KR0156550B1 - 패널 강화방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음

Description

패널 강화방법

제1도는 종래 구조물을 도시한 도면.

제2도는 다른 종래 구조물을 도시한 도면.

제3도는 본 발명의 제1실시예에 따른 구조물을 도시한 도면.

제4도는 본 발명의 제2실시예에 따른 구조물을 도시한 도면.

제5도는 본 발명의 따른 실시예의 1단계 성형을 도시한 도면.

제6도는 본 발명의 따른 실시예의 2단계 성형을 도시한 도면.

제7도는 본 발명의 따른 실시예의 3단계 성형을 도시한 도면.

제7a도는 제7도의 개략도.

제8a도 내지 제8l도는 본 발명의 제3실시예에 대한 성형단계를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30,40 : 패널 32,42 : 보강부재

34,44 : 바닥 50 : 셀

52,54 : 매트 또는 직물층 60,94 : 성형재

68 : 미끄럼방지핀 70 : 섬유 테이프

72 : 섬유층 84,90 : 차폐 스트립

86,92 : 섬유 및 수지층

본 발명은 종래 기술에 의해 제조된 구조물에 비해 강도가 향상되고 강성이 더 균일한 구조물을 형성하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 플라스틱/섬유 합성재료 특히, 수지/섬유 합성물[예컨대, 유리보강 플라스틱(glass reinforced plastic:GRP)]로 만들어진 구조 재료 및 구조물에 적용될 수 있다.

많은 형태의 구조물은 패널지역을 필요로 하며, 자중하에서 처지지 않고 응력하에서 과도하게 비틀리지 않도록 패널을 비교적 견고하게 할 필요가 있다. 패널을 곡면 형상으로 성형하므로써, 특히 복심곡률을 갖도록 성형함으로써, 패널은 견고하게 제조될 수 있으며, 많은 구조물들은 이러한 곡률을 포함하도록 구성되어 있다. 그러나, 예컨대 구조물이 단순해지도록 패널을 평탄하게 할 필요가 있는 경우에, 희망의 강성(stiffness)을 얻기 위해 다른 경우보다 더 무거운 등급의 재료를 사용하거나 또는 추가 보강재들을 사용할 필요가 있다. 이것은 해상 및 해안 구조물 분야에서 사용이 증가되고 있는 유리보강 플라스틱(GRP) 패널의 경우에 특히 필요한 것으로 판명되었다. 예를 들어, 대부분의 보우트들은 외피 재료로서 또는 상부구조물용으로 GRP를 사용하도록 구성되고, 소형 선박은 거친 취급에 내구성을 가지며 높은 복심곡률을 거쳐서 추가 강도 및 강성을 제공하도록 여유있게 구성될 수 있지만, 선박의 크기가 증가함에 따라 구조적인 문제가 야기될 수 있다. 이것은 대형 선박에서 동일한 정도의 여유 구성도를 제공하는 것은 비경제적이기 때문에, 그러한 선박에서 평탄한 패널 지역은 더 크게 된다. 심한 작동조건에 직면하고 비교적 평탄한 패널표면을 필요로 하는 고속 선박에서도 동일한 상황이 초래된다. 또한, 넓은 영역의 평탄한 패널지역들은 선박의 상부구조물 및 갑판실과, 근해 시설 및 플랫포옴의 모듈에서도 발견된다.

GRP 패널은 고응력 레벨 및 넓은 영역의 평탄한 패널지역으로 인하여 하중하에서 패널의 처짐이 커지는 경향이 있다. 패널은 적층 구조물을 통하여 연장되는 보강재가 없기 때문에 셀 표면이 균열되고 심지어 그 사이의 박판이 분리되는 것으로 밝혀졌다.

