KR101284810B1 - 적어도 두 개의 다른 복합부재로 된 조립체로 구성된 강화복합부품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 각각 강화섬유나 직물 및 함침 매트릭스를 포함하는 적어도 두 개가 복합 부재(1, 2, 4, 5)로 된 조립체로 구성된 중간 강화복합부품으로서, 상기 조립체는 상기 부재들 사이에 기계적 결합을 보장하는 결합제(3)를 포함하는 중간 강화복합부품에 있어서, 상기 결합제(3)는 적어도 하나의 탄소나노튜브(벅키 페이퍼) 시트를 포함하는 중간 강화복합부품에 관한 것이다.

Description

적어도 두 개의 다른 복합부재로 된 조립체로 구성된 강화복합부품{REINFORCED COMPOSITE PART COMPOSED OF AN ASSEMBLY OF AT LEAST TWO DIFFERENT COMPOSITE MEMBERS}
본 출원은 2010년 3월 25일 출원된 유럽특허출원 EP 10 400019.5의 이익을 주장하며, 여기서 그 개시내용을 언급함으로써 인용한다.
본 발명은 일반적으로 강화섬유 및 수지형 함침 매트릭스를 포함하는 금속 또는 유기재료로 만들어진 부품의 제조에 관한 것이다. 이들 부품 또는 그 부재들은 예를 들어 섬유강화 복합재료를 몰딩하여 얻어진다.
보다 구체적으로, 본 발명은 몇 가지 다른 부재들을 양호하고 믿을만한 접착을 보장하는 방식으로 조립하여 구성된 복합 부품의 제조에 관한 것이다. 이들 부재들은 예를 들어 미리 함침된 부재(프리프레그) 및 부재들의 동시 또는 개별적인 경화 전에 함침 매트릭스의 주입을 필요로 하는 부재와 하이브리드 조립체를 형성할 수 있다. 본 발명은 또한 다른 유형의 조립체에 관한 것이다.
이하, 중간 강화복합부품을 특히 참조할 것이다. 이런 부품들은 중간체라고 부르는데, 왜냐하면 그 구성부재의 조립 후에 상기 부재 중의 적어도 하나 또는 결합제가 함침 및/또는 경화 공정을 여전히 거쳐야 하기 때문이다.
예를 들어, 문헌 DE 10 2005 008 252는 서로 다른 매트릭스 구조를 갖는 섬유강화 복합재료로 구성된 두 개의 부재를 조립하는 공정을 설명한다. 두 개의 매트릭스는 시간이동방식(time-shift manner)으로 액체화되며, 제 1 매트릭스가 액체화되면 제 2 매트릭스의 표면층 속으로 침투하게 되며 그리고 상기 제 2 매트릭스가 액체화되고 양 매트릭스가 동시에 경화된다. 그리고 표면층의 경화되고 상호 침투한 매트릭스의 불규칙 형상의 구성재료와의 접착에 의해 기계적 결합이 이루어진다. 그러나, 이런 조립에 의해서도 큰 면적에 걸친 균질한 결합을 얻기가 어렵다.
그 외에, 문헌 EP 1 916 091은 두 개의 섬유강화 복합재료 부재 사이의 계면에 열가소성 시트가 사용되는 복합체 2부재 조립 공정을 설명한다. 열가소성 시트의 면들은 상기 부재들의 서로 다른 매트릭스 구조와의 결합을 최적화하기 위해 서로 다른 특성을 갖는다. 따라서, 이런 조립체의 성능 특성이 상당히 감소한다. 열가소성 시트는 수지형 매트릭스 환경 내의 뚜렷한 상을 구성한다. 그 결과 특히 조립체의 기계적 결합 특성 및 열적 안정성의 면에서 성능이 제한된다.
문헌 US 2009/0117363은 각각 매트릭스로 함침된 강화섬유를 포함하는 복합부재들의 조립체를 포함하는 복합층 구조 내의 탄소나노튜브층의 사용을 개시한다. 이 조립체는 층간 기계적 결합을 보장하는 결합제를 포함한다. 이 결합제는 탄소나노튜브 필름을 포함한다.
