KR101433961B1

KR101433961B1 - 복합재 구조의 저장용기 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101433961B1
Application number: KR1020087022672A
Authority: KR
Inventors: 윌리엄 로저스
Original assignee: 윌리엄 로저스
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2007-02-17
Publication date: 2014-08-26
Also published as: EA200801857A1; ZA200807931B; PL1991413T3; EP1991413A4; CN101460299B; US11059665B2; AU2007215389A1; AU2007215389B2; US20130156981A1; MX2008010543A; EP1991413A1; ES2642198T3; US20170166393A1; HUE034701T2; PT1991413T; JP5579391B2; US20210300675A1; CA2640568A1; EP1991413B1; NZ571295A

Abstract

본 발명은 몰드에서 제조되고, 플라스틱 층의 구조적 복합재를 포함하는 저장 용기에 관한 것으로서, 상기 저장 용기는 내부에 내용물을 담아두기 위한 내부공간을 결정하는 벽을 가지고, 상기 벽은 플라스틱재의 적어도 2층으로 형성되며, 상기 2층중 제1층은 열가소성 재료와, 열경화성 수지 및 섬유층을 포함하는 적어도 제2층을 포함한다.

몰드, 복합재, 플라스틱재 층, 열가소성 층, 열경화성 수지층

Description

복합재 구조의 저장용기 및 그 제조방법{ A STORAGE VESSEL OF COMPOSITECON STRUCTION AND METHODS OF MANUFACTURE THEREOF}

본 발명은 복합 플라스틱재 제품의 제조에 관한 것이고, 특히 복합 구조의 저장용기에 관한 것이다. 더욱, 본 발명은 액체의 저장 및 수송용이고, 적층된 플라스틱 복합재로써 제조되는, 저장용기의 제조방법에 관한 것이다. 또 본 발명은 저장용기를 포함한 제품의 제조에 사용하기 위한 복합재 구조를 형성하기 위하여 플라스틱 재료를 결합하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 유체 및 항공용 탱크(여기에 한정되는 것은 아님)를 포함한 연료탱크의 복합재 구조의 용기에 관한 것이다.

큰 저장용기들이 액체와 같은 제품을 수송하기 위하여 널리 사용되고 있다. 육로 수송의 경우에 있어서, 다양한 디자인의 탱크가, 원동기 또는 트랙트 유닛에 의해 견인되는 자가 동력 및 반 트레일러인 새시형(chassis) 자동차에 맞도록 생산되어 왔다.

수송차량용 저장용기의 알려진 디자인은 전형적으로 자동차 또는 트레일러에 설치되는 단일의 탱크를 포함한다. 대부분의 탱크들은 길이방향의 조립식 보조-새시로 형성되는데, 이 보조새시에 의해 탱크는 자동차나 트레일러의 새시에 고정된다. 이 것은 지상높이의 변화를 수용하기 위하여 새시에 충분한 여유를, 특히 길이방향으로, 주려는 것이다. 탱크가 새시에 고정될 때, 통상 탱크를 새시와 보조 새시를 길이방향으로 다수 곳에 체결되는 보울트 및 너트를 사용하여 새시에 고정한다. 금속과 금속 사이의 접촉에 의한 마찰을 방지하기 위하여 각 새시 부재 사이에 얇은 고무나 펠트가 배치될 수 있다.

고정식으로 설치된 탱크의 존재 때문에, 조립체는 새시 그 자체보다 상당히 더 견고하다. 대부분 알려진 금속제 탱크들은 석유제품을 수송하기 위해 사용될 때, 각각 입구와 출구를 가진 일련의 별개의 격실(compartments)로 분할된다. 이들은 다른 종류의 액체를 수송하는 것을 가능하게 한다. 연료 또는 윤활유의 경우, 다른 등급의 연료 혹은 윤활유들은 하나의 수송차량의 다른 격실에 수용되어 운반된다.

이러한 복수의 격실을 가진 탱크들은 하나 또는 그 이상의 내부 격벽, 뿐만아니라 외벽의 크랙의 문제가 있는 것을 알려져 있다. 이로 인하여 하나의 격식 안의 내용물은 다른 내용물과의 혼합 및/또는 누출에 의해 오염되는 문제가 생긴다. 이는 방지되어야 할 필요가 있고, 각 격실의 조립성 및 각 탱크의 전체 조립성을 보장하기 위하여 규정에 따라 탱크들이 검사되어야 한다.