제1도에 도시된 바와 같이, 패널에 가해진 상부 모자형(top hat) 보강재(stiffener)를 이용하여 패널을 강화하는 것은 일반적인 사항이다. 이것은 비교적 무거운 셀 패널(1)을 지지하는 비교적 넓게 이격된 모자형 부분으로 된 무거운 보강재(3)로 구성된다. 또 다른 실시예로는 제2도에 도시된 바와 같이 주름잡힌 패널(11)에 의해 연결된 2개의 평탄한 패널(7,9)로 이루어진 합성 패널을 들 수 있다. 그러나, 이러한 두가지 경우에 있어서, 제1도의 충격 물체(5)위의 점선으로 도시된 바와 같이, 패널이 응력에 의해 찌그러졌을때, 보강재와 패널상의 접합부에서 패널은 급격히 변형되려는 경향이 있고, 상기 보강재는 그러한 접합부, 예컨대 제1도의 지점(A)에서 패널로부터 박리가 시작되는 경향이 있다. 이러한 접합부들은 문제를 악화시키고 박리과정을 가속시키는 응력 집중지점들을 제공하게 된다.

이러한 문제들은, 무게를 절감하기 위해서 변형이 용이한 얇은 고강도 재료가 사용되기 때문에, 무게의 감소가 중요시되는 분야에서는 더욱 증가되는 경향이 있다. 또한, 예를 들어 GRP 패널을 형성하는데 있어서, 한층위에 다른 층을 쌓아서 패널을 형성하는 경우에 얇은 패널을 사용하면 구성에 필요한 시간을 감소시키므로 노동 비용을 절감할 수 있다. 이러한 사항들은 그러한 재료들의 사용을 제한해 왔다.

본 발명에 따르면, 패널의 표면에 순응하는 표면을 갖는 신장된 보강 부재(treinforcement member)를 사용하여 패널을 강화시키는 방법에서, a) 보강 부재의 표면을 패널 표면에 적층시키는 단계와, b) 상기 패널과 상기 보강 부재에 층 재료(layer material)를 적층시키는 단계를 포함하며, 상기 층은 상기 a)단계에 의해 노출된 보강 부재의 표면위로 그리고, 적어도 상기 보강 부재의 각 측면에 측방향으로 상기 패널 지역위로 연장되는 패널 강화방법에 있어서, 보강 부재를 패널상에 적재하는 단계와; 패널상에 성형재(former)의 가장자리 위치(F)를 표시하는 단계와; 상기 패널상에 표시된 위치에 성형재의 바닥면적보다 큰 섬유재료 매트나 직물층을 배치시키고, 여기에 수지를 가해 박판을 형성하는 단계와; 박판을 가압하는 단계와; 수지 함침된 섬유 지역에 성형재를 배치시키고, 성형재의 상부 부분과 측면을 따라 섬유 매트나 직물층을 절첩하고, 여기에 수지를 함침시켜 박판을 가압하는 단게와; 성형재의 상부에 섬유 테이프를 얹고 섬유의 상부-모자층을 위치시키는 단계를 포함하는 패널 강화방법이 제공된다.

상기 보강부재는 패널상에 양호하게 형성되며, 상기 층은 예를 들어 보강부재를 유리섬유/수지 합성물 등의 층과 동일한 재료로 형성하므로써 층이 보강부재에 융합되는 방식으로 패널과 보강부재에 가해진다. 적층(laminating)이라는 용어는 별도의 접착제를 사용하여 보강부재를 패널에 고정시키는 방법과, 후술되는 바와 같이 예를 들어 수지가 하나는 습윤상태이고 다른 하나는 습윤상태이거나 부분적으로 또는 완전히 경화된 상태에서 패널과 보강부재의 충돌이 접촉 배치되는 경우처럼 별도의 접착제를 사용하지 않는 방법 모두를 포함한다. 후자의 경우에는 그 위에 적층하기 전에 약간의 표면처리가 요구된다.

상기 보강부재는 패널상에 형성될 수 있는 신장된 중공부재이다. 이러한 중공부재는 발포체 또는 다른 재료로 채워질 수 있다.

섬유/수지층은 수지함침된 섬유 매트 또는 직물이 경화전이나 경화후에 패널 및 부재에 가해질 수 있으며, 예컨대 섬유 및 수지의 길이조각으로 된 충전물은 직물과 섬유/수지층 사이에 공간이 형성되는 것을 방지하기 위해 섬유 매트나 직물이 접혀진 후에 패널과 성형재 사이의 연결부를 따라 배치된다.