따라서, 본 발명은 전술한 결점이 없고 결합 성능 및 열적 안정성이 향상된 여러 가지 복합부재로 된 신규의 조립체를 제안하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 제조가 기술적으로 간단하면서도 시간 및 비용 면에서 저렴한 조립체를 제안하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 동일하거나 유사하거나 서로 다른 복합부재에 적용할 수 있고/있거나 광범위한 제조공정에 적합한 신규의 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적들은 각각 함침 매트릭스로 함침되거나 함침되어야 할 강화섬유나 직물을 포함하는 적어도 두 개의 복합 부재로 된 조립체로 구성된 중간 강화복합부품으로서, 상기 조립체는 상기 부재 사이의 기계적 결합을 보장하는 결합제를 포함하며, 상기 결합제는 적어도 하나의 탄소나노튜브 시트(벅키 페이퍼)를 포함하는 중간 강화복합부품에 있어서, 상기 복합 조립체는 미리 경화된 부재를 포함하며, 탄소나노튜브 시트는 각 면이 미리 경화된 부재와 접촉하도록 된 접착층과 결합되는 것을 특징으로 하는 중간 강화복합부품에 의해 달성된다.
본 발명의 모범적인 실시형태에 따르면, 탄소나노튜브 시트는 5미크론 내지 50미크론의 두께를 갖는다.
본 발명의 모범적인 실시형태에 따르면, 탄소나노뷰트의 밀도는 1 내지 3g/cm3이므로 소정의 공극률을 갖는 결합제를 제공한다.
본 발명의 모범적인 실시형태에 따르면, 복합 조립체는 조립체가 얻어진 후에 다음에 함침 매트릭스가 주입되는 건조부재 및 미리 함침된 부재(프리프레그)를 포함하낟.
건조부재라는 용어는 수지형 매트릭스로 아직 함침되지 않은 강화섬유 또는 직물을 포함하는 어떤 부재나 구조물도 의미하는 것으로 이해될 것이다.
본 발명의 모범적인 실시형태에 따르면, 복합 조립체는 미리 함침된 부재(프리프레그) 및 미리 경화된 부재를 포함한다.
본 발명의 모범적인 실시형태에 따르면, 복합 조립체는 조립체가 얻어진 후에 다음에 함침 매트릭스가 주입되는 건조부재 및 미리 경화된 부재를 포함한다.
본 발명의 모범적인 실시형태에 따르면, 복합 조립체는 미리 경화된 부재를 포함하며, 탄소나노튜브 시트는 각 면이 미리 경화된 부재와 접촉하도록 된 접착층과 결합된다.
본 발명의 모범적인 실시형태에 따르면, 복합 조립체는 미리 함침된 부재(프리프레그)를 포함한다.
본 발명의 모범적인 실시형태에 따르면, 복합 조립체는 조립체가 얻어진 후에 다음에 함침 매트릭스로 함침/주입되는 건조부재를 포함한다.
본 발명의 목적들은 또한 전술한 바와 같은 적어도 하나의 중간 강화복합부품을 포함하는 강화 및 경화된 복합 구조에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 중간 강화복합부품의 한가지 이점은 공지의 조립체에서 열가소성 시트에 의해 발생되는 유해한 장벽 효과가 없다는 것이다. 함침 수지의 특성 및 작용들은 조립체의 구성 부재 사이의 뚜렷한 상의 존재에 의해 변화되지 않는다.
본 발명에 따른 중간 강화복합부품의 다른 이점은 특히 나중에 주입될 건조부재 및 미리 함침된 부재를 포함하는 하이브리드 조립체를 형성할 때 여러 가지 구조를 갖는 매트릭스의 원치 않는 상호 침투 또는 혼합을 피할 수 있다는 것이다.
본 발명에 따른 중간 강화복합부품의 다른 이점은 조립체의 계면에서의 공극률을 조절하기 위해 소정의 공극률을 갖는 탄소나노튜브 시트를 선택할 수 있다는 것이다.
