KR100501639B1 - 다축 섬유시트와 이를 포함하는 복합재료로 된 부품 및 이들의 제조방법 - Google Patents

다축 섬유시트와 이를 포함하는 복합재료로 된 부품 및 이들의 제조방법 Download PDF

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삐에르 올리
르노 뒤발
알렝 브뤼에르
도미니끄 꾸프
쟝 오까뉴
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Abstract

다수의 단방향 시트(30a,30b,30c)가 다른 방향으로 중첩되어 서로 결합되어 있고, 균일한 두께와 5cm 이상의 폭 그리고 300g/m2 이하의 무게를 갖도록 토우가 펼쳐져서 단방향 시트가 제조되며, 다른 시트와 중첩되기에 앞서 먼저 처리될 수 있도록 시트에 결합력이 부여되되, 바람직하기로 단방향 시트는 탄소섬유로 만들어지고 큰 토우를 잡아 늘임으로써 얻어진다.

Description

다축 섬유시트와 이를 포함하는 복합재료로 된 부품 및 이들의 제조방법 {Method for producing multiaxial fibrous webs}
본 발명은 섬유시트의 제조에 관한 것으로, 특히 다양한 방향으로 배열된 복수의 단방향 섬유시트를 함께 중첩 및 연결시켜 형성되는 다축(multiaxial) 섬유시트에 관한 것이다.
본 발명은 복합재료로 된 부품을 제조하기 위해 강화층을 형성하는 다축 섬유시트의 제조에 적용된다. 이러한 목적을 위한 물질로는 특히 중합체, 유리, 탄소, 세라믹, 파라아라미드 등으로 된 섬유와 같은 유기 또는 무기물 또는 이들의 전구체(precursor)일 수 있는 섬유보강재로 구성되는데, 이 섬유보강재는 예컨대 수지와 같은 유기 매트릭스, 또는 예컨대 유리, 탄소, 세라믹과 같은 무기 매트릭스로 치밀하게 된다.
단방향으로 방위가 정해진 실이나 섬유로 이루어진 단방향 시트를 다양한 방향으로 중첩시켜 다축 섬유시트를 제조하는 것은 오랫동안 알려져 왔다.
통상적인 기술은 먼저 단방향 시트를 제조하고, 이어서 그 구성성분을 분산시키지 않고 처리할 수 있도록 상기 시트에 충분한 결합력을 주는 것으로 구성된다.
일반적으로 제안된 방법은 단방향 시트의 날실을 형성하는 성분들을 씨실방향으로 뻗어 있는 실들과 함께 결합시키는 것이다. 이렇게 하면 반드시 물결모양이 형성되는데, 복수의 시트가 중첩되고 서로에 대해 가압될 때 섬유들이 찌부러져 뭉개지고 파손됨으로써 틈새가 발생한다. 이러한 방법으로 제조된 다축 섬유시트는 품질이 떨어지고, 결국 이러한 다축 섬유시트로 제조되는 복합재료로 된 부품의 기계적인 성질도 떨어지게 된다.
이러한 단점을 해소하기 위한 공지된 방법으로는, 가능한 한 무게와 갯수를 줄인 결합사(結合絲)를 사용하는 것이 있는바, 탄소로 된 전구체 섬유로 이루어진 시트에 관한 영국 특허 제1,190,214호(롤스 로이스 리미티드;Rolls Royce Limited)와 유리섬유로 이루어진 시트에 관한 프랑스 특허출원 FR-A-1,469,065호(레 필 다귀스테 코마라 엥 씨;Les Fils d'Auguste Chomarat & Cie)에 이러한 방법이 개시되어 있다. 그러나, 전술한 단점은 줄어들지만 제거되지는 않는다.
유럽 특허 제O,193,478호(에타블리세망 레 필 다귀스테 코마라 엥 씨)에는 열가용성 재질로 이루어진 결합사들을 사용하는 것이 제안되어 있다. 복합재료를 제조하는 동안 사용된 온도 때문에, 결합사가 적어도 부분적으로 녹게 되어 결합사가 날실성분들과 교차하는 곳에서 초과된 두께를 감소시키게 된다. 그러나, 결합사의 재질이 복합재료의 매트릭스의 성질과 일치해야 하는데, 이 때문에 상기 방법의 사용이 극히 제한된다.
프랑스 특허출원 FR-A-1,394,271호(레 필 다귀스테 코마라 엥 씨)에는 유리섬유사들을 서로 평행하게 위치시키고 이들을 화학적으로 결합시키는 방법이 기술되어 있는데, 사용되는 결합재는 매트릭스 내에서 녹기 쉬운 성질을 갖는다. 이 경우에도, 결합재와 매트릭스 사이에 일치성이 요구되기 때문에 이 방법은 제한을 받는다. 더욱이, 실들을 서로 평행하게 위치시키는 어떠한 수단도 기술되어 있지 않으며, 산업적인 스케일로 넓은 시트를 제조하는 것이 실제로 어렵다는 것을 용이하게 알 수 있다. 또, 형성된 시트는 나란히 놓인 실들로 생긴 물결모양으로부터 자유로울 수 없다.
또 다른 해결책으로는 복수의 토우(tow)를 펼치고, 시트를 형성하도록 단방향 섬유스트립을 나란하게 놓고서, 바느질로 시트에 횡방향 결합력을 부여하는 것이 있다. 이러한 방법은 특히 미국 특허 제5,184,387호(에어로스페이스 프리폼스 리미티드(Aerospace Preforms Limited)에 양도됨)에 기술되어 있는데, 여기에서는 사용된 토우가 파손되지 않고 바느질될 수 있는 탄소로 된 전구체 섬유로 이루어져 있다. 그럼에도 불구하고, 다축 시트는 단방향 시트들을 중첩시켜 제조된 것이 아니다. 상기 특허에 따르면, 환형상 부분들이 단방향 시트로부터 절취되고서 환형상의 층으로 중첩되고 바느질된다.
다축 시트를 제조하기 위해 단방향 시트에 임시적인 결합력을 주어야 하는 점을 피하기 위해서, 복수의 단방향 시트를 형성하고 어떠한 중간처리 없이 다양한 방향으로 이 시트들을 중첩시켜 다축 시트를 직접 제조하는 것이 공지되어 있다. 중첩된 시트들은 접착, 재봉질, 또는 뜨개질에 의해 서로 연결될 수 있다.
이러한 기술은 예컨대 미국 특허 제4,518,640호와 동 제4,484,459호 및 동 제4,677,831호에 설명되어 있다.
미국 특허 제4,518,640호(칼 마이어(Karl Mayer)에게 양도됨)에 의하면, 시트가 형성되는 동안 강화사(絲)가 시트내로 인입되어 섬유를 관통하지 않고도 시트가 결합될 수 있다. 그러나, 이러한 방법에 의하면 다축 시트에 개구들이 존재하게 되는데, 이 개구들 때문에 표면에 틈새가 생긴다.
미국 특허 제4,484,459호(킨텍스 프리폼(Kyntex Preform)에 양도됨)에서는, 스파이크(spike)들 사이에서 자유롭게 뻗어 있는 실들의 부분이 서로 평행하게 되도록, 실을 2개의 평행한 순환체인에 구비된 스파이크들 둘레를 통과시킴으로써 각각의 단방향 시트가 형성된다. 이 단방향 시트는 각각의 실들을 다양한 방향으로 안내함으로써 형성되며, 재봉질에 의해 이 시트들은 서로 결합된다. 이러한 기술을 사용하면, 다축 시트의 길이방향으로 강화사를 구비하는 것이 불가능한데, 불행하게도 상기 길이방향으로 종종 강화부재를 위치시킬 필요가 있다. 또한, 각 시트에서의 평행성을 보장하기 위하여 커다란 장력이 실에 가해지는 경우, 스파이크를 갖춘 체인 사이에 뻗어 있는 실들의 부분은 팽팽해지는 섬유에 의해 둥글게 될 수 있어서, 다축 시트내에 개구들이 형성될 수 있다. 결국, 이러한 기술에 의하면 각각의 단방향 시트를 형성하는 데에 필요한 시간만큼 가능한 고속제조가 불가능하다.
미국 특허 제4,677,831(리바 마쉬넨파브릭 게엠베하(Liba Maschinenfabrik GmbH)에게 양도됨)에는, 주 단방향 시트를 그 구성성분들의 방향에 평행하게 길이방향으로 이동시키고, 가로지르는 단방향 시트를 상기 주 시트(0°)의 방향과 소정의 각도, 예컨대 +45°와 -45°또는 +60°와 -60°를 이루는 방향으로 그 위에 적층시키는 기술이 기재되어 있다. 가로지르는 시트들은 주 시트의 양쪽에 위치하고서 스파이크를 갖춘 2개의 체인 사이에서 적층공정에 의해 적층된다. 반드시 주 시트가 존재할 것을 요구하지 않는 이러한 기술도 여러 가지 단점을 갖는다.
따라서, 가로지르는 시트들이 스파이크 둘레를 회전하는 여유영역을 제거할 필요가 있다. 불행히도, 가로지르는 시트들이 넓으면 넓을수록, 여유영역도 더 커지고 여유영역이 제거되기 때문에 재료의 손실도 커지게 되며 시트가 스파이크상에서 회전하는 것이 더욱 어렵게 된다. 이 때문에, 가로지르는 시트에 대해 사용될 수 있는 폭은 극히 제한된다. 또한, 특히 가로지르는 시트들의 성분들이 적층되는 동안 평행을 유지하도록 하기 위해 상기 성분들에 가해지는 장력 때문에 구멍들이 형성되어, 불규칙성이라는 전술한 단점이 이러한 다축 시트에서도 발견될 수 있다.
또한, 형성된 다축 시트에 충분한 강도를 주기 위하여 비교적 고밀도의 바늘땀이 적층 후에 바로 요구된다. 이러한 고밀도의 바늘땀은 매끄러운 표면상태를 불가능하게 하는 것 외에도, 다축 시트의 유연성에 영향을 미쳐서, 예컨대 아름답게 꾸미는 것과 같은 사용 중 변형이 제한을 받는다.
더욱이, 주 시트(0°)가 구비되는 경우, 가로지르는 시트들이 모두 주 시트의 같은 쪽에서 발견되도록 가로지르는 시트가 적층되는 동안 주 시트를 지지할 필요가 있다. 강화부재가 길이방향(0°)으로 뻗어 있지만, 형성된 다축 시트는 그 면들 사이에서 대칭이 아니다. 불행히도, 대칭성이 균형 잡힌 보강구조를 촉진하는데 유리하므로, 주된 방향을 그 면들 사이에서 다축 시트의 중간에서 0°로 위치시키는 것이 바람직하다.
단방향 시트를 형성하기 위하여 실들을 사용하는 이러한 기술들에 공통적인 단점은 실들 때문에 표면이 거칠어지고 얇은 시트가 때때로 요구되지만 얇지 않은 다축 시트를 얻는다는 데에 있다.
마지막으로, 단방향 시트들로 다축 시트를 제조하는 방법이 영국 특허 제1,447,030호(히필 리미티드;Hyfil Limited)에도 기술되어 있다. 날실을 형성하는 탄소섬유의 단방향 제1시트가 미리 바느질되고, 씨실을 형성하는 다른 단방향 시트가 마찬가지로 바느질에 의해 제1시트에 결합된다. 제1시트를 미리 바느질함으로써, 제2시트가 위치될 쪽에서부터 섬유들을 이동시켜 결합되게 한다. 사용된 단방향 시트들은 결합사들에 의해 밀착되게 되는데, 이는 그 단점과 함께 상기 영국 특허 제1,190,214호에 설명되어 있다.
상기 공지된 기술들 모두는 탄소섬유를 사용하여 제조되는 경우에 다축 섬유시트가 비교적 고가(高價)로 되는 단점을 갖는다. 특히, 적용분야를 확장하기 위하여 이러한 시트의 제조원가를 낮출 필요가 있다.