성형재 상부의 섬유/수지층들은 성형재의 길이방향으로 연장되는 섬유 테이프들과 사이 사이에 끼워질 수 있고, 섬유 매트 또는 직물이 부분적으로 성형재의 상부를 가로질러 연장될 수 있다.

영국 특허출원 제748,395에는 a) 패널 표면에 보강부재의 표면 부분을 적층시키는 단계와, b) 패널 및 보강부재에 층 재료를 적층시키는 단계를 포함하며, 상기 층이 a)단계에 의해 노출된 상기 보강부재의 표면 위로, 그리고 적어도 상기 보강부재의 각 측면에 측방향으로 상기 패널 지역위로 연장되는, 패널 표면의 부분에 순응하는 표면 부분을 갖는 신장된 보강부재를 사용하여 패널을 강화하는 방법이 기재되어 있다.

그러나, 이러한 특허 명세서에는 본 발명에 기재된 바와 같은 구체적인 방법은 전혀 기술되어 있지 않다.

보강된 패널이 거의 균일한 상부 표면을 갖도록 추가 섬유/수지 재료층을 성형재의 상부를 횡단하여 덧대는 단계를 부가로 포함함으로써 이중 외피 패널이 제조될 수 있다. 추가 성형재는 중공부재 사이에 배치되어 추가 층을 지지한다. 강도를 증가시키기 위해, 추가 섬유/수지 재료층은 추가 층을 부착시키는 추가 성형재의 상부를 따라 성형재의 측면 아래와 연장되어 상기 구조물에 포함된다.

보강부재를 따라 재료의 연부 두께를 테이퍼지게 하기 위해, 이를 형성하는 층들은 서로 횡방향으로 옵셋될 수 있다. 패널의 다른 부분위로 연장되는 추가 섬유재료 층들은 테이퍼된 연부에 중첩됨으로써 부드럽게 연결될 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 다수의 보강부재와, 그 부재의 상부를 가로질러 연장되는 대체로 고른 표면을 형성하는 추가 섬유/수지 합성 재료층으로 이루어지는 이중면 보강패널을 제공한다. 이러한 보강 패널은 또한 부재들의 측면을 따라 아래로, 그리고 부재들 사이의 지역에서 상기 추가 층을 따라 연장되는 섬유/수지 재료층을 포함한다. 상기 지역은 구조 발포체, GRP, 또는 중공 GRP 예비 형성품으로 충진될 수 있다. 또한, 중공부재를 형성하기 위해 동일한 재료가 성형재로 사용될 수도 있다.

첨부도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

제3도에는 한쪽 표면상에 수개의 신장된 보강부재(32)와 일체로 형성된 평탄한 패널 부분(30)을 포함하는 본 발명의 제1실시예에 따른 구조물 패널이 도시되어 있다. 중공의 보강부재는 패널과 일체로 형성되어 있으므로, 각 부재의 바닥(34)은 벽(36)과 일체이며 패널 부분(30)을 형성한다. GRP(유리보강 플라스틱)로, 즉 유리섬유 및 수지를 사용하여 구조물을 얻는 방법을 설명한다. 이러한 구조물은 상당히 강하고, 제1도에 도시된 종래의 구조물보다 더 강성이 균일하며 충격에 강한 것으로 판명되었는데, 이것은 패널이 보강부재와 평탄한 패널부분 사이에서의 박리나 분리에 대해 매우 높은 저항성을 갖기 때문이다.

