복원되려는 형상복원력을 가지는 것을 특징으로 하는, 가변 전개형 튜브.12. The method of claim 11,
The spar has a shape extending along the longitudinal direction of the tube body as an initial shape, and characterized in that it has a shape restoring force to be restored to the initial shape at a high temperature based on a preset temperature.
상기 튜브본체는,
내측 탄소 섬유층의 외면에 상기 튜브본체의 길이방향을 따라 상호 소정의 길이방향 간격을 두고 이격되어 배치된 복수 개의 힌지부를 포함하는 것인, 가변 전개형 튜브.12. The method of claim 11,
The tube body is
A variable deployment type tube comprising a plurality of hinges disposed on the outer surface of the inner carbon fiber layer spaced apart from each other at a predetermined longitudinal distance along the longitudinal direction of the tube body.
상기 튜브본체는,
상기 튜브본체의 길이방향을 따라 연장되도록 전개되거나 상기 튜브본체의 길이방향 일단이 내측에 배치되고 상기 튜브본체의 길이방향 타단이 외측에 배치되는 형태로 상기 길이방향을 따라 폴딩(folding)되되,
상기 튜브본체에서, 상기 길이방향 일단에 가깝게 배치된 상기 복수 개의 힌지부 사이의 길이방향 간격은 상기 길이방향 타단에 가깝게 배치된 상기 복수 개의 힌지부 사이의 길이방향 간격 이상으로 구비되는 것을 특징으로 하는, 가변 전개형 튜브.14. The method of claim 13,
The tube body is
Deployed to extend along the longitudinal direction of the tube body or folded along the longitudinal direction in a form in which one longitudinal end of the tube body is disposed on the inside and the other longitudinal end of the tube body is disposed on the outside,
In the tube body, the longitudinal distance between the plurality of hinge parts disposed close to one end in the longitudinal direction is greater than or equal to the longitudinal distance between the plurality of hinge parts disposed close to the other end in the longitudinal direction, characterized in that , variable deployment tube.
상기 복수 개의 힌지부 각각이 미리 설정된 각도로 폴딩(folding)되면 상기 튜브본체가 길이방향을 따라 구부러지며 미리 설정된 다각형 수납 패턴을 이루며 수납되도록 상기 복수 개의 힌지부 사이의 길이방향 간격이 결정되는 것을 특징으로 하는, 가변 전개형 튜브.14. The method of claim 13,
When each of the plurality of hinge portions is folded at a preset angle, the tube body is bent along the longitudinal direction to form a preset polygonal accommodation pattern and the lengthwise distance between the plurality of hinge portions is determined. , a variable-deployable tube.
상기 튜브본체는,
상기 다각형 수납 패턴에 따른 다각형 형상의 복수의 레이어를 이루며 겹겹이 권취되도록 폴딩(folding)되되,
상기 복수 개의 힌지부가 상기 복수의 레이어 중 외측의 레이어에 대응하여 배치될수록 상기 복수 개의 힌지부 사이의 길이방향 간격이 커지도록 구비되는 것을 특징으로 하는, 가변 전개형 튜브.16. The method of claim 15,
The tube body is
Doedoe folding (folding) so as to form a plurality of layers of a polygonal shape according to the polygonal accommodation pattern to be wound layer by layer,
Variable deployment type tube, characterized in that provided that the plurality of hinge parts are disposed corresponding to the outer layer of the plurality of layers so that the longitudinal distance between the plurality of hinge parts is increased.
상기 복수 개의 힌지부는,
상기 내측 탄소 섬유층의 외면에서 상기 내측 탄소 섬유층의 둘레방향을 따라 상호 소정의 둘레방향 간격을 두고 이격되도록 배치되는 것인, 가변 전개형 튜브.17. The method of claim 16,
The plurality of hinge parts,
A variable-deployable tube that is arranged to be spaced apart from each other at a predetermined circumferential distance along the circumferential direction of the inner carbon fiber layer from the outer surface of the inner carbon fiber layer.
상기 다각형 수납 패턴은 원형 수납 패턴에 의해 수납되는 튜브에 비하여 상기 가변 전개형 튜브의 수납 시의 주름 형성이 저감되고, 상기 가변 전개형 튜브의 수납 체적이 감소되도록 구비되는 것을 특징으로 하는, 가변 전개형 튜브.17. The method of claim 16,
Variable development, characterized in that the polygonal accommodation pattern is provided such that wrinkle formation is reduced when the variable development type tube is accommodated, and the storage volume of the variable development type tube is reduced compared to the tube accommodated by the circular accommodation pattern. mold tube.
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