도 1은 제조될 단방향 시트들이 밀착되게 하는 장치의 개략적인 부분도이고,
도 2는 도 1에 도시된 장치의 부분적인 평면도,
도 3은 도 1에 도시된 장치의 결합수단의 제1변형예에 대한 부분도,
도 4는 도 1에 도시된 장치의 결합수단의 제2변형예에 대한 부분도,
도 5는 불연속 섬유로 구성되고 밀착된 단방향 시트의 제조 및 넓힘을 도시한 부분도,
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 한 실시예에서 다축 섬유시트를 제조하는 적층장치의 개괄적인 전체 평면도,
도 7은 도 6a와 도 6b에 도시된 적층장치의 적소에 국부적인 강화필름을 삽입하는 장치를 상세히 도시한 정면도,
도 8a 내지 도 8c는 도 7의 장치를 사용하여 적소에 강화필름을 삽입하는 연속적인 단계를 나타내는 도면,
도 9는 도 6a와 도 6b에 도시된 적층장치내에 있고서, 가로지르는 단방향 시트를 여러 분할부들로 절단하고 절단된 분할부를 고정시키는 장치를 상세히 도시한 측면도,
도 10은 도 9에 도시된 절단 및 고정장치의 정면도,
도 11a 내지 도 11c는 도 6a와 도 6b에 도시된 적층장치에서 가로지르는 단방향 시트의 분할부를 이송하고 절단하며 고정하는 연속적인 단계들을 나타내는 도면,
도 12는 도 6a와 도 6b에 도시된 적층장치의 변형예를 도시한 부분도,
도 13a 내지 도 13d는 도 6a와 도 6b에 도시된 적층장치의 다른 변형예에서 가로지르는 단방향 시트의 분할부를 이송하고 절단하며 고정하는 연속적인 단계들을 나타내는 도면,
도 14는 도 6a와 도 6b에 도시된 적층장치에서 가로지르는 단방향 시트의 분할부를 고정시키는 변형예를 나타내는 도면,
도 15는 가로지르는 단방향 시트를 적층하는 변형예를 나타내는 도면,
도 16은 가로지르는 단방향 시트들이 부분적으로 겹치도록 적층하는 변형예를 나타내는 도면,
도 17 내지 도 19는 적층장치에서 중첩된 단방향 시트를 함께 결합시키는 수단의 제1변형예와 제2변형예 및 제3변형예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 목적은, 특히 예컨대 탄소섬유와 같이 값비싼 섬유로 만들어진 다축 섬유시트가 좀 더 매력적으로 될 수 있도록, 제조원가를 낮출 수 있는 다축 섬유시트의 새로운 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 거울상의 다축 섬유시트, 즉 중간면에 대해, 특히 주된 방향에 대하여 대각을 이루는 가로지르는 단방향 시트들 사이에 위치하는 주 단방향 시트(0°)에 대해 대칭인 다축 섬유시트를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 구멍이나 거칠음 등의 불규칙성 없이 표면이 매끄러운 다축 섬유시트를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 밀착성을 보장하기 위하여 다축 섬유시트를 구성하는 단방향 시트에 대해 가로질러 매우 낮은 결합밀도만을 필요로 하여, 다축 섬유시트가 우수한 변형성을 가질 수 있도록 하는 다축 섬유시트의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 길이가 길고 두께가 얇으며 (단위면적 당) 무게가 작으면서도 상기 특징들을 가지는 다축 섬유시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 양호한 표면 규칙성을 유지하고 재료의 손실을 제한하면서 비교적 넓은 단방향 시트로 다축 섬유시트를 제조할 수 있는 적층방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 복수의 단방향 시트를 다양한 방향으로 중첩시키는 단계와, 이 중첩된 시트들을 함께 결합시키는 단계로 구성되는 다축 섬유시트의 제조방법을 제공하되, 여기에서 적어도 하나의 단방향 시트를 제조하기 위하여 대체로 균일한 두께와 5cm 보다 큰 폭 및 300g/m2를 초과하지 않는 무게를 가지는 시트를 얻도록 적어도 하나의 토우가 펼쳐지고, 적어도 하나의 다른 단방향 시트와 중첩되기 전에 취급될 수 있도록 단방향 시트에 결합력이 주어진다.
본 방법의 특징에 있어서, 적어도 하나의 단방향 시트를 제조하기 위하여 복수의 토우가 사용되는데, 이 토우들은 단방향 스트립들을 형성하도록 펼쳐지며, 상기 스트립들은 5cm 보다 큰 폭 및 300g/m2를 초과하지 않는 무게를 가지는 단방향 시트를 얻기 위하여 나란히 위치된다.
본 발명의 장점을 더욱 개선시키기 위하여, 특히 탄소를 사용할 때, 적어도 하나의 단방향 시트는 바람직하게는 12K(12,000)개 이상의 필라멘트, 가능하게는 480K(480,000)개 이상의 필라멘트를 가지는 적어도 하나의 토우를 펼쳐 얻어진다.
유사한 기술이 모든 기술적인 섬유에 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 장점은 커다란 토우, 특히 다양한 종류의 섬유에 대해 이용가능한 가장 큰 토우를 사용하는 것이다.
주어진 무게에 대하여, 특히 탄소의 경우에, 굵은 토우의 제조원가는 가느다란 토우의 제조원가나, 본 출원인이 알고 있는 한 다축 시트를 제조하는 공지기술에 사용되는 실의 제조원가보다 훨씬 낮다.
예로서, 표 1은 다양한 갯수의 필라멘트들을 사용하여 제조되고 구매가능한 탄소사(炭素絲) 또는 토우에 적용되며, 공지기술에서와 같이 실들을 서로 평행하게 놓아 형성되는지 또는 본 발명에서와 같이 토우들을 펼쳐 형성되는지에 따라 단방향 시트에 대하여 얻을 수 있는 무게들을 표시한다. 실이나 토우는 폴리아크릴로니트릴 또는 이방성 피치(pitch) 전구체를 갖춘 고강도 또는 고계수(modulus)의 탄소로 이루어진다.
실 또는 토우 무게
필라멘트 갯수 평행한 실로 된 단방향 시트 펼쳐 고정시켜서 된 단방향 시트
3K 150 내지 200 g/m2
6K 200 내지 250 g/m2
12K 250 내지 300 g/m2 100 내지 150 g/m2
50K 100 내지 250 g/m2
320K 100 내지 300 g/m2
480K 200 내지 300 g/m2
토우가 펼쳐지거나 복수의 토우가 펼쳐져 나란히 놓여서, 300g/m2 보다 크지 않은 단위면적 당 무게를 가지는 적어도 하나의 단방향 시트를 형성함으로써, 제한된 수의 무거운 토우들로부터 비교적 넓은 폭의 시트, 즉 적어도 5cm, 바람직하게는 적어도 10cm의 폭을 가지는 시트를 제공할 수 있다.
비교적 가벼운 단방향 시트들을 사용함으로써, 이러한 단방향 시트들로 이루어진 다축 섬유시트가 가볍게 될 수 있다.
또한, 평행한 실들로 된 시트를 사용하는 상기 종래기술과 달리, 가벼운 시트가 얻어질 때까지 토우들을 펼침으로써, 다축 섬유시트가 구멍이나 물결모양과 같은 표면결함을 갖지 않고, 외관상 매끄러운 표면을 갖도록 제조될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 무른 섬유를 사용할 수 있다.
단방향 시트가 불연속 필라멘트들로 이루어지는 경우, 필라멘트들을 조금 매팅(matting)시킴으로써 시트에 결합력이 주어질 수 있다. 이를 위하여, 상기 시트는 바느질되거나 가압된 물젯트에 노출될 수 있는데, 시트는 플레이트 위에 위치되어서, 그 결합력을 잃지 않고 펼쳐질 수 있다.
모든 경우에, 단방향 시트가 연속 또는 불연속 필라멘트로 이루어지는지에 관계 없이, 제거되기에(또는 희생되거나) 적당한 화학 접착제에 의해 결합력이 시트에 주어진다. 이 접착제는 시트상에 액체 화합물을 분무시키거나 용액조(槽)를 통과시켜 가해지게 된다. 결합력은 열가용성 또는 열점착성 중합체를 분말형태로 시트상에 뿌려 얻을 수도 있다.
적어도 하나의 열가용성 또는 열점착성 필름이나 실을 이용하여 고정시키거나, 예컨대 증발가능한 용매에 녹아 있는 접착제 라인을 형성시킴으로써 사용되는 적어도 하나의 단방향 시트에 횡방향 결합력을 부여하는 것이 가능하다.
본 발명의 방법은 특히 적어도 하나의 가로지르는 단방향 시트를, 다축 섬유시트의 길이방향에 대하여 평행한 진행방향으로 이동하는 이동지지부 위로 이송시켜, 길이방향을 갖는 연속적인 다축 섬유시트를 제조하기 위한 것으로, 상기 가로지르는 단방향 시트는 인접하거나 부분적으로 겹쳐지며 진행방향에 대하여 동일한 각도를 이루는 연속적인 분할부로 되어 이송된다.
중첩되는 단방향 시트들의 결합력은 다축 시트가 서로에 대하여 단방향 시트들을 적층시키는 것에 구속받지 않도록 하여, 단방향 시트들이 중첩되는 순서에 관하여 커다란 융통성을 제공하게 된다. 따라서, 길이방향 시트의 양면에 배치되고 대각을 이루는 적어도 2개의 가로지르는 단방향 시트와 함께, 중간면에 대하여, 특히 그 방향이 진행방향에 대하여 평행한 길이방향의 중간 단방향 시트에 대하여 대칭("거울상" 대칭)인 다축 섬유시트를 제조할 수 있다.
본 방법의 바람직한 실시예에 따르면, 가로지르는 시트를 형성하는 연속적인 분할부들의 각각은 상기 가로지르는 시트의 방향에 평행하게 된 경우 대체로 다축 섬유시트의 치수와 동일한 길이만큼 시트를 이동시키고, 이러한 방식으로 이송된 분할부를 절단하며, 이동지지부 또는 제조될 다축 섬유시트상에 절단된 분할부를 배치시킴으로써 나아가게 된다. 상기 가로지르는 시트는 절단된 영역에서 예컨대 그 면들 중 적어도 하나에 필름을 고정시킴으로써 강화된다.
연속적으로 절단된 분할부들에 가로지르는 시트들을 적층시킴으로써, 스파이크 주위로 시트를 회전시켜 적층하는 종래기술에 비해 재료의 손실을 줄일 수 있다. 또한, 이러한 방식으로 작업함으로써, 섬유들이 손상되는 것을 피할 수 있고, 따라서 고계수의 탄소섬유나 이방성 피치를 기본으로 하는 탄소섬유 또는 세라믹섬유와 같이 무른 섬유들을 적층하는 것이 가능하게 된다. 또, 가로지르는 시트의 공급이 중지된 후 적층공정을 재시작하는 것이, 가로지르는 시트들이 서로 결합되지 않은 한 세트의 평행한 섬유들로 형성되는 경우에 비해 훨씬 용이하게 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 방법에 의해 얻어지는 단방향 시트 또는 다축 섬유시트가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 매트릭스에 의해 치밀하게 된 섬유보강재를 구비하는 복합재료로 된 부품의 제조방법을 제공하는데, 상기 부품에서 섬유보강재는 적어도 하나의 단방향 시트 또는 다축 섬유시트로 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 실행될 방법의 바람직한 구현을 가능하게 하는 적층장치가 제공된다.