또한, 본 발명은 제4도에 도시된 바와 같이 기존 패널을 보강하는데 이용될 수도 있다. 도시된 바와 같이, 패널(40)은 상자형 보강재(42)로 형성된 수개의 보강부재들을 그 패널에 적층시키므로써 보강된다. 이러한 각각의 상자형 보강재에 있어서, 바닥(44)은 벽(46)과 일체로 형성되어 있고 또한, 각각의 측부에서 외측으로 연장되어 패널(40)과의 전체 적층 점착지역 Y를 제공하는데, 상기 적층 점착지역은 제1도의 종래 구조물의 적층 점착지역 보다 Z만큼 넓다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 섬유/수지 합성재료에, 특히 유리 섬유를 사용한 구조물에 사용하기에 매우 적합하다. 본 발명의 구조물을 얻을 수 있는 방법을 제5, 6도 및 제7도를 참조로 설명한다.

먼저 셀(shell)(50)이 놓여져서 경화되지만, 완전히 경화되지는 않는다. 그 다음, 상자형 보강부가 제공될 곳이 정해지고, 이러한 상자형 보강부를 형성하기 위해 사용되는 성형재의 가장자리 위치가 제5도의 표시지점(F)에 표시된다. 그 후, 성형재의 바닥지역보다 넓은 2개의 섬유 매트나 직물층(52,54)이 상기 표시지역위에 배치되어 침윤되고, 성형재 가장자리선 사이에서 눌려서 조여진다. 상기 침윤(wetting out)이라는 용어는 섬유 매트나 직물에 수지를 가한다는 의미로 GRP 기술에 사용된다.

그후, 비구조 경질 발포체, 구조 발포체, 중공 GRP 또는 이러한 목적에 적합한 기타 다른 재료로 이루어진 성형재(60)가 정위치에 배치되어 중량체(weight), 클램프 또는 지주(62)를 이용하여 정위치에 눌려지거나 또는 고정된다. 만일, 수지의 겔화(gelation)에 앞서 성형재가 이동하는 것을 방지하기 위하여 플라스틱이나 기타 다른 재료로 형성된 미끄럼 방지핀(68)이 성형재(60)에 미리 삽입될 수 있다. 그후 수지가 성형재의 측면(61)과 상부에 가해지고 2개의 매트나 직물층(52,54)이 통상의 방법으로 성형재 둘레에 감겨서 침윤 및 결합된다. 제6도에 도시된 바와 같이, 구조물의 외측 바닥 모서리들은 오목하게 형성되어 있고, 구조물의 나머지 부분이 만들어질 때 그곳에 틈이 형성되는 것을 방지하기 위해 구조물을 따라 직물 2층(52,54)과 패널(50) 사이의 접합부에 충전물(66)이 배치된다. 섬유조각인 이러한 충전물들은 수지로 함침된 후 경화된다.

이어서, 누름장치 또는 고정 장치(62)가 제거되고 섬유 테이프(70)가 성형재의 상부에 놓인다. 그다음, 일련의 모자형 섬유층(72)이 통상의 방식으로 놓이고 그 사이에 섬유 테이프(70)가 삽입된다. 상기 섬유층(72)은 성형재의 양측에서 셀(50)위에 겹쳐지고 성형재위에서 연속으로 연장된다. 이러한 섬유층(72)은 겹쳐짐에 따라 연속적으로 옆으로 변위되므로써 제4도의 구조물을 만들기에 적절한 테이퍼 연부(75) 또는 스카아프(scarf)이음[즉 서로 중첩되는 형상의 조각들과 셀을 가로질러 연장되는 다른 섬유층(78)과의 양단이음]이 얻어질 수 있다. 다른 섬유층(78)은 필요에 따라 다른 상자형 부분위로 연장될 수 있다. 이러한 방식으로 제3도에 도시된 구조물이 얻어질 수 있다.

제7a도는 제7도에 도시된 구조물의 섬유층들을 개략적으로 도시하고 있다.

셀위에 성형재를 배치하기 전에, 침윤된 섬유 매트나 직물층(52,54)을 성형재 둘레에 미리 권취하므로써 상술한 바와 유사한 구조물을 얻을 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 패널 표면이 불규칙하거나 굽어졌거나 또는 공기가 갇혀있는 겨웅에 성형재와 패널 사이의 지역이 접착이 불충분하거나 접착이 전혀 이루어지지 않는다는 단점과 함께 보강되지 않은 수지가 형성된다는 단점을 갖는다.