상기 크랙(cracking)은 자동차를 사용할 때 자동차의 운동때문에 탱크에 반복되는 응력 때문에 발생한다. 자동차의 새시 또는 트레일러의 새시는 탱크보다 강 성이 더 작으므로, 새시의 비틀림을 일으키는 힘이 탱크로 전달된다. 그러나, 금속재 탱크는 이러한 반복 비틀림하중을 지탱할 수 없어 내측 격벽 및/도는 외측 셀(shell)에 크랙을 일으킨다.

수송차량의 강성 탱크의 경우에 발생하는 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 탱크의 보조-새시(sub-chassis)를 차량의 후방에 견고히 설치하고, 탱크의 다른쪽 선단을 차량의 전방에 설치하는 시도가 있었다. 차량 새시 또는 트레일러의 구부림변형은 전형적인 새시의 길이에 대하여 150mm를 초과할 수 있다. 그러한 범위의 움직임은 탱크 설계에 있어서 중요한 고려사항이다.

알려진 탱크 설비(tnaker)의 하나는 바퀴달린 새시와 하나의 뒤쪽에 다른 하나를 순차적으로 배치되는 복수개의 탱크를 포함하는 육상 또는 철로 탱크 설비를 제공한다. 상기 복수개의 탱크는 복수개의 플랙시블(flexible) 설치구를 사용하여 새시위에 각각 개별적으로 설치된다. 플랙시블 설치는, 탱크를 적당히 지지하는 한편 움직임을 허용하도록 쉽게 이루어질 수 있다. 새시가 비틀림과 굽힙력을 받을 때 각 탱크의 허용가능한 움직임 범위를 수용하기에 필요한 정도로 상기 각 탱크는 길이방향으로 간격을 두고 떨어져 있다.

각 탱크에는 적어도 4개의 설치구를 제공하는 것이 바람직하다. 그 설치구의 갯수는 더 무거운 중량체를 수송하기 위하여 증가될 수 있고, 각 설치구는 더 강하게 제작될 수 있다. 굽힙력과 비틀림력을 더 잘 견딜 수 있도록 현재 강으로 만들어지는 탱크는 이제 경량 합금, 예를 들면, 알루미늄합금으로 만들어질 수 있다. 무게를 감소시키면 탱크를 더 크게 만들수 있고, 그에 따라 차량/트레일러의 총중 량을 증가시키지 않고도 수송할 액체의 량을 증가시킬 수 있다. 이러한 것은 운전자에게 경제적인 이익을 가져다 주고 더 많은 하중을 적재할 수 있게 한다.

저장탱크 기술은 계속 진화하고 있고, 이러한 것은 금속제 저장탱크의 기본적 사양에 다양한 설계변화를 일으킨다. 중량체 수송 탱크는 종래에는 강 또는 알루미늄과 같은 금속을 만들어져 왔다. 몇몇 탱크들은 미국특허 제3,687,087호에 개시된 바와 같은 절연 라이너가 적용되었다. 이 미국특허는 철로 수송차량 몸체의 내측 표면에 탄성의 절연구조물을 개시하고 있다. 상기 탄성 절연구조물은 금속제 차량 몸체의 내측 표면에 고정된 외측 표면을 가진 폴리우레탄 발포제의 층과, 상기 폴리우레탄 발포재층의 내측 표면에 고정된 엘라스토머(elastomer)재의 내측 라이너를 포함한다. 상기 폴리우레탄 발포제는 상기 엘라스토머 내측 라이너용 중간 쿠션층을 형성하고, 약 1인치의 두께를 가지며, 약 8인치의 두께로 될 수 있다. 엘라스토머 내측 라이너는 1/2 인치 이하의 두께를 가지고, 발포제보다 작은 단단함을 가진다. 탄성 절연 구조에 작용하는 적재물에 의해 작용되는 힘에 의해 발생되는 에너지는 상기 절연구조물을 통하여 철로 차량 몸체에 전달되는 에너지의 잔류량을 가진 상기 절연 구조물의 변형에 의해 없어진다. 공구 또는 차량 내의 작업자로부터 작용되는 국부적인 높은 응력이 가해지면, 중간 발포층은 영구적으로 변형될 수 있는 반면에, 적재물과 접촉하는 엘라스토머 내측 라이너는 손상없이 유지된다.