이를 위하여, 본 발명은 다양한 방향으로 단방향 시트를 중첩시킴으로써 다축 섬유시트를 제조하기 위한 적층장치를 제공하는바, 이 장치는 제조될 다축 섬유시트를 지지하는 지지수단과 진행방향으로 이 지지수단을 구동시키는 구동수단을 구비하여 다축 섬유시트를 진행시키는 장치와; 진행방향에 평행한 방향으로 길이방향의 단방향 시트를 공급하는 공급수단; 각각 연속적인 단방향 시트를 교차적층장치에 공급하는 공급수단과, 시트의 자유끝을 파지하는 이동성 파지헤드 및, 진행방향에 대하여 소정의 각도로 가로지르는 방향에 평행한 시트의 연속적인 분할부들을 적층하는 적층수단을 구비하는 복수의 교차적층장치 및; 상기 지지수단으로부터 진행방향의 하류에 위치하여 중첩된 단방향 시트들을 함께 결합시키는 결합수단;을 구비하되, 각각의 교차적층장치는 절단수단과, 각각의 교차적층장치에 대하여 파지헤드에 의해 단방향 시트의 자유끝을 파지하고 단방향 시트의 분할부를 이송하기 위하여 파지헤드를 이동시키며 이송된 단방향 시트의 분할부를 절단하고 단방향 시트의 절단된 분할부를 지지수단 위에 적층하는 연속적인 사이클을 제공하기 위한 수단을 포함한다.
이러한 장치의 중요한 장점은 가로지르는 방향을 포함하여 비교적 넓은 단방향 시트를 적층시킬 수 있다는 것이다.
중첩되는 단방향 시트들은, 예컨대 바느질, 뜨개질, 재봉질, 접착, 접착제 분무, 또는 시트들 사이에 열가용성 또는 열점착성 필름의 삽입 등과 같이 다양한 방식으로 함께 결합될 수 있다. 단방향 시트들에 결합력을 제공하기 위해 사용될 수 있는 접착제는 시트들을 서로 결합시키기 위해 재활성화될 수 있다.
단방향 시트의 제조
토우들은 개별적으로 펼쳐지고, 생성된 단방향 스트립들은 선택적으로 나란히 놓여서, 릴에 시트를 저장하기 전에 시트를 이루는 필라멘트들 사이에 접착제 또는 부착제를 가함으로써 결합력이 제공되는 단방향 시트를 형성하게 된다.
도 1에서는 명료하게 하기 위하여 하나의 토우를 펼치는 장치가 도시된다. 토우(10a)는 토우가 넣어져 있는 박스로부터 직접 취해진다. 변형예에서는, 토우가 크릴(creel)을 갖춘 릴로부터 취해질 수 있다.
시트의 사용목적에 따라 다양한 종류의 토우들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 토우들은 탄소섬유 또는 세라믹섬유일 수 있거나, 탄소나 세라믹의 전구체로 된 섬유, 유리섬유, 아라미드섬유, 또는 다른 종류의 섬유들로 된 혼합물로 이루어질 수도 있다. 적당한 세라믹으로는 특히 실리콘 카바이드 및 반사성 산화물, 예컨대 알루미나와 지르코니아를 들 수 있다. 토우들은 연속 필라멘트로 이루어지거나 불연속 필라멘트로 이루어질 수 있으며, 토우들이 불연속인 경우에는, 예컨대 연속 필라멘트로 된 토우들을 잘라서 얻을 수 있다. 불연속 필라멘트로 이루어진 토우들과 함께, 서로 친밀하게 혼합된 다른 물질들로 이루어진 필라멘트를 구비하는 하이브리드 토우들을 사용할 수 있는데, 이는 다른 물질로 이루어진 잘린 토우들 또는 리본들을 이송시키고 그 섬유들을 길 박스(gill box)를 통과시켜 혼합시킴으로써 얻을 수 있다.
가능하다면 무거운 토우가 사용되는데, 특히 생성된 시트의 제조원가를 감소시키기 위하여 사용된다. "무거운" 토우라는 용어는 본 명세서에서는 적어도 12K개의 필라멘트들로 이루어진 토우(12,000개의 필라멘트들로 이루어진 토우), 바람직하게는 50K개 보다 많은 필라멘트들을 가지는 토우, 그리고 가능하다면 480K개 이상의 필라멘트들을 가지는 토우에 대하여 사용된다.
토우(10a)는 2개의 끝판(12b) 사이에서 뻗어 있는 복수의 바아(12a)로 형성된 뽑기 및 풀기장치(12) 위를 지나는데, 이 장치는 모터(13)의 구동에 의해 바아에 평행한 축 주위를 회전한다. 예컨대, 4개의 바아(12a)는 회전축 주위로 규칙적으로 배치되어 있다.
자유롭게 회전하도록 장착된 2개의 이송롤(14,16) 위를 지난 후, 토우(10a)는 마찬가지로 자유롭게 회전하도록 장착된 4개의 롤(18a,18b,18c,18d)로 이루어진 장력조정장치(18)에 도달한다. 이 롤들은 장력을 일정하게 유지하도록 롤들을 지지하는 아암에 작용함으로써 장력조정장치를 통하여 토우(10a)의 경로를 길게 하거나 짧게 할 수 있는 액츄에이터(19)의 구동에 의해 변형가능한 평행사변형을 공지의 방식으로 구성하고 있다.
그 다음, 상기 토우(10a)는 바나나 형상으로 되고서 고정된 복수의 만곡롤(22a,22b,22c) 위를 지나간다. 예컨대, 3개인 이 롤들은 얇은 단방향 스트립(20a)이 형성되도록 공지의 방식으로 리본을 펼치기 위하여 작동한다.
스트립(20a)의 장력은 롤들(24a,24b,24c)의 위를 지남으로써 종래의 방식으로 측정되는데, 롤(24b)은 탄성력에 의해 가압되면서 수직으로 이동가능하다. 롤(24b)의 축의 변위를 측정함으로써 제공되는 것과 같은 스트립의 장력변화에 대한 정보는 측정된 장력이 일정하게 유지되도록 하기 위하여 상기 액츄에이터(19)를 조절하는 데에 사용된다.
스트립(20a)은 자유롭게 회전하는 롤(25)상에서 동일하거나 유사한 다른 스트립(20b,20c,20d,20e)에 인접하여 위치됨으로써, 단방향 시트(30)를 형성한다. 따라서, 스트립들은 동일하거나 상이한 토우, 예컨대 다르다면 무게가 상이하거나 다른 종류의 섬유로 이루어진 토우로부터 나오게 되므로, 하이브리드 시트를 얻을 수 있다.
스트립(20b 내지 20e)은 전술한 장치와 동일한 토우 펼침장치에 의해 얻을 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 다양한 펼침장치가 각각의 프레임(26a,26b,26c, 26d,26e)에 장착되는데, 각 프레임은 일점쇄선으로 이루어진 사각형으로 표시되어 있다. 프레임들은 서로 간섭하는 것을 피하기 위하여 선택적으로 공통의 수평면 위 및 아래에 위치된다.
다른 펼침장치로부터 나온 스트립(20a 내지 20e)은 롤(25)을 만난다. 스트립의 위치를 조정하여 스트립들이 정확히 인접되도록 하기 위하여 토우의 진행방향에 대한 프레임의 횡방향 위치는 조정될 수 있다. 따라서, 예컨대 프레임(26e)은 모터 (29e)의 구동에 의해 가로지르는 안내활송로(28e)를 따라 이동될 수 있다.
변형예에서는, 인접하지 않고 부분적으로 중첩되는 방식으로 나란히 단방향 스트립들이 위치될 수 있다. 스트립들을 정확히 끝 대 끝 방식으로 위치시키는 것과 비교하여 작은 허용오차가 요구되나, 형성된 시트에서 각 선단을 따라 위치되는 부분들은 희생될 필요가 있다.
롤(25)로부터 하류쪽으로 시트 위에 액체 화합물을 내뿜어 횡방향 결합력을 시트(30)에 부여할 수 있는데, 상기 화합물은 화학 접착제, 예컨대 용액상태의 중합체를 포함한다.
다양한 중합체들이 사용될 수 있는바, 사용되는 중합체는 희생되기에 적당한 것, 즉 예컨대 용해되거나 가열처리하여 제거하기에 용이한 것이 유리하다. 이러한 중합체 중에는, 수용성인 폴리비닐알콜(PVA)이나 폴리비닐파이로리돈 형의 중합체와 가용성 폴리에스테르로 이루어진 것이 있다. 단방향 시트를 포함하는 다축 섬유시트로 제조된 섬유보강재를 사용하여 복합재료를 제조하는 경우, 나중 스테이지에 위치되는 매트릭스와 일치하는 중합체를 사용할 수도 있다. 본 명세서에서 "매트릭스와 일치하는 중합체"라는 용어는, 예컨대 수지와 같이 동일한 종류이거나 매트릭스에 용해되기에 적당한 중합체, 또는 다른 종류로 구성되지만 매트릭스와 접촉한 상태에서 복합재료의 특성에 영향을 미치지 않는 중합체를 나타내는 데에 사용된다.
액체 화합물은 공급파이프(34)를 통해 노즐(32)로 전달된다. 이 화합물이 분무된 후, 시트는 조정된 압력으로 서로에 대하여 가압되어 원하는 양의 액체 화합물을 시트(30)의 전체 표면 위로 균일하게 분산시키는 2개의 롤(36) 사이를 통과한다. 그 후, 액체 화합물에 포함된 용매를 제거하기 위하여 시트(30)는 스트립 건조기(38) 밑을 통과한다. 이어서, 밀착된 시트(30)는 모터(39)에 의해 회전되는 릴(40)에 저장된다.
변형예에서는, 액상의 수지를 포함하는 화합물을 분무하고 이 수지를 경화시킴으로써, 결합력이 시트에 주어질 수 있다. 스트립 건조기(38)를 자외선원(源)으로 대체하고 자외선을 쪼여 경화될 수 있는 수지를 사용하는 것이 유리하다. 예를 들면, 이러한 수지로는 자외선 경화 아크릴레이트일 수 있다.
다른 기술이 사용될 수도 있는데, 예컨대 시트 위에 열가용성 또는 열점착성 중합체의 분말을 뿌리거나, 시트 위에 열가용성 또는 열점착성 필름이나 실을 증착하고, 가열기에 이들을 노출시킬 수도 있다. 시트 위에 용액상태의 접착제로 구성되는 "접착제 라인들"을 형성시키고 나서 용매를 증발시키는 것도 가능하다.
사용되는 토우의 무게와 갯수에 따라 폭이 더 크거나 더 작은 시트(30)를 얻을 수 있다. 전술한 바와 같이, 비교적 많은 갯수의 필라멘트를 가진 토우로부터 시작하는 경우, 본 발명의 방법은 넓은 시트가 얻어질 수 있다는 장점이 있는데, 즉 제한된 갯수의 토우와 펼침장치를 사용하더라도 폭이 적어도 5cm, 바람직하게는 적어도 10cm 이상인 시트를 얻을 수 있다. 본 발명의 다른 특징은 두께가 균일하고 무게가 300g/m2 보다 크지 않은 얇은 시트를 얻을 수 있다는 것이다.
시트가 연속 필라멘트로 이루어진 경우와 불연속 필라멘트로 이루어진 경우 모두에 똑같이 고정시킬 목적으로 접착제가 시트에 가해질 수 있다.
매트릭스로 섬유보강재를 치밀화시켜 얻어지는 복합재료로 된 부품의 섬유보강재를 형성하는 데에 시트가 사용되도록 된 경우에, 접착제를 그러한 기능이 있는 것으로 선택하는 것이 바람직하다. 예컨대, 희생되기에 적당한 접착제가 사용될 수 있는데, 이는 복합재료의 매트릭스로 치밀화시키기 전에 용해시키거나 열을 가하여 제거할 수 있다. 매트릭스와 일치하는, 즉 매트릭스내에서 용해되거나 매트릭스와 화학적으로 반응하지 않고 잔류하여 매트릭스의 성질을 떨어뜨리지 않는 접착제를 사용할 수도 있다.
시트가 취급될 수 있도록 하기 위해 시트에 횡방향 결합력을 충분히 부여하는 다른 고정방법은 시트가 불연속 필라멘트로 구성된 경우에 실시할 수도 있다. 이는 특히 평행한 불연속 필라멘트를 서로 부착시키도록 하는 고정방법에 관한 것이다.