본 발명에 따른 중간 강화복합부품의 다른 이점은 탄소나노튜브 시트가 화학적으로 안정하다는 것이다.
본 발명에 따른 중간 강화복합부품의 다른 이점은 탄소나노튜브 시트가 양호한 접착특성을 갖는 순수한 표면을 포함한다는 것이다. 이들 특성들은 상기 시트의 각 면에 존재하므로, 수지나 접착제와의 결합에 알맞다.
본 발명에 따른 중간 강화복합부품의 다른 이점은 (예를 들어 전기적 본딩 및 전자기적 양립성을 위해) 복합부품의 전기적 특성을 변화시킬 수 있게 된다는 것이다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부 도면을 참조하여 제공하는 이하의 모범적인 실시형태의 설명으로 보다 명백하게 될 것인데, 도면에서,
도 1은 미리 함침된 부재 및 건조부재를 포함하는 본 발명에 따른 중간 강화복합부품의 모범적인 실시형태의 개략단면도.
도 2는 미리 함침된 부재 및 미리 경화된 부재를 포함하는 본 발명에 따른 중간 강화복합부품의 다른 모범적인 실시형태의 개략단면도.
도 3은 건조부재 및 미리 경화된 부재를 포함하는 본 발명에 따른 중간 강화복합부품의 다른 모범적인 실시형태의 개략단면도.
도 4는 두 개의 미리 경화된 부재를 포함하는 본 발명에 따른 중간 강화복합부품의 다른 모범적인 실시형태의 개략단면도.
도 5는 두 개의 미리 함침된 부재를 포함하는 본 발명에 따른 중간 강화복합부품의 다른 모범적인 실시형태의 개략단면도.
도 6은 두 개의 건조부재를 포함하는 본 발명에 따른 중간 강화복합부품의 다른 모범적인 실시형태의 개략단면도.
여러 도면에서 나타나는 구조적 및 기능적으로 동일한 구성요소에는 동일한 숫자 또는 알파벳이 지정된다.
도 1 내지 도 6은 각각 강화섬유나 직물 및 함침 매트릭스를 포함하는 적어도 두 개의 복합부재(1, 2, 4, 5)로 된 조립체로 구성된 본 발명에 따른 중간 강화복합부품의 모범적인 실시 형태를 보여준다. 도시한 조립체들은 또한 상기 부재간의 기계적 결합을 보장하는 결합제(3)를 포함한다.
결합제(3)는 적어도 하나의 탄소나노튜브 시트를 포함한다.
바람직하게는, 탄소나노튜브 시트는 5미크론 내지 50미크론의 두께를 갖는다.
탄소나노튜브 시트를 구성하는 탄소나노튜브의 밀도는 유리하게는 1 내지 3g/cm3으로 구성되며, 따라서 소정의 공극률을 갖는 결합제를 제공한다.
또한 독립지지 나노튜브 페이퍼 또는 벅키(bucky) 페이퍼라고도 부르는 탄소나노튜브 시트는 예를 들어 정제된 탄소나노튜브를 함유하는 용액의 여과에 의해 얻어진다. 이 여과공정 자체는 알려져 있다.
탄소나노튜브 시트라는 용어는 또한 보다 일반적으로 탄소나노튜브로 만들어진 제품의 반완성 시트의 다른 재료 또는 기재를 의미하는 것으로 이해될 것이다.
도 1은 조립체가 얻어진 후 다음에 함침 매트릭스가 주입되는 건조부재(2) 및 사전함침부재(프리프레그)(1)를 포함하는 본 발명에 따른 중간복합부품의 모범적인 실시 형태를 보여준다.
그 자체로서 알려진 함침 작업은 설명하지 않는다. 공지의 공업공정으로 수행되는 경화 작업에도 동일하게 적용된다.
이후에 건조부재(2) 속에 주입될 함침 매트릭스의 구조는 사전함침 부재(1)를 얻는데 사용된 것과 동일하거나 유사하거나 다를 수 있다.