종래 알려진 육상 탱크탑재 차량(tanker)은 전형적으로 사각 형상의 베드 프레임(bed frame)상에 탄성적으로 지지되고 상기 베드 프레임의 수평면 내에 부분적 으로 배치되고는 트럭의 주 프레임 위에 배치되는 원통형 탱크를 가지고, 상기 베드 프레임은 상기 트럭의 주 프레임 상에 탄성적으로 지지된다. 상기 원통형 탱크의 외측에 일치하는 1쌍의 사다리 형상의 플레이트가 실린더형 탱크에 고정되고, 하나는 탱크의 각 선단에 인접하며, 브라켓 아래에 고정된 한 쌍의 상부 탱크는 각 사다리형 플레이트에 고정되고, 상기 베드 프레임상에 견고히 고정된 브라켓 아래에 고정된 대응 하부 탱크에 차례로 탄성적으로 보울트로 고정된다. 상기 베드 프레임에 고정된 브라켓들은 주 트럭 프레임 상의 대응 브라켓에 보울트로 체결된다.

이러한 구성의 예들은 미국 특허 제4,283,066호에 개시되어 있다. 더 가벼운 경량 재료와 같은, 금속제 대체 재질로 탱크를 제조하는 몇몇 시도가 있었다. 하나의 예는 미국 특허 제4,292,898호에 개시되어 있다. 이 미국특허는 필라멘트 권취 복합재 철도차량을 개시하고 있는데, 이 철도차량은 길이가 긴, 벽을 가지는 하중 지지 몸체를 가진다. 이 철도 차량의 몸체의 벽은, 유리 강화 필라멘트의 섬유 강화 필라멘트와 특별한 특성을 가진 구조적 유기 폴리머 수지조성물의 조성물로 만들어진다.

경량 트레일러 탱크를 제공하기 위한 다른 시도는 미국 특허 제4,729,570호에 개시되어 있다. 이 특허는 새시없는 유리섬유 탱크 트레일러를 개시하고 있고, 이 트레일러는 약 45도의 각도로 경사 권취된 유리섬유 필라멘트로써 섬유 강화 이소토릭 수지(isotholic resin)으로 형성된 탱크 셀(shell)을 포함한다. 이 탱크 셀은 유체 수송용 용기를 형성하기 위하여 전방 헤드와 후방 헤드를 가진다. 전방 크래들(cradle)은 5번째 휠 부재를 설치하기 위하여 사용되는 설치부로써 탱크 셀에 부착되고, 후방 크래들은 후방 휠 캐리지를 설치하기 위하여 사용되는 설치부를 가지고, 탱크 셀에 부착된다. 복수개의 원주방향 강화 리브(rib)는 각 설치부 사이에, 그리고 상기 탱크 셀 상에 길이방향으로 다른 요구 위치에 위치한다. 상기 리브는 유리섬유 강화 수지로써 몰드 성형된다. 각 리브는 뒤집어짐을 방지하기 위한 확대된 상부를 가진다. 유리섬유 수지를 크래들과 리브에 적용하기에 앞서, 원주방향의 밴드들이 추가적인 강도를 부여하기 위하여 크래들이나 리브 위에 구비된다. 트레일러의 구멍들에는 오버플로우(overflow) 방지를 포함한다. 배플(baffle)은 트레일러안에서 원하지 않는 유체의 움직임을 방지하기 위하여 제공된다.

다양한 차량, 예를 들면 주로 금속재로 만들어지고 차량의 새시위에 안착하거나 휠위에 설치되지만 자력 지지되기에 충분한 구조적 강도를 가지는 저장탱크를 수용하는 철도 차량 및 육상 차량에 적용된다. 게이어 등의 미국 특허 제3,712,250호에 개시된 바와 같이, 탱크가 트럭위에 설치된 크래들 구조물 안의 선단 근처에 지지되는, 철도용 탱크 차량이 제작되어 왔다. 탱크는 앤드선 등의 미국 특허 제3,158,383호에 개시된 바와 같이 유리섬유 강화 플라스틱으로 만들어져 왔다. 이 선행기술의 철도 차량은 중량체 지지 구조물 및/또는 적재된 차량의 총 중량 부분이 차량 중량 자체일 것이 요구되는 중량체 구조 요소를 포함한다. 이들 중량체 구조 요소들은 대개 운송 중 차량에 가해지는 실질적인 길이방향의 힘을 전달하고 지탱하는 길이방향 금속제 구조 요소들을 포함한다. 철도차량의 총 중량이 규정에 의해 제한을 받기 때문에, 조립구조는 유지하면서 차량 지체 중량의 감소가 요구된다. 이것은 적재하중을 더 크게 하고 그 결과 경제적인 운송을 얻을 수 있기 때문 이다.