도 3은 시트가 금속판(33a) 위로 지나가는 동안 시트에 가압된 물젯트를 분사하는 장치(33)를 관통하는 인접한 단방향 스트립들(20a 내지 20e)로 형성된 시트(30)를 도시하고 있다. 상기 금속판(33a) 위에서 되튐으로써, 물젯트는 적당한 양의 불연속 필라멘트들의 매팅을 이행하게 된다. 그 후에, 시트(30)는 릴(40)에 저장되기 전에 스트립 건조기(38) 앞으로 지나가게 된다.
도 4에 도시된 다른 변형예에서, 상기 시트(30)는 바느질장치(35)를 관통하는데, 이 장치는 수직한 왕복운동으로 구동되는 바늘판(35a)과, 시트(30)가 그 위로 지나가는 지지부(35b)를 구비한다. 이 지지부(35b)는 상기 바늘판(35a)의 바늘들로 찍히는 바늘구멍을 갖고 있다. 따라서, 바늘들은 불연속 필라멘트들이 이동하는 동안 시트(30)의 전체 두께를 관통하게 되어, 소정의 횡방향 결합력을 제공하는 제한된 양의 횡방향 매팅을 일으키게 된다. 바느질된 시트는 릴(40)에 저장된다.
도 1에 도시된 펼침장치는 연속 또는 불연속인 섬유나 필라멘트로 이루어진 토우에 사용될 수 있지만, 연속 필라멘트로 된 토우가 특히 알맞다.
바람직하기로, 불연속 필라멘트로 이루어진 단방향 스트립이나 단방향 시트를 형성하는 작업은 도 1에 도시된 바와 같이 연속 필라멘트의 토우를 펴는 것을 포함하여, 연속 필라멘트로 된 스트립(20a)을 얻을 수 있게 된다. 이는 잡아 늘이면서 누르는 장치(21)로 이루어진다(도 5 참조). 이 잡아 늘이고 누르는 기술은 원래 잘 알려져 있는바, 이는 시트가 여러 연속된 쌍들의 구동롤(21a,21b,21c) 사이를 통과하는 것으로 이루어지되, 이들 롤은 각각의 속도(Va,Vb,Vc)로 구동되며, Vc 〉Vb 〉Va 이다. 증가하는 속도로 시트를 잡아 당김으로써 연속 필라멘트는 끊어지게 된다. 상기 쌍으로 된 롤 사이의 거리, 특히 구동롤들(21a,21b) 사이의 거리는 절취유형을 결정하게 되는데, 즉 잘린 필라멘트의 평균길이를 결정한다.
잡아 늘이고 누른 후에 시트(20'a)는 잡아 늘려지는데, 단위면적 당 무게는 스트립(20a)과 비교하여 현저하게 감소된다. 불연속 필라멘트로 이루어진 잡아 늘려진 시트(20'a)는 다른 유사한 시트(20'b 내지 20'e)와 부분적으로 겹쳐지거나 이들과 나란히 놓여진 후에, 전술된 적당한 매팅수단에 의해, 예컨대 도 3의 실시예에서와 같이 가압된 물젯트를 받거나, 도 4의 실시예에서와 같이 바느질장치(35)에 의해 바느질되어서 밀착되게 된다.
생성된 시트(30)는 넓어져서 시트가 결합력을 상실하지 않고서 그 단위면적 당 무게가 더욱 감소된다. 이 넓어지는 능력은 사용된 물젯트나 바느질과 같은 기술로 주어진다.
예컨대, 밀착된 시트(30)는 릴(40)에 저장되기 전에 하나 이상의 쌍들로 된 만곡롤(37) 위로 통과함으로써 넓어질 수 있게 된다.
상기 시트는, 예컨대 다축 섬유시트를 형성하기 위해 저장용 릴로부터 주어질 때, 상기 릴(40)상에 저장된 후 넓어질 수 있다. 토우를 펴서 단방향 시트를 얻는 다른 공지된 기술로는, 예컨대 혼 폴렝 피브레(Rhone Poulenc Fibres)의 프랑스 특허출원 FR-A-2,581,085호와 동 FR-A-2,581,086호에 설명된 기술들이 사용될 수 있다. 이들 특허에서, 펼치기 위한 토우는 발생기 라인을 따라 위치되고 스파이크를 구비한 외주에 가늘고 긴 탄성부재를 갖춘 롤로 가게 된다. 이 롤과 접촉하는 그 경로의 일부에서, 상기 토우는 스파이크에 고정되고, 롤의 축에 평행하게 뻗어 있는 탄성부재에 의해 펴지게 된다.
다축 섬유시트의 제조
이제 도 6a와 도 6b를 참조로 하는바, 이는 그들 중 적어도 하나가 전술된 방법으로 얻어질 수 있는 다수의 단방향 시트에서 연속적인 다축 섬유시트를 만드는 데에 적합한 본 발명에 따른 실시예를 구성하는 적층장치를 도시하고 있다.
도시된 예에서, 다축 섬유시트(50)는 길이방향에 각각 0°,+60°,-60°의 각도로 되는 3개의 단방향 시트(30a,30b,30c)로 이루어진다. 0°의 시트(30a), 즉 "주(主)" 시트는 전술한 방법으로 얻어진 밀착된 단방향 시트로서, 릴(40a)로부터 풀려나온다. +60°와 -60°인 가로지르는 시트(30b,30c)는 전술한 방법으로 얻어지는 밀착된 시트이면서 각 릴(40b,40c)로부터 풀려나오는 단방향 시트이다. 사용된 단방향 시트는 반드시 동일한 폭을 가질 필요는 없다. 따라서, 이 예에서는 양쪽의 가로지르는 시트(30b,30c)가 길이방향의 시트(30a)보다 작으면서 서로 동일한 폭을 갖는다. 일반적으로, 가로지르는 시트는 주 시트(0°)보다 작은 폭으로 된다.
0°인 시트에 대해 가로지르는 시트들로 형성된 각도는 +60°및 -60°와 다를 수 있는데, 예컨대 이들은 +45°나 -45°또는 일반적으로 반대부호의 각도이되, 반드시 동일하지 않은 각도일 수 있다. 또한, 2 이상의 가로지르는 시트가, 예컨대 90°인 시트를 부가하거나 길이방향에 대해 대각을 형성하는 적어도 하나의 다른 쌍으로 된 시트들을 부가함으로써, 0°인 시트와 겹쳐질 수 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 다축 섬유시트(50)는 모터(47)로 구동되는 구동롤(46)과 이송롤(48:도 6b 참조) 위를 지나는 컨베이어(44)의 순환벨트(42)의 수평한 상부 분할부로 이루어진 지지부에 형성된다. 상기 순환벨트(42)의 폭은 다축 섬유시트(50)의 폭보다 좁아서 시트가 순환벨트(42)의 양측면(42a,42b)에서 다소 돌출하게 된다.
상기 시트는 순환벨트(42)에 +60°로 나란한 분할부들을 나오게 한 후에 0°로 위치된 시트(30a)를 놓고 나서 -60°로 위치된 시트(30c)의 나란한 분할부들 위로 이송함으로써 만들어진다. 바람직한 형태로는 0°인 시트가 가로지르는 시트들 사이에 위치된 다축 섬유시트(50)를 만들어 이 다축 섬유시트(50)에 대칭성을 부여하는 것이다. 이는 시트(30a)에 본래 갖추어진 결합력에 의해 가능하게 된다.
또한, 바람직하기로 전술한 방법으로 얻어진 0°인 단방향 시트가 5cm 이상, 적어도 10cm의 비교적 큰 폭이어서, 큰 폭의 다축 섬유시트를 만들 수 있게 된다.
시트들(30b,30c)의 연속적인 분할부를 이송하고 절단하며 적층하는 장치 (60)는 동일하므로, 시트(30c)와 관련된 장치만 설명한다.
상기 시트(30c)는 이 시트(30c)의 자유끝을 보유지지할 수 있는 적어도 하나의 죔쇠를 갖춘 파지헤드(70)에 의해 릴(40c)로부터 풀려나온다.
상기 시트(30c)는 길이방향 시트의 폭을 덮기에 충분한 길이 이상으로 컨베이어의 순환벨트(42)의 한 측면(42a)에서 당겨진다. 따라서, 이송된 분할부는 절단하는 장치(80)에 의해 컨베이어 벨트의 측면(42a) 위에 위치된 시트(30a)의 선단에서 길이방향으로 절단된다. 동시에, 시트(30c)의 절단된 분할부는 바로 절단된 그 끝에 의해 고정되어 이전에 이송된 고정부와 이미 놓여 있는 시트들(30a,30b)에 대한 컨베이어 벨트상의 위치를 보존하게 된다.
변형이나 풀어짐 없이 시트(30c)를 절단하기 위해서, 필름(92) 또는 테이프의 분할부 형태인 국부적인 보강재가 시트(30c)의 각 면에서 절단될 각각의 위치에 고정된다. 상기 필름(92)은 예컨대 접착제나, 열점착, 고주파용접, 초음파용접, 장치(90) 등에 의해 고정될 수 있다. 예컨대, 폴리에틸렌필름은 열점착에 의해 고정될 수 있다. 보강용 필름은 단지 시트(30c)의 한 면 위에 고정될 수 있게 된다.
상기 파지헤드(70)는 비임(66)의 활송로(64)를 미끄럼이동하는 블록(62)에 의해 이동된다. 한 예로, 상기 블록(62)은 가역모터(69)에 의해 활송로(64)에서 구동되는 순환케이블(68)에 고정되고, 상기 비임(66)은 릴(40c)과, 시트의 분할부를 절단하고 적층하는 장치(80) 및, 적소에 보강용 필름을 놓는 장치(90)를 지지한다.
상기 파지헤드(70)와 장치들(80,90)이 실시되는 방법의 상세한 설명은 아래에 기술된다. 상기 파지헤드는 비임(66)에 대해 장착된 장치들(80,90)과 같이 블록(62)에 대해 선회가능하게 장착될 수 있다. 따라서, 길이방향(0°)에 대해 놓인 가로지르는 시트로 형성된 각도는, 비임(66)의 방위를 적당히 조정하고 비임에 대한 장치들(80,90)과 파지헤드(70)의 위치를 조정함으로써, 쉽게 변할 수 있다. 파지헤드(70)와 장치들(80,90)의 작동은 제어유니트(100)에 의해 제어되는데, 이들은 비임(66)을 따라 진행하는 한 묶음의 케이블(102)로 연결되어 있다.
상기 컨베이어(44)가 정지되어 있는 동안 각 시트(30b,30c)의 분할부는 이송되고, 절단되며, 놓여서, 고정된다. 그 후에, 컨베이어는 길이방향으로 나아갈 때 시트(30b,30c)의 크기와 동일한 길이로 진행하고, 상기 공정이 되풀이된다. 상기 컨베이어(44)의 각 진행에서, 길이방향 시트는 같은 길이로 풀려나오게 된다.
겹쳐진 후, 상기 시트들(30a,30b,30c)은 서로 결합된다. 도 6b에 도시된 실시예에서, 컨베이어(44)를 떠나게 될 때 다축 섬유시트(50)의 전체 폭을 가로질러 뻗어 있는 바늘판(52)에 의한 바느질로 결합이 이루어진다. 바느질 동안, 상기 다축 섬유시트(50)는 바늘들이 손상 없이 관통할 수 있는, 예컨대 폴리프로필렌으로 된 기저펠트(52b)를 갖춘 플레이트(52a)에 의해 지지된다. 바느질은 컨베이어의 진행 때마다 이루어진다. 바느질에 의한 결합은 불연속 필라멘트로 된 시트나, 바느질에 의해 과도하게 손상되지 않는 연속 필라멘트로 된 시트용으로 특히 알맞다.