도 2에 도시한 중간 강화복합부품은 건조부재(2)가 미리 경화된 부재(4)와 교체된 점에서 전술한 것과는 다르다. 도 3에 도시한 중간 강화복합부품은 조립체가 얻어진 후에 다음에 함침 매트릭스가 주입되는 건조부재(2) 및 미리 경화된 부재(4)를 포함한다.
도 4에 도시한 중간 강화복합부품은 미리 경화된 부재(4, 5)를 포함한다. 탄소나노튜브 시트(벅키 페이퍼)는 각 면이 미리 경화된 부재(4, 5)와 접촉하게 되는 접착층(6)과 결합된다. 따라서 탄소나노튜브 시트는 접착층(6)의 결합력을 향상시킨다. 따라서, 결합제(3)는 접착층(6)과 결합된 탄소나노튜브 시트로 구성된다. 접착층(6)의 예는 소위 FM73 또는 FM300이다.
도 5에 도시한 중간 강화복합부품은 미리 함침된 부재(프리프레그)(1)를 포함한다.
도 6에 도시한 중간 강화복합부품은 조립체가 얻어진 후에 나중에 함침 매트릭스가 주입되는 건조부재(2)를 포함한다.
도 1, 도 5 및 도 6에 도시한 모범적인 실시형태에서는, 조립체의 사전함침 부재(1) 또는 건조부재(2)에 대하여 서로 다르거나, 유사하거나 동일한 구조를 갖는 매트릭스들이 사용될 수 있다. 수지형 매트릭스의 선택은 특히 조립체에서 원하는 성능 특성과 결합계면의 양측면에서 원하는 특정 물리적 또는 화학적 특성에 따라서 달라진다.
함침 매트릭스는 예를 들어 HexFlow RTM6, Henkel Epsilon Variants, PR500/PR520, Cytec 977이다.
이들 기준에 근거하여 조립체의 동시 경화 또는 각 구성 부재의 개별적인 경화를 진행할 수 있다. 개별적인 경화는 매트릭스 구조가 서로 다른 온도 및/또는 압력 조건을 필요로 할 때 또는 조립체를 다른 부분 또는 구조의 구성 부재로서 사용할 때 고려하여야 한다.
전술한 바와 같은 적어도 하나의 중간 강화복합부품을 포함하는 강화 및 경화된 복합구조는 유리하게는 특히 항공, 자동차 및 풍력 에너지용에 사용될 수 있다.
당연히 본 발명은 그 실시에 있어서 다양한 변형을 받을 수 있다. 여기서 다양한 실시형태 및 실시를 설명하였지만, 모든 가능한 변형들을 철저하게 특정하는 것은 예상할 수 없음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 물론 여기서 설명한 수단 중의 하나를 동등한 수단으로 교체하는 가능성도 본 발명의 범위로부터 이탈함 없이 생각할 수 있다.

Claims (9)

  1. 각각 함침 매트릭스로 함침되어 있는 강화섬유 또는 직물을 포함하는 적어도 두 개의 복합 부재(1, 2, 4, 5)로 된 조립체로 구성된 중간 강화복합부품으로서, 상기 조립체는 상기 복합 부재(1, 2, 4, 5) 사이의 기계적 결합을 보장하는 결합제(3)를 포함하며, 상기 결합제(3)는 적어도 하나의 탄소나노튜브 시트를 포함하는 중간 강화복합부품에 있어서,
    상기 복합 조립체는 미리 경화된 부재(4, 5)를 포함하며, 상기 탄소나노튜브 시트는 각 면이 미리 경화된 부재(4, 5)와 접촉하게 되는 접착층(6)과 결합되고,
    상기 탄소나노튜브 시트는 5미크론 내지 50미크론의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 중간 강화복합부품.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브의 밀도는 1 내지 3g/cm3이며, 따라서 소정의 공극률을 갖는 결합제를 제공하는 것을 특징으로 하는 중간 강화복합부품.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복합 조립체는 미리 함침된 복합 부재(1) 및 미리 경화된 부재(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 중간 강화복합부품.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 적어도 하나의 중간 강화복합부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 강화 및 경화된 복합 구조물.
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