탱크, 예를 들면 운반가능한 콘크리트 혼합용 드럼과 같은 탱크의 구성에 있어서 비 금속제 재료의 사용이 최선으로 알려져 오고 있지만, 그러한 선행기술은 열가소성 또는 열경화성 수지와 같은 플라스틱으로 만들어지는 저장 탱크를 가지는 육상, 철도, 또는 항공 탱크 수송체를 교시하지는 않는다. 출원인은 벽이 적층된 플라스틱으로 제작되고 주로 금속제 사용에 의해서는 충족되는 조립 표준으로 적재된 하중을 지탱할 수 있는 어떠한 탱크에 관하여는 알고 있지 않다.

플라스틱은 바람직한 재료인 경량체이지만, 강 및 플라스틱 사이에 물성, 특히 하중 반응에 있어서의 광범위한 차이 및 플라스틱 제품이 제조에 있어서 어려움의 차이는 우선적으로 극복되어야 한다. 그렇지만 강에서 플라스틱으로 변경함에 있어서 극복되어야 할 구조적 및 제조상의 어려움들이 있다고는 인식하고 있다. 탱크가 정상적인 동작에서 받는 높은 정적 및 동적 하중을 지탱할 수 있는 탱크의 제조에는 전혀 어려움이 없다.

또한, 석유 제품과 같은 유체의 수송 및 저장의 경우에, 탱크의 내측 표면은 화학적으로 비활성 및 비 반응적이어야 한다. 그리하여 알려진 강제(steel) 저장 및 수송 탱크의 대안을 제조하려는 이전에는 없었던 시도들은 화학적을 비활성이고 비 반응성이며 외부 하중과 내용물에 의한 내측 하중을 견뎌내는 높은 내구성 및 용량을 가지는, 플라스틱 탱크를 필요로 하고 있다. 또 다른 기술적 과제는 적층 구조의 경우에 만족할만한 층간 결합을 얻을 수 있는 플라스틱의 사용이다. 어떤 플라스틱은 자연적으로 결합하지 않는다.

열가소성 재료는 실온에서 고체이지만 제품을 몰드성형하기에 적합한 높은 온도에서는 연화되고 용융되지만 실온에서는 다시 원래의 물성을 회복하는 재료이다. 열경화성 수지는 적당한 경화성 또는 촉매 젤과 혼합되고 적당한 시간 후에는 경화되는 알려진 액체 물질이다. 그 것들은 섬유재로써 강화되는 적층 구조물을 만들때 사용된다.

열경화성 수지는 열경화성 수지보다 더 나은 내화학성을 가지고, 그 결과 이들 양 재료를 가진 이중 구조물은 그들의 내화학성 및 구조적 능력을 결합한다. 이들 두 재료들은 적층된 구조물에는 서로 융화하지 않는다. 특히 열경화성 수지는 열가소성 수지와 결합하지 않는다.

종래기술에서 알려진 바에 의하면, 하나의 표면에 압착된 직물포로써 열가소성 시트를 형성하지만, 플라스틱은 여전히 연질이어서 섬유들이 부분적으로 속에 들어있다. 그리고나서 열경화성 수지와 섬유는 이들 직물포의 섬유들 위에 적층되고, 그리고나서 직물포의 섬유들은 개의 비 결합성 물질 사이에 기계적 결합을 형성한다. 이들 과정의 단점은 강한 임베드먼트(embedment)을 형성하기 어렵다는 것과, 직물포는 열가소성 수지에서 외측으로 뽑혀져 나오는 경향이 있다는 것이다. 상기 시트상 재료는 평형하고, 절단 및 융착에 의한 제조공정에 의해 용기에 형성될 수 있을 뿐이다.

본 발명은 종래 알려진 저장 탱크 구조물의 대안을 제공하고, 특히 복합구조를 가진 종래의 저장 탱크의 대안을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명은 액체 저장 및 수송용(여기에 한정되는 것은 아니다)이고, 적층구조의 플라스틱 복합재로써 제조되는 저장 용기의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 육상, 철도 및 항공분야에 적용되고 열경화성 및 열가소성 수지 2중의 매트릭스로 제조되는 이동용 경량 저장 탱크를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 자연적으로 결합을 이루지 않는 두개의 서로 다른 플라스틱재의 하나를 섬유층에 부분적으로 유동시키고 나머지 섬유들을 다른 플라스틱재로 함침시켜 2개의 서로 다른 플라스틱재를 결합시키는 방법을 제공하는 것에 있다. 바람직하게는 상기 2개의 재료들은 2 재료 사이의 중간물질을 횡단하는 섬유에 의해 기계적으로 서로 결합된다. 본 발명의 다른 목적은 그러한 결합재로물건을 제조하는 것이다.