불연속 섬유는 바느질 전에 바로 다축 섬유시트에 적용될 수 있는데, 바늘들에 의해 처리되기에 적당한 불연속 섬유를 공급하여 다축 섬유시트를 가로질러 넣어져 결합된다.
바느질 후, 보강용 필름(92)의 일부를 갖고 있는 다축 섬유시트(50)의 여유영역은 시트의 양측면에 위치된 회전식 절단휠(56)에 의해 절단됨으로써 제거될 수 있다. 생성된 다축 섬유시트는 간헐적인 컨베이어(44)의 진행과 동시에 모터(59)에 의해 구동되는 릴(58)에 저장될 수 있다.
이제, 도 7을 참조로 하는바, 이는 열점착에 의해 적소에 보강용 필름(92)을 놓는 장치(90)를 더욱 상세하면서도 아주 개략적으로 도시하고 있다.
각 필름(92)은 각각의 저장릴(92a)로부터 당겨지고, 2개의 릴(93a,93b) 사이를 지나가는데, 예컨대 이들 중 하나(예컨대, 93a)는 양쪽 릴에 공통인 구동모터(도시되지 않음)에 연결된다. 2개의 죔쇠(96)는 액츄에이터(96a)의 제어하에 개폐되고, 공기 액츄에이터(99)의 동일한 실린더에 고정된 로드(98)의 끝에 고정된다. 2개의 로드(98)는 시트(30c)가 릴(40c)로부터 당겨질 때 그 경로의 위아래로 각각 뻗어 있고, 이들은 시트의 폭보다 긴 길이를 갖는다.
2개의 가열압축부(97)는 시트(30c)의 경로의 양쪽에 위치된다. 지지블레이드(94b)와 상호작용하는 2개의 블레이드(94a)는 릴(93a,93b)의 쌍들로부터 바로 하류에 위치되어, 액츄에이터(도시되지 않음)의 제어하에 필름(92)을 절단할 수 있게 된다.
보강용 필름(92)을 적소에 놓는 과정은 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같은 다음 작동으로 이루어진다.
액츄에이터(99)에 인접한 선단에서 시트(30c)의 반대편 선단을 지난 가장 전진된 위치에서 죔쇠(96)를 갖춘 로드(98)가 작동을 시작하면서, 필름(92)은 그들의 자유끝이 개방되어 있는 죔쇠(96)에 완전히 고정될 때까지 릴(93a,93b)에 의해 전진된다(도 8a 참조). 릴(93a)은 필름(92)의 끝이 적당한 센서를 사용함으로써 죔쇠(96)의 안에 깊숙하게 있는지를 감지한 것에 응하거나, 필름이 예정된 길이만큼 전진된 후에 정지될 수 있다.
상기 죔쇠(96)는 액츄에이터(96a)의 제어하에 오므려지고, 상기 릴(93a)은 풀리며, 액츄에이터(99)가 제어되어 로드(98)를 수축시켜서 액츄에이터(99)와 동일한 쪽에 있는 시트(30c)의 선단을 지나도록 필름(92)을 당기게 된다(도 8b 참조).
상기 가열압축부(97)는 상기 시트의 각 면에 위치된 필름(92)의 분할부에 대해 시트(30c)의 양쪽에 가해져 열점착으로 상기 분할부들을 고정하게 된다. 가열압축부(97)가 작용되자마자, 상기 죔쇠(96)는 벌어지고 블레이드(94a)가 구동되어 필름(92)을 절단하여서 열점착 동안 필름의 분할부를 해제시킨다(도 8c).
가열압축부(97)가 제거되고 시트(30c)가 전진된 후, 로드(98)는 다시 액츄에이터(99)에 의해 전진된 위치로 보내어지고, 상기 필름적층공정이 되풀이된다.
이제, 도 9와 도 10을 참조로 하는바, 이는 가로지르는 시트의 분할부를 절단하고 고정시키는 장치(80)와 파지헤드(70)를 더욱 상세하면서도 아주 개략적으로 도시하고 있다. 상기 파지헤드(70)는 시트(30c)의 자유끝을 보유지지하는 2개의 부재(71a,71b)를 갖춘 죔쇠(71)를 구비하고 있는데, 이 죔쇠(71)의 개폐는 상부의 부재(71a)에 작용하는 액츄에이터(72)의 제어하에 이루어진다. 또한, 상기 죔쇠(71)는 컨베이어의 순환벨트(42)의 평면에 밀접한 위치와, 블록(62)에 고정되면서 죔쇠(71)를 지지하는 다른 액츄에이터(73)의 제어하에 상기 평면으로부터 멀리 이동된 위치 사이에서 이동할 수 있도록 되어 있다.
시트(30c)가 나오는 쪽에 위치된 컨베이어의 순환벨트(42)의 측면(42a) 근처에는 안내장치가 죔쇠(74)의 형태로 위치된다. 이 죔쇠는 상기 컨베이어의 순환벨트(42)의 평면으로부터 떨어진 높은 위치와 실제로 상기 평면에 위치된 낮은 위치 사이에서 액츄에이터(75a)의 제어하에 이동할 수 있는 상부부재(74a)를 갖추고 있으며, 실제로 컨베이어의 순환벨트(42)의 평면에 위치된 낮은 위치와 상기 평면으로부터 조금 떨어져 있는 높은 위치 사이에서 액츄에이터(75b)의 제어하에 이동할 수 있는 바닥부재(74b)도 갖추고 있다.
절단하는 장치(80)는 컨베이어의 순환벨트(42)의 평면 밑에 위치된 지지부(82)상에 장착된 블레이드(81)를 구비하는데, 상기 지지부(82)는 액츄에이터(84)의 제어하에 순환벨트(42)의 측면(42a)을 따라 미끄러질 수 있다. 압축장치(85)는 상기 컨베이어의 순환벨트(42)의 평면 위에 위치되어 시트의 분할부가 절단되는 동안 지지부(86)로 시트(30c)를 내리누른다. 압력을 가하고 압축장치(85)를 제거하는 것은 액츄에이터(87)에 의해 제어된다. 상기 지지부(86)와 압축장치(85)는 각각 블레이드(81)가 지나는 슬롯(86a,85a)을 갖추고 있다.
상기 압축장치(85)와 지지부(86)는 가열부재여서 컨베이어 벨트의 측면(42a)상에 놓여 있는 다축 섬유시트(50)의 선단들에 대하여 조일 수 있는 가열압축부를 구성한다. 액츄에이터(89)의 제어하에 있는 2개의 유사한 부재로 이루어진 가열압축부(88)가 컨베이어 벨트의 반대편 측면(42b)에 구비될 수 있다.
상기 컨베이어의 순환벨트(42)의 폭은 놓여 있는 다축 섬유시트(50)의 폭보다 좁아서, 절단하는 장치(80)를 위한 측면(42a)과 선택적인 가열압축부(88)를 위한 측면(42b)에 필요한 공간을 남기게 된다.
가로지르는 시트(30c)의 분할부를 이송하고 절단하며 고정하는 과정은 도 11a 내지 도 11c에 도시된 바와 같은 작동으로 이루어진다.
컨베이어의 순환벨트(42)의 측면(42a) 근처에 있는 시트(30c)의 자유끝은 높은 위치에서 부재들(74a,74b)을 갖춘 죔쇠(74)로 고정된다. 파지헤드(70)는 높은 위치에 있는 죔쇠(71)를 갖추고, 이는 컨베이어 벨트의 측면(42a)에서 왕복운동의 끝에 위치한다. 이 위치에서, 상기 죔쇠(71)는 액츄에이터(72)에 의해 오므려져 시트(30c)의 끝을 보유지지하게 된다(도 11a 참조).
상기 죔쇠(74)는 바닥부재(74b)를 낮춤으로써 벌어지게 되고, 블록(62)이 모터(69)에 의해 이동되어 그 왕복운동의 다른 끝, 즉 컨베이어의 순환벨트(42)의 측면(42b)을 조금 지난 곳으로 죔쇠(71)를 이끌게 된다(도 11b 참조).
상기 죔쇠(71)가 죔쇠(74)의 상부부재(74a)와 같이 낮아져서 이미 시트들 (30b,30a)을 지지하고 있는 컨베이어의 순환벨트(42)에 대해 시트(30c)의 분할부를 내리누르게 된다. 압축장치(85)가 액츄에이터(87)에 의해 낮아져서 지지부(86)에 대해 시트(30c)를 내리누르게 된 후에 블레이드(81)가 길이방향으로 이동되어 시트(30c)를 절단한다(도 11c 참조). 상기 시트(30c)는 보강용 필름(92)이 고정되어 있는 위치에서 절단되는데, 보강용 필름을 놓는 장치(90)와 가로지르는 시트를 절단하는 장치(80) 사이의 거리는 시트(30c)가 가로질러 전진한 거리, 즉 절단될 시트(30c)의 분할부의 길이와 같게 된다.
가열부재인 압축장치(85)와 지지부(86)는 보강용 필름(92)의 절단된 부분이 컨베이어의 순환벨트(42)의 측면(42a)에 위치된 다축 섬유시트의 선단에 접착되기 위해 필요한 열을 생성하도록 제어되어, 이 측면에 시트(30c)의 절단된 부분의 위치를 고정시킨다. 절단 후 시트(30c)의 자유끝에 고정되어 남게 되는 필름(92)의 다른 부분은 가열압축부(88)에 의해 다축 섬유시트(50)의 다른 측면에 부착될 수 있게 된다. 그 결과, 시트(30c)의 각 절단된 분할부는 그 형성 동안 다축 섬유시트의 잔여부에 대한 위치에 고정된다. 이는 다축 섬유시트가 최종적으로 고정되기 전에 컨베이어의 순환벨트(42)가 진행하는 동안 가로지르는 시트의 분할부가 임의로 불시에 이동되는 것을 방지하게 된다.
다음으로, 상기 죔쇠(71)는 벌어지면서 컨베이어 벨트의 측면(42a)쪽으로 되돌아오기 전에 높은 위치로 복귀되는 한편, 상기 죔쇠(74)는 높은 위치로 복귀되어 요구되는 위치에서 시트(30c)의 자유끝을 파지헤드로 보내게 된다.
다양한 실시예들
전술한 적층장치는 다축 섬유시트가 형성되는 동안 그 불연속적인 진행과 함께 작동된다. 생산처리량을 증가시키고, 재봉질이나 뜨개질로 결합될 때 겹쳐진 단방향 시트들을 함께 결합시키는 수단의 작동과의 일치를 향상시키기 위해서, 적층장치가 연속으로 진행되면서 작동되는 것이 바람직하다.
이 때문에, 가로지르는 시트의 절단된 분할부는 이송장치(104)에 보유지지되어, 형성되면서 연속적으로 진행하는 다축 섬유시트(50)로 연속적으로 보내어진다(도 12 참조). 상기 이송장치(104)는 컨베이어의 순환벨트(42)의 양쪽에서 진행방향에 평행하게 병진운동으로 이동할 수 있는 블록(106a,106b)에 의해 지지되는 2쌍의 죔쇠(104a,104b)를 갖추고 있다. 이 때문에, 상기 블록(106a,106b)은 모터(110)에 의해 구동되는 구동휠(108a,108b)과 2개의 이송휠(112a,112b) 위로 지나가는 순환케이블에 고정되어 있다. 2쌍의 가열압축휠(114a,114b)은 가로지르는 시트의 분할부가 놓이자마자 시트의 분할부의 끝에서 필름(92)들의 열점착에 의해 가로지르는 시트의 분할부를 고정시키도록 작용한다.
가로지르는 시트의 각 분할부는 도 6a와 도 6b에 도시된 장치와 유사한 교차적층장치에 의해 이송되면서 절단되는데, 이 장치는 절단하는 장치(80)가 비임(66)에 의해 지지되고 시트의 절단된 분할부를 고정하는 가열압축부들이 구비되지 않는 것을 제외하고는 유사하다.