또한, 본 발명은 2개의 평단한 표면을 갖는 이중 외피 구조물에도 적용될 수 있다. 파형 코어 패널에 대한 종래 구조물이 제2도에 도시되어 있는데, 도시된 바와 같이 각 외피의 50% 이하가 파형 보강부재에 고정된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 외피 구조물의 제조를 제8a도 내지 제8l도를 참조로 기술한다.

이것은 제5,6도 및 제7도를 참조로 기술된 부분적인 웨트-온-드라이 레이업(wet-on-dry lay-up)과는 반대인 웨트-온-웨트 레이업(wet-on-wet lay-up)으로 이루어진다. 그러나, 이 두방법들은 서로 치환될 수 있다.

먼저 제1외피 박판(80)이 제8a도에 도시된 바와 같이 놓인다. 그 다음, 제8b도에 도시된 바와 같이 일련의 코어 성형재(82)가 놓일 위치(F)가 상기 박판(80)에 표시된다. 선택적으로, 이러한 위치는 하부 성형면에 미리 표시되어, 투명 수지를 이용한 웨트-온-웨트 레이업을 용이하게 할 수 있다. 그후, 멜리넥스(MELINEX)(또는 수지에 영향받지 않는 유사재료)의 스트립(84)(제8c도)이 코어 성형재의 가자자리 선을 따라 배치된다.

그후, 섬유 및 수지층(86)은 그 가장자리가 차폐 스트립(84)과 중첩되는 방식으로 놓인다. 이러한 층들은 결합될 스트립과 빠져나갈 공극 사이의 지역에서 필요한 두께만큼 축적된다. 그다음 코어 성형재들이 정위치에 고정되며(제8e도), 제8f도에 도시된 바와 같이 차폐 스트립(84)이 상승하여 박판층을 수지로 미리 함침된 코어 성형재(82)의 측면에 대해 가압한다. 상기 차폐 스트립은 제거되고 박판은 결합된다.

그다음, 제8g도에 도시된 바와 같이, 섬유 및 수지층(88)이 놓여서 성형재 위로 연장되고, 상기 성형재를 따라 셀(80)위에 적층된다. 예를 들어, 멜리넥스로 이루어진 다른 차폐 스트립(90)이 성형재를 따라 상부에 배치되고, 또 다른 섬유 및 수지층(92)이 그 상부에 놓여져 제8i도에 도시된 바와 같이 상승 부분의 상부면에 중첩된다. 상기 수지층(92)은 소정의 두께로 증설되고, 상승 부분의 상부 면상의 지역은 경화되며 공극은 없어진다.

제8j도에 도시된 바와 같이, 상승 부분들 사이에는 상부 외피층을 지지하는 성형재(94)가 배치된다. 상기 성형재(94)는 성형재(82)와 유사한 성질을 가지며, 예를 들어 매끄럽거나 약간 굴곡진 소정의 상부면 형상을 제공하도록 임의의 적절한 높이로 선택될 수 있다. 그다음 차폐 스트립(90)이 상승되고, 상기 수지층(92)은 수지로 미리 함침된 성형재(94)의 상부로 접혀진다. 상기 차폐 스트립은 제거되고, 박판은 제8k도에 도시된 바와 같이 성형재(94)의 상부에 결합된다. 마지막으로, 제2외피 박판층(96)이 제8l도에 도시된 바와 같이 소정 두께가 되도록 놓인다.