교차적층장치로 각 분할부를 이송하고 절단하며, 분할부가 교차적층장치에 의해 해제되자마자 죔쇠(104a,104b)에 의해 절단된 분할부를 보유지지함으로써 적층이 이루어진다. 이들 죔쇠는 결정된 속도로 모터(110)에 의해 동시에 이동되어 절단된 분할부가 먼저 놓인 분할부와 접촉하면서 인접하거나 겹쳐지는 위치로 보내어진다. 그 후에, 상기 죔쇠(104a,104b)는 그들의 초기위치로 복귀되어 시트의 다음 절단된 분할부를 이송시킨다.
생산처리량을 증가시키기 위한 다른 변형예에서, 가로지르는 시트의 연속된 분할부를 이송하고 절단하며 적층하는 각각의 교차적층장치는 폐루프의 경로를 따라 이동되는 다수의 파지헤드를 갖춘다. 따라서, 하나의 파지헤드가 복귀하는 동안 다른 파지헤드가 작동할 수 있다.
도 13a 내지 도 13d는 가로지르는 시트의 분할부를 이송하고 절단하며 고정하는 연속적인 단계를 도시하고 있다.
교차적층장치는 도 6a 내지 도 11c에 도시된 것과는 다른데, 이는 벨트나 체인을 이용한 순환이송장치(76)에 장착된 다수의, 예컨대 2개의 파지헤드(701,702)를 갖추고 있다. 상기 순환이송장치(76)는 컨베이어의 순환벨트(42)에 평행하게 그 위로 뻗어 있으면서 적층될 가로지르는 시트(30c)의 적층방향으로 뻗어 있는 바닥길이와 상부길이를 갖는다. 상기 순환이송장치(76)는 컨베이어의 순환벨트(42)의 양쪽에 위치된 구동휠(76a)과 복귀휠(76b)을 거쳐 지나간다. 상기 파지헤드들은 순환이송장치(76)에서 서로 반대편에 장착된다.
각 파지헤드(701,702)는 액츄에이터(78)의 끝에 고정된 접촉부(shoe;77)를 갖추고 있다. 복귀경로의 끝 근처에서 상기 순환이송장치(76)의 상부길이 위에 위치된 접착제용 노즐(79)에 의해 접촉부(77)로 분사된 접착제에 의해서, 파지헤드와 시트(30c)의 자유끝 사이의 연결이 이루어진다.
도 13a 내지 도 13d의 교차적층장치는 도 6a 내지 도 11c에 도시된 것과는 다른데, 압축장치(85)는 시트에 직각으로 구동되는 액츄에이터의 제어가 아닌 선회하는 장착부를 이용함으로써 사용되고 제거된다. 상기 압축장치(85)는 힌지연결된 링크(85c)에 의해 지지부(85b)에 연결된다. 이 힌지연결된 링크(85c)는 모터(도시되지 않음)로 구동되어 블레이드(81) 위의 앞쪽위치와 파지헤드를 위한 경로에 방해되지 않는 뒤쪽위치 사이의 원호를 따라 압축장치(85)를 이동시키게 된다. 상기 지지부(85b)는 다축 섬유시트(50)의 평면 위의 상승위치와 다축 섬유시트(50)와 대체로 같은 높이인 하강위치 사이에서 액츄에이터(85e)의 구동하에 이동할 수 있다. 도 9 내지 도 11c에 도시된 죔쇠(74)의 형태인 안내장치는 이제 불필요하게 됨을 알 수 있다. 작동은 다음과 같다.
높은 위치의 지지부(85b)와 뒤쪽위치의 압축장치(85)가 움직이기 시작하면서, 접착제가 분사된 파지헤드(701)는 시트(30c)의 자유끝과 접촉하게 된다(도 13a 참조).
압축장치(85)가 링크(85c)에 의해 상승되고 순환이송장치(76)가 구동되어, 시트(30c)의 자유끝이 다축 섬유시트(50)의 위로 컨베이어의 순환벨트(42)의 측면(42b)쪽으로 보내어진다(도 13b 참조).
상기 시트(30c)의 자유끝이 적소에 오게 될 때, 상기 순환이송장치(76)는 정지하고 압축장치(85)는 그 앞쪽위치로 기울어져서, 파지헤드(701)와 압축장치(85) 사이에서 긴장상태로 시트(30c)를 유지하게 된다(도 13c 참조).
그 후에, 파지헤드(701)의 액츄에이터(78)와 액츄에이터(85e)가 제어되어 다축 섬유시트(50)상에 시트(30c)를 내리누르게 된다(도 13d 참조). 다음으로, 분할부는 슬롯(85a)을 통과하는 블레이드(81)에 의해 절단됨과 동시에, 절단된 분할부의 선단은 압축부재(85)와 가열압축부를 이루는 지지부(86)에 의해, 그리고 가열압축부(88)상에서 파지헤드(701)로부터의 압력에 의해 접착된다. 도 9의 실시예와는 달리 단일한 가열압축부(88)가 구비됨을 알 수 있다. 이때에, 접착제가 노즐(79)에 의해 파지헤드(702)로 분사된다. 그 후에, 상기 파지헤드(701)가 상승된 다음, 순환이송장치(76)가 다시 구동되어 새로운 적층공정이 파지헤드(702)를 사용하여 시작될 수 있다.
앞에서, 다축 섬유시트의 길이방향 선단의 한쪽 또는 양쪽을 따라 열점착함으로써 가로지르는 시트의 끝을 일시적으로 고정시키는 것이 이루어지는데, 그 여유부분은 다음에 제거된다.
변형예에서, 가로지르는 시트의 분할부를 일시적으로 고정하는 것은 컨베이어 벨트의 측면(42a,42b)을 따르는 길이방향의 2열로 된 스파이크(49)에 의해 이루어질 수 있다(도 14 참조). 가로지르는 시트의 분할부는 죔쇠(71,74)를 낮추거나 도 12에 도시된 이송장치에 의해 컨베이어의 순환벨트(42)에 대해 내리눌려질 때, 그 끝이 상기 스파이크(49)들에 맞물리게 된다.
다른 변형예에서, 가로지르는 시트의 연속된 분할부는 서로 인접하지 않으나 부분적으로 겹쳐지도록 위치될 수 있다(도 15 참조). 겹쳐지는 정도는 적소로 보내어지는 가로지르는 시트의 2개의 연속된 분할부 사이에서 컨베이어(44)의 속도를 조정함으로써 조정된다. 이러한 부분적인 겹침은 가로지르는 시트의 분할부들을 끝 대 끝 방식으로 위치시킬 때 일어날 수 있는 어려움을 방지할 수 있게 한다. 이러한 환경하에서는, 도 5에 도시된 바와 같이 펴진 후 얻어질 수 있기 때문에, 경량의 가로지르는 시트가 사용된다.
연속된 분할부를 이송시킴으로써 가로지르는 시트를 적층하는 전술된 방법이 본 발명의 바람직한 실시예를 구성하지만, 특히 가로지르는 시트가 비교적 작은 폭일 때와 같이 다른 적층기술을 사용할 가능성이 배제되지 않는다.
따라서, 도 16에 아주 개략적으로 도시된 바와 같이, 전술된 미국 특허 제4,677,831호에 설명된 것과 유사한 유형의 기술을 사용할 수 있다. 이 기술에서, 가로지르는 시트(30b,30c)의 끝은 가로지르는 시트의 방향에 평행하게 병진운동으로 왕복하여 구동되는 교차적층운반대(113)에 고정된다. 상기 시트(30b,30c)는 교차적층운반대에 의해 선택적으로 지지되는 릴(도시되지 않음)로부터 풀려나오게 된다. 교차적층운반대의 왕복운동의 각 끝에서, 가로지르는 시트는 각각의 그 길이방향의 측면을 따라 컨베이어의 순환벨트(42)에 구비된 스파이크(111)들 위로 지나감으로써 방향을 바꾸게 된다.
도 6b는 바느질에 의해 서로 부착되는 겹쳐진 시트를 도시하는데, 다른 부착방법이 사용될 수 있다. 따라서, 도 17은 컨베이어(44)의 바로 하류에 위치된 장치(120)에 의한 스티칭(stitching)으로 결합되는 것을 도시하는바, 이 스티칭은 종래와 같이 예컨대 체인 스티치(chain stitch:122)와 같은 여러 상이한 바늘을 사용하여 이행될 수 있다. 한 예로, 사용된 재봉실(124)은 폴리에스테르나, 유리, 탄소, 아라미드 등으로 된 실이다. 예컨대, 지그재그 뜨개질 바늘을 사용하는 뜨개질로 결합될 수도 있다.
도 18은 단방향 시트들 사이에 삽입되는 열가용성 실에 의해 결합되는 것을 도시하고 있는바, 열가용성 제1실(130)은 시트(30a)가 놓이기 전에 교차적층장치 (131)에 의해 시트(30b)의 분할부에 위치되고, 열가용성 제2실(132)은 시트(30c)의 분할부가 놓이기 전에 교차적층장치(133)에 의해 시트(30a)에 위치된다. 컨베이어(44)의 바로 하류에서, 다축 섬유시트(50)는 상기 실들(130,132)을 녹여서 다축 섬유시트를 위한 결합력을 제공하는 2개의 가열롤(124) 사이로 지나가게 된다. 한 예로, 실들(130,132)은 폴리프로필렌으로 코팅된 유리실이다. 열가용성 실 대신에 열가용성 필름이나 열점착성 필름 또는 열점착성 실을 사용할 수 있다.
끝으로, 도 19는 접착제에 의한 접착을 도시하는바, 접착제를 분사하는 스트립(140,142)이 단방향 시트(30a)를 놓는 단계와 단방향 시트(30c)를 놓는 단계의 바로 하류에 컨베이어의 순환벨트(42)를 가로질러 위치된다. 컨베이어(44)의 바로 하류에서, 다축 섬유시트(50)는 2개의 롤(144) 사이를 지나가게 된다.
단방향 시트의 결합력이 열가용성 또는 열점착성의 접착제에 의해 얻어질 때, 단방향 시트들 사이의 결합은 접착제를 열적으로 재활성화시킴으로써 얻어질 수도 있다.
전술한 바와 같은 적층장치와 방법은 임의의 수로 겹쳐진 시트를 구비하는 다축 섬유시트를 제조하게 된다. 따라서, 적어도 2개의 가로지르는 단방향 시트를 놓음으로써 길이방향의 단방향 시트(0°)를 갖지 않는 다축 섬유시트를 형성할 수 있다. 이 경우에, 바람직하기로 가로지르는 시트는 그 방향이 길이방향에 대해 대각인 적어도 한쌍의 시트와 더불어, 선택적으로 길이방향에 90°인 가로지르는 시트를 구비한다. 이미 전술한 바와 같이 길이방향의 단방향 시트가 구비될 때, 적어도 한쌍의 가로지르는 시트는 길이방향 시트의 양면에 위치하면서 이에 대해 대각으로 되는데, 이 경우에도 길이방향에 90°인 적어도 하나의 가로지르는 시트가 부가될 수 있다.
생성된 다축 섬유시트는 예컨대 겹쳐진 층들을 바느질하거나 주름을 잡아 꾸미는 잘 알려진 기술에 의해 복합재료로 된 부품의 보강재를 만드는 데에 사용될 수 있다. 그 후에, 생성된 보강재는 화학적 증기침윤이나, 수지와 같은 액체상태의 매트릭스 전구체를 주입하여 열처리에 의해 이 전구체를 변형시키는 액체처리, 또는 사실상 가열에 의해 얻어지는 매트릭스로 치밀하게 된다. 가열에 의해, 예비형성체가 매트릭스의 액상 전구체에 담겨지고 나서, 예컨대 유도코어(core)와의 접촉이나 유도코일과의 직접적인 연결에 의해 가열되어, 상기 전구체가 예비형성체와 접촉하면서 기화되고 침윤되어, 예비형성체의 작은 구멍들 안에 용착됨으로써 매트릭스를 형성할 수 있게 된다.
다축 섬유시트를 만드는 예가 설명을 위해 아래에 기술되어 있다.
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실시예 1
30,000tex의 무게와 3600MPa의 인장강도 및 250GPa의 계수(modulus)를 갖는 480,000(480K)개의 연속 필라멘트로 구성된 고강도 탄소섬유의 토우가, 도 1에 도시된 것과 유사한 설비에 의해 150mm의 폭으로 펼쳐진다. 이 펴진 토우는 연속 필라멘트가 불연속 필라멘트로 변형되는 동안 잡아 늘이고 누르는 작업을 받게 되는데, 이들 대부분은 25 내지 170mm의 길이를 갖는다. 눌려지는 동안, 펴진 토우는 2배로 늘어나게 되고 그 단위면적 당 무게는 감소되어, 150mm의 폭과 110g/m2의 무게를 갖는 단방향 시트로 된다.
이 시트는 섬유들의 방향을 약간 틀리게 함으로써 고정되지만, 이들 대부분은 시트의 방향과 평행하게 남아 있다. 이러한 방향상실(disorientation)은 금속판에 놓여 있는 시트에 적어도 100bar로 가압된 물젯트를 분사함으로써 이루어진다.
형성된 시트는 완전히 처리될 수 있다.
2개의 유사한 단방향 시트가 도 6a 및 도 6b에 도시된 것과 유사한 장치에 의해 놓여서 형성된 시트의 길이방향(0°)에 대해 +45°및 -45°의 각도를 이룬다. 시트들은 경(輕)바느질로 서로 결합되는데, 바느질 밀도는 약 20strokes/cm2이다. ±45°인 2개의 축과 220g/m2의 무게를 갖는 시트가 얻어진다.
층들은 2축 시트로부터 절단되고 겹쳐져서, 탄소-탄소 복합재료로 제조될 부품을 위한 보강재를 구성하게 된다. 상기 층들은 예컨대 미국 특허 제4,790,052호에 설명된 공지의 방법으로 중첩되면서 바느질에 의해 함께 결합된다.
생성된 예비형성체는 화학적 증기침윤에 의해 증착된 탄소 매트릭스에 의해 치밀하게 된다.
실시예 2
실시예 1의 2축 시트가 바느질에 의해 고정되지 않고, 길이방향에 평행하게 지그재그 뜨개질 바늘(knit stitch)을 이용하여 고정된다. 뜨개질 실은 2가닥을 꼰 150dtex의 면사이다. 완전히 처리될 수 있는 2축 시트가 얻어진다.
실시예 3
잡아 늘이고 누른 후 물젯트에 의해 펴지고 고정된 실시예 1의 토우는 만곡된 바아 위를 지나감으로써, 그 폭이 80mm에서 120mm로 증대된다. 이렇게 하여 얻어진 유사한 2개의 단방향 시트들은 실시예 1에서와 같이 +45°및 -45°로 놓여지나, 시트의 연속적으로 놓인 분할부들 사이에서 50% 겹쳐진다. 실시예 1에서와 같이, 2축 시트는 바느질에 의해 고정된다. 530g/m2의 무게를 갖는 2축 시트가 얻어지며, 이는 완전히 처리될 수 있다.
실시예 4
불연속 탄소섬유로 이루어지고서 각각 320K개의 필라멘트로 된 4개의 토우가 나란히 펴져서 600mm의 폭 및 약 140g/m2의 무게를 갖는 시트를 형성한다. 이 시트는 30strokes/cm2의 밀도로 미리 바느질됨으로써 고정된다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같은 적층장치에 의해서, 3개의 유사한 단방향 시트가 0°와 +60°및 -60°의 방향으로 놓인다. 이들 시트는 30strokes/cm2의 밀도로 바느질되어 함께 결합된다. 생성된 3축 시트는 420g/m2의 무게를 갖는다. 평평하게 층들을 적층하고서 바느질하거나 맨드릴상에 감아 바느질함으로써, 복합재료로 된 부품을 위한 예비형성체를 제조하는 데에 매우 적당하다.
실시예 5
각각 50K개의 필라멘트를 갖고서 미리 산화된 폴리아크릴로니트릴(PAN) 탄소 전구체로 만들어진 4개의 고강도 탄소 토우가 실시예 1에 기재된 바와 같이 함께 잡아 늘려지고 눌려지게 된다. 생성된 단방향 스트립은 8cm의 폭과 170g/m2의 무게를 갖는다.
이방성 피치 전구체로 제조된 320K개의 필라멘트를 갖는 탄소섬유의 토우가 동일한 방식으로 눌려져서, 8cm의 폭과 230g/m2의 무게를 갖는 단방향 스트립을 얻게 된다.
이방성 피치 전구체를 기본으로 한 2개의 눌린 스트립은 미리 산화된 PAN 전구체를 기본으로 한 8개의 눌린 스트립과 번갈아 포개어지고, 이 조립체가 10개의 모든 스트립을 빗어내고 잡아 늘이는 "교차"형 장치 또는 길 박스를 관통하여, 230g/m2의 무게와 10cm의 폭을 갖고서 상이한 전구체 섬유의 조밀한 혼합물로 구성된 눌린 시트가 얻어지게 된다.
생성된 하이브리드 시트는 가압된 물젯트를 받아 고정되고, 이어서 이 시트는 금속판 위에 위치된다.
이렇게 만들어진 3개의 단방향 시트를 사용하여, 0°와 +60°및 -60°의 축을 갖는 3축 시트가 만들어진다.
실시예 6
12K개의 필라멘트를 갖는 고강도 탄소섬유의 토우가 약 7mm의 폭을 갖도록 펴진다. 펴진 토우들을 나란히 놓음으로써, 약 100mm의 폭과 125g/m2의 무게를 갖는 3개의 단방향 시트와 더불어, 100cm의 폭과 동일한 단위면적 당 무게를 갖는 하나의 단방향 시트가 형성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 액체 형태의 접착제를 분사함으로써 시트들이 고정된다. 사용된 접착제는 수용성 폴리비닐알콜(PVA)로서, 사용되는 PVA의 양은 시트의 무게에 대하여 2.1중량%이다.
도 6a와 도 16에 도시된 유형의 장치를 이용하여서, 폭이 100cm인 단방향 시트를 길이방향 시트(0°)로 하면서 폭이 100mm인 단방향 시트들을 90°와 +45°및 -45°의 방향으로 놓인 가로지르는 시트로 이용하여, 그 순서가 90°/+45°/0°/-45°인 다축 섬유시트가 제조된다. 76dtex의 연속 폴리에스테르사를 사용하는 스티칭에 의해 4개의 시트가 함께 결합된다. 6개의 게이지가 사용되고, 4mm의 피치를 갖는 체인 스티치와 같은 바늘을 사용한다.
단방향 시트들이 함께 결합된 후, 다축 섬유시트는 PVA를 제거하고 용도에 적합하게 되도록 탈유처리된다.
이러한 다축 섬유시트는 예컨대 복합재료로 된 부품을 제조하기 위해 에폭시 수지를 스며들게 하는 데에 적합하다.
실시예 7
+45°/0°/-45°의 "거울상"으로 된 다축 섬유시트는, 프랑스 회사 소피카(SOFICAR)의 고계수 M46JB형 탄소섬유로 된 길이방향의 단방향 시트(0°)와, 일본 회사 토레이(TORAY)의 고강도 T700SC형 탄소섬유로 된 2개의 가로지르는 단방향 시트(45°및 -45°)로 제조된다.
0°인 시트는 12K개의 필라멘트로 된 토우를 3mm의 폭으로 펴고, 150g/m2의 무게를 갖고서 300mm의 폭을 갖는 시트를 얻도록 펴진 토우를 나란히 놓음으로써 형성된다.
+45°및 -45°인 시트는 12K개의 필라멘트로 된 토우를 8mm의 폭으로 펴고, 100g/m2의 무게를 갖고서 130mm의 폭을 갖는 시트를 얻도록 펴진 시트들을 나란히 놓음으로써 형성된다.
에폭시 수지 에멀션을 수용하고 있는 용액조에 담겨짐으로써 단방향 시트들이 고정된다. 수지를 압축하여 짜내기 위해 시트가 압착롤 사이를 통과하여, 그 최종 농도는 시트의 무게에 대하여 1.8중량%로 된다.
+45°/0°/-45°의 순서로 적층이 이루어지는데, 가로지르는 시트의 분할부들은 끝 대 끝 방식으로 나란히 놓이게 된다.
단방향 시트들 사이의 결합은, 도 17에 도시된 바와 같이 매 100mm마다 시트 사이에 열가용성 코폴리아미드사를 위치시키고, 2개의 가열롤 사이로 다축 섬유시트를 통과시킴으로써 이루어진다.
단방향 시트들에 결합력을 부여하는 데에 이용되는 접착제와 화학적으로 일치하는 에폭시 수지가 스며들어간 후, 생성된 다축 섬유시트는 탄소/에폭시 복합재료로 된 보트용 마스트를 만드는 데에 사용된다.
실시예 8
90°/+30°/-30°의 3축 시트가 3개의 동일한 단방향 시트로 만들어진다. 각 단방향 시트는 50K개의 필라멘트를 갖는 고강도 탄소섬유의 토우를 18mm의 폭으로 펴고서, 200g/m2의 무게를 갖고서 200mm의 폭을 갖는 시트를 얻도록 펴진 토우를 나란히 놓음으로써 만들어진다. 상기 단방향 시트는 건조중량 0.8%에 상응한 농도로 비닐피롤리돈 중합체의 에멀션을 분사함으로써 고정된다.
단방향 시트들은 끝 대 끝 방식으로 나란히 놓이는 분할부로 겹쳐지고, 체인 스티치와 같은 바늘을 사용하여 76dtex의 폴리에스테르사를 사용하는 스티칭에 의해 함께 결합된다. 4mm의 피치로 6개의 게이지가 사용된다.
그 후에, 생성된 다축 섬유시트는 단방향 시트에 결합력을 부여하는 데에 사용된 접착제를 제거하도록 탈유처리될 수 있다.
실시예 9
0°/+45°/90°/-45°의 다축 섬유시트가 4개의 동일한 단방향 시트로 만들어진다. 각 단방향 시트는 "로빙(Roving) 2400 텍스"형의 유리섬유사를 펼침으로써 형성된다. 펴진 유리섬유사는 길이방향으로 나란히 놓이고서 매 5cm마다 가로질러 놓인 열가용성 실로 서로 평행하게 유지되어서, 300g/m2의 무게와 20cm의 폭을 가지면서 결합력이 있는 단방향 시트가 형성된다.
이들 단방향 시트를 사용하여, 0°/+45°/90°/-45°의 다축 섬유시트는 끝 대 끝 방식으로 나란히 놓인 분할부들로 구성되는 +45°의 시트와 90°의 시트 및 -45°의 시트에 의해 형성되게 된다. 4개의 단방향 시트는 폴리에스테르사를 사용하는 스티칭 라인에 의해 함께 결합된다. 바늘땀은 약 10mm의 길이를 갖고, 이 스티칭 라인은 약 40mm 정도 떨어져 있다.
결합력이 있는 유리섬유의 다축 섬유시트는 아주 저밀도의 바늘땀을 갖도록 되어서, 다축 섬유시트가 쉽게 형성되어질 충분한 융통성을 갖게 됨과 더불어, 매끄러운 표면상태를 갖게 된다.
실시예 10
4축 시트는 4개의 동일한 단방향 시트로 만들어진다. 각각의 단방향 시트는 일본 회사 토레이의 "T700SC"로 공급되는 12K개의 필라멘트 탄성사를 펼침으로써 형성된다. 펴진 실은 나란히 놓이고서 매 5cm마다 가로질러 놓인 열가용성 실로 함께 유지되어서, 150g/m2의 무게와 10cm의 폭을 가지면서 결합력이 있는 단방향 시트가 형성된다.