이 방법은 코어 성형재 및 코어의 처리가능한 길이에 대해 반복될 수 있고, 만일 더 큰 패널이 요구되면 인접 길이 부분들이 편리한대로 스카핑, 스트래핑 또는 래핑에 의해 연결될 수 있다. 완전히 중실은 아니지만 성형재의 위치 사이에 중공 지역을 갖는 이중 외피(샌드위치) 박판내에서 훨씬 넓게 이격된 각각의 코어 보강재들에도 이와 같은 방법이 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 셀 연결부에 종래 방법들보다 더 균형을 이루는 보강재들을 형성하는데, 이 구조물은 보강재들이 셀로부터 박리되는 경향을 감소시킨다. 또한, 보강재와 셀 사이에는 증가된 접착지역이 제공되고, 이러한 지역은 보강재 웨브의 중심선에 대해 대칭적으로 배치된다. 실제로, 본 발명에 따르면, 보강재의 돌출지역의 100%가 셀에 접착되는 반면, 제1도의 종래 구조물에서는 외향플랜지(2)만이 셀에 접착되는데, 이것은 보강재의 전체 돌출지역의 50% 이하를 나타낸다.

본 발명은 임의의 적절한 형태의 수지 예컨대, 고강도, 파괴에 대한 고신장(순응) 또는 내화수지들이 단일의 또는 조합된 섬유/수지 합성재료를 이용한 구조물에도 사용될 수 있다.

예컨대, 보강부재와 패널사이의 경계면에 인접하여 적절한 순응성 수지를 적층하여 내충격성을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 패널(50,80)의 표면에 순응하는 표면을 갖는 신장된 보강 부재를 사용하여 패널을 강화시키는 방법에서, a) 보강 부재의 표면을 패널 표면에 적층시키는 단계와, b) 상기 패널과 상기 보강 부재에 층 재료(layer material)를 적층시키는 단계를 포함하며, 상기 층은 상기 a)단계에 의해 노출된 보강 부재의 표면위로 그리고, 적어도 상기 보강 부재의 각 측면에 측방향으로 상기 패널 지역위로 연장되는 패널 강화방법에 있어서, 보강 부재를 패널(50,80)상에 적재하는 단계와; 패널(50,80)상에 성형재(60,82)의 가장자리 위치(F)를 표시하는 단계와; 상기 패널상에 표시된 위치에 성형재의 바닥면적보다 큰 섬유재료 매트나 직물층(52,54,86)을 배치시키고, 여기에 수지를 가해 박판을 형성하는 단계와; 박판을 가압하는 단계와; 수지 함침된 섬유 지역에 성형재(60,82)를 배치시키고, 성형재의 상부 부분과 측면(61)을 따라 섬유 매트나 직물층(52,54,88)을 절첩하고, 여기에 수지를 함침시켜 박판을 가압하는 단게와; 성형재(60)의 상부에 섬유 테이프(70)를 얹고 섬유의 상부-모자층(72,96)을 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패널 강화방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 섬유/수지층은 상기 수지 함침된 섬유 매트나 직물이 경화된 후에 패널 및 부재에 가해지는 것을 특징으로 하는 패널 강화방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 매트 또는 직물과 섬유/수지층 사이에 공간이 형성되는 것을 방지하기 위하여, 상기 섬유 매트나 직물을 접은 후에 패널(50)과 성형재(60) 사이의 접합부를 따라 충전물(66)이 배치되는 것을 특징으로 하는 패널 강화방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 충전물(66)은 수지 함침된 섬유의 조각인 것을 특징으로 하는 패널 강화방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 성형재(60) 상부의 섬유/수지층(72)은 성형재(60)의 길이방향으로 연장되는 섬유 테이프(70)의 사이에 끼워지는 것을 특징으로 하는 패널 강화방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 섬유 재료 매트나 직물은 부분적으로 상기 성형재의 상부를 가로질러 연장되는 것을 특징으로 하는 패널 강화방법.
7. 제1항에 있어서, 보강된 패널이 실질적으로 편평한 상부면을 갖도록 상기 성형재(82)의 상부를 가로질러 섬유/수지 추가층(92)을 가하는 단계와, 상기 중공부재 사이에 추가 성형재(94)를 배치하여 상기 추가층을 지지하는 단계와, 상기 성형재의 상부를 따라 성형재의 측면 아래로 연장되는 추가 섬유/수지 재료 층들을 형성하여 상기 추가층에 부착하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 패널 강화방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 섬유 재료는 유리 섬유인 것을 특징으로 하는 패널 강화방법.

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