이들 단방향 시트로부터, A형과 B형인 2개의 다축 섬유시트가 다음과 같이 형성된다.
A : -45°/0°/+45°/90°
B : +45°/0°/-45°/90°
이들 2개의 다축 섬유시트를 형성하는 단방향 시트는 폴리에스테르사로 스티칭되어 서로 고정된다. 10mm의 길이를 갖는 바늘땀과 25mm 정도 떨어진 스티칭 라인에 의해 저밀도의 바늘땀이 이루어진다.
다축 섬유시트들(A,B)은 겹쳐질 수 있어서 중간의 길이방향 대칭면의 양쪽에 위치된 같은 수의 시트를 갖춘 "거울상" 적층부를 형성하는데, 각 시트(A,B)는 상기 대칭면에 대해 서로 대칭으로 된다.
예컨대, 하나의 "거울상" 적층부는 A/A/A/B/B/B와 같은 연속된 시트들을 갖추는데, 이 적층부는 예컨대 5mm ×5mm의 피치로 이루어지고서 217dtex의 "케블라(Kevlar;등록상표)"와 같은 아라미드사에 의한 스티칭으로 결합력이 생긴다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 예컨대 탄소섬유와 같이 값비싼 섬유로 만들어진 다축 섬유시트가 좀 더 매력적으로 될 수 있도록 제조원가를 낮출 수 있는 다축 섬유시트의 새로운 제조방법을 제공하는 효과가 있게 된다.

Claims (77)

  1. 여러 방향으로 다수의 단방향 시트를 중첩하는 단계와, 중첩된 시트를 서로 결합시키는 단계를 포함하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 상기 단방향 시트는, 5cm 이상의 폭과 300g/m2 이하의 무게를 가진 균일한 두께의 시트를 얻을 수 있도록 적어도 하나의 토우(tow)를 펼치고, 적어도 하나의 다른 단방향 시트와 중첩되기에 앞서 처리될 수 있게 단방향 시트에 횡방향 결합력을 부여하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단방향 시트를 제조하기 위하여, 다수의 토우가 사용되고, 단방향 스트립을 형성하도록 상기 토우를 펼치며, 5cm 이상의 폭과 300g/m2 이하의 무게를 갖는 단방향의 시트를 얻을 수 있도록 상기 스트립을 나란히 놓는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단방향 시트로 된 섬유는 탄소, 세라믹, 탄소 또는 세라믹 전구체(precursors), 유리 및, 아라미드 중에서 선택된 재질로 된 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단방향 시트를 얻기 위하여 필라멘트의 수가 12K개 이상인 적어도 하나 이상의 토우를 펼친 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 서로 다른 종류의 섬유로 만들어진 단방향 시트가 중첩된 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단방향 시트는 다수의 서로 다른 종류의 섬유로 만들어진 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단방향 시트는 연속 필라멘트로 만들어진 적어도 하나의 토우를 펼쳐서 만든 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단방향 시트는 불연속 필라멘트로 만들어진 적어도 하나의 눌려진 토우를 펼쳐서 만든 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단방향 시트는 다수의 다른 재질로 된 불연속 필라멘트를 친밀하게 혼합하여 구성한 적어도 하나의 하이브리드 토우를 펼쳐서 만든 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 단방향 시트에 불연속 필라멘트를 가볍게 매팅(matting)함으로써 횡방향 결합력을 부여한 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 매팅은 상기 시트가 플레이트 위를 통과할 때 일정 압력하의 물젯트를 분사하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단방향 시트는 바느질(needling)에 의해 횡방향 결합력이 부여되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 단방향 시트에 횡방향 결합력이 부여된 후 시트가 넓혀지는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단방향 시트는 화학 접착제에 의해 횡방향 결합력이 부여되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 접착제는 제거될 수 있는 것이 사용되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 접착제는 수용성인 것이 사용되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 접착제는 상기 단방향 시트에 접착제 또는 전구체를 함유하는 액상의 화합물을 침투시킴으로써 적용되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 접착제는 상기 단방향 시트에 중합체를 용액으로 함유하는 액상의 화합물을 침투시킴으로써 적용되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 접착제는 상기 단방향 시트에 수지를 함유하는 액상의 화합물을 침투시키고 상기 수지를 중합함으로써 적용되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 접착제는 상기 단방향 시트에 액상의 화합물을 분사함으로써 침투되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  21. 제17항에 있어서, 상기 접착제는 상기 단방향 시트를 액상의 화합물을 수용하는 용액조에 담금으로써 침투되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  22. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단방향 시트에 적어도 하나의 열가용성 실을 고정함으로써 횡방향 결합력이 부여되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  23. 제1항에 있어서, 상기 다축 섬유시트의 길이방향에 평행한 진행방향으로 이동하는 이동지지부에 의해 적어도 하나의 가로지르는 단방향 시트를 이송함으로써, 길이방향을 갖는 연속적인 다축 섬유시트를 제조하되, 각각의 가로지르는 단방향 시트는 상기 진행방향에 대해 선택된 동일한 각도를 형성하는 연속적인 분할부로 이송되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 다축 섬유시트는 진행방향에 대해 대각으로 2개의 가로방향 단방향 시트를 중첩함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  25. 제23항에 있어서, 상기 다축 섬유시트는 2 이상의 단방향 시트를 중첩함으로써 제조되되, 그 중 하나의 시트는 진행방향에 평행한 길이방향 시트인 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  26. 제23항에 있어서, 상기 다축 섬유시트는 3 이상의 단방향 시트를 중첩함으로써 제조되되, 그 중 하나의 시트는 진행방향에 평행한 길이방향 시트이고, 2 이상의 다른 단방향 시트는 상기 길이방향 시트의 방향에 대해 상이한 각도를 이루는 가로지르는 시트인 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 길이방향 시트는 이 길이방향 시트의 방향에 대해 반대부호의 각도를 형성하는 2개의 가로지르는 시트 사이에 놓이도록 하는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  28. 제25항에 있어서, 상기 길이방향 시트는, 토우를 펼쳐서 10cm 이상의 폭을 가진 길이방향 스트립을 얻은 다음, 다수의 단방향 스트립을 나란히 놓아서 만들어지는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 길이방향 시트는, 12K개 이상인 다수의 필라멘트를 가진 토우를 펼쳐서 얻은 다수의 단방향 스트립을 나란히 놓아서 만들어지는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  30. 제23항에 있어서, 적어도 하나의 가로지르는 시트를 형성하는 상기 연속적인 분할부를 인접하게 이송시키는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  31. 제23항에 있어서, 적어도 하나의 가로지르는 시트를 형성하는 상기 연속적인 분할부를 부분적으로 겹치도록 이송시키는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  32. 제23항에 있어서, 가로지르는 시트를 형성하는 상기 연속적인 분할부를, 상기 가로지르는 시트의 방향에 평행하게 맞춰 상기 다축 섬유시트의 크기와 동일한 길이만큼 이동시키고, 이렇게 이송된 부분을 잘라내어서, 잘라낸 분할부를 이동지지부나 제조되어질 다축 섬유시트 위에 놓아서 이송시키는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 이동지지부가 진행방향으로 연속적으로 이동되면서 상기 연속적인 분할부가 각각의 가로지르는 단방향 시트를 형성하도록 이송되어, 다축 섬유시트가 만들어지는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  34. 제32항에 있어서, 상기 가로지르는 시트는 잘려진 부분에서 국부적으로 보강되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 가로지르는 시트는 적어도 한쪽 면에 필름을 부착함으로써 보강되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 가로지르는 시트는 열점착성 필름을 부착하고, 가압하여 가열함으로써 보강되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  37. 제32항에 있어서, 상기 단방향 시트는 적어도 상기 중첩된 단방향 시트가 서로 결합될 때까지 서로에 대해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 단방향 시트는 스파이크에 고정되어 보유지지되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  39. 제37항에 있어서, 상기 단방향 시트는 제조되는 상기 다축 섬유시트의 각 길이방향 선단을 따라 적어도 하나의 필름을 고정하여 보유지지되어 있는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  40. 제35항에 있어서, 상기 단방향 시트의 분할부를 이송된 위치에 고정하기 위해 보강필름이 사용되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  41. 제1항에 있어서, 상기 중첩된 단방향 시트는 바느질에 의해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  42. 제1항에 있어서, 상기 중첩된 단방향 시트는 재봉질(sewing)이나 뜨개질(knitting)에 의해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  43. 제1항에 있어서, 상기 중첩된 단방향 시트는 접착제에 의해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  44. 제43항에 있어서, 상기 중첩된 단방향 시트는 이들 시트 사이에 열가용성 실을 삽입함으로써 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  45. 토우당 12K개 이상의 필라멘트를 갖는 토우를 펼쳐서 얻은 단방향 스트립을 나란히 놓음으로써 구성되되, 무게는 300g/m2 이하이며, 폭이 5cm 이상이고, 횡방향 결합력이 부여된 단방향 시트.
  46. 제45항에 있어서, 상기 시트는 탄소, 세라믹, 탄소 또는 세라믹 전구체, 유리 및, 아라미드 중에서 선택된 재질의 섬유로 만들어지는 것을 특징으로 하는 단방향 시트.
  47. 제45항에 있어서, 상기 시트는 연속 필라멘트로 만들어지는 것을 특징으로 하는 단방향 시트.
  48. 제45항에 있어서, 상기 시트는 불연속 필라멘트로 만들어지는 것을 특징으로 하는 단방향 시트.
  49. 제47항에 있어서, 상기 결합력은 접착제가 사용되어 부여되는 것을 특징으로 하는 단방향 시트.
  50. 제49항에 있어서, 상기 접착제는 제거가능한 것을 특징으로 하는 단방향 시트.
  51. 제50항에 있어서, 상기 접착제는 수용성 중합체인 것을 특징으로 하는 단방향 시트.
  52. 제48항에 있어서, 상기 결합력은 불연속 필라멘트를 가볍게 매팅함으로써 부여되는 것을 특징으로 하는 단방향 시트.
  53. 제48항에 있어서, 상기 결합력은 바느질에 의해 부여되는 것을 특징으로 하는 단방향 시트.
  54. 적어도 하나의 단방향 시트로 섬유보강재를 형성하는 단계와, 상기 섬유보강재를 매트릭스에 의해 치밀화시키는 단계를 포함하는, 매트릭스로 치밀하게 된 섬유보강재를 갖춘 복합재료로 된 부품을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 매트릭스와 일치될 수 있는 접착제를 이용하여 결합력이 부여된 단방향 시트를 사용하는 것을 특징으로 하는 복합재료로 된 부품을 제조하는 방법.
  55. 매트릭스로 치밀하게 된 섬유보강재를 포함하는 복합재료로 된 부품에 있어서,
    상기 섬유보강재는 제45항 내지 제53항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 단방향 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료로 된 부품.
  56. 서로 결합되고 다른 방향으로 중첩된 다수의 단방향 시트를 포함하는, 길이방향을 갖는 연속 스트립 형태의 다축 섬유시트에 있어서,
    이 다축 섬유시트는 제46항 내지 제53항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 단방향 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트.
  57. 제56항에 있어서, 상기 다축 섬유시트의 길이방향에 대해 +45°와 -45°의 각도를 가지는 2개의 단방향 시트로 구성되는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트.
  58. 제56항에 있어서, 상기 다축 섬유시트의 길이방향으로 방위를 갖는 주 단방향 시트와, 이 주 단방향 시트의 각 면 위에 놓이고서 주 단방향 시트의 방향과 대각을 이루는 방향으로 뻗어 있는 적어도 2개의 가로지르는 시트를 구비하는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트.
  59. 매트릭스로 치밀하게 된 섬유보강재를 포함하는 복합재료로 된 부품에 있어서,
    상기 섬유보강재는 제56항 내지 제58항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 다축 섬유시트를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합재료로 된 부품.
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