또 본 발명은 저장 탱크와 같은 제품의 구성을 위한 구조적 매트릭스를 제공하는 것이고, 액상이고 용융점 이상의 온도에서 유동가능한 제1 열가소성 재료, 섬유층 및 상기 열가소성 층의 냉각 후에 섬유층에 도포되는 열가소성 수지의 제2층을 포함한다.

열가소성 재료는 광범위한 pH, 산화성 조건 및 용해성 조건에 대한 우수한 내화학성을 가지고, 손상없는 큰 연신성을 가진다. 열경화성 수지는, 구조적 섬유에 의해 강화될 때, 큰 강도(strength)와 강성(stiffness)을 가진다. 양 재료는 저 밀도를 가지고, 두 재료가 결합했을 때 화학적 환경에 놓인 경량 구조물에서 얻을 수 이점에 최적이다.

특히 본 발명은, 위험물질의 운송용 차량 및 용기, 및 운송차량용 연료 탱크 및 카고 탱크에 유효하게 사용된다. 본 발명의 매트릭스 방법은 다음과 같은 곳에 적용된다.

1. 해상, 육상, 철도, 항공 및 우주 차량 및 비행체용 연료탱크

2. 다양한 수송모드에 의한, 위험한 화학물질, 연료, 우유 및 음료(와인, 맥주, 과일주스)의 운반용 카고 탱크(cargo tanks)

3. 탱크가 바퀴달린 시스템에 설치되는 모든 적용을 위한 카고 탱크

4. 국제 표준 ISO 규정을 따르는 컨테이너 프레임에 설치되는 카고 탱크

가장 광범위한 형태로, 본 발명은 다음을 포함한다:

금형에서 제조된 이동용 저장탱크, 상기 탱크는 탱크의 내용물을 유지하기 위한 내측 공간을 한정하는 벽을 포함하고, 상기 벽은, 적어도 두개의 플라스틱층과, 제1층은 열가소성 재료이고 제2층은 수지를 포함하는 각 층들이 결합된 강화층으로 형성되고, 상기 강화층은 플라스틱 복합재를 형성하기 위하여 상기 층들 사이에 개재된다.

본 발명에 따른 제조방법은 중공형 용기의 구조에 사용되는 복합재의 제조방법에 관한 것으로, 다음의 단계를 포함한다:

a) 적어도 하나의 섬유층을 몰드의 대향하는 표면에 병렬로 위치하도록 위치시키고;

b) 열가소성 재료의 제1층을 구비하는 단계;

c) 열가소성 층을 고체에서 유동가능한 상태로 상태변화시키도록 가열하는 단계;

d) 상기 제1층을 적어도 하나의 섬유층의 두께에 걸쳐 적어도 부분적으로 유동화시키는 단계;

e) 상기 제1층을 냉각시켜 적어도 하나의 섬유층의 적어도 일부 섬유들이 상기 제1층에 내재(embedded)되게 하는 단계;

f) 열경화성 수지를 제1층에 내재되지 않은 섬유층의 섬유에 도포하여 제2층을 형성함으로써 상기 제1층이 제2층과 결합되게 하는 단계.

본 발명의 일실시예에 따른 방법은, 적어도 하나의 추가적인 섬유층과 열경화성 수지를 제2층에 도포하는 단계를 더 포함한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 섬유층은 초기에 소정의 요구되는 형상으로 형성되고, 다음에 열가소성재층은 상기 섬유층에 걸쳐 용융되어 상기 섬유층의 두께에 걸쳐 부분적으로 유동한다. 그리하여 복합재는 냉각되고나서 실온으로 복귀한다. 그리고나서 열경화성 수지는 열가소성 재료과 결합하지 않은 섬유에 도포된다. 그리고 섬유와 열경화성 수지의 층은 요구되는 제품이나 복합재 매트릭스에서 제도될 구조의 구조적 특성에 의존하도록 될 수 있다.

일실시예에 따라, 탱크는 차량에 설치된다. 본 발명의 다른 실시예에 따라 탱크는 비행기 날개에 설치될 수 있다.

본 발명의 방법의 다른 형태로서, 본 발명은 복합재 중공형 용기의 제조방법으로서 다음의 단계를 포함한다:

a) 섬유층을 준비하고, 상기 섬유층을 소정의 내측형태를 가지는 몰드안에 배치하는 단계;

b) 상기 섬유층을 상기 몰드에 합치하는 형태로 성형하는 단계;

c) 열가소성재를 몰드에 넣고 가열하는 단계;

d) 열가소성재를 상기 섬유층을 적어도 부분적으로 투과시키는 단계;

e) 상기 제1층을 고체에서 유동가능한 상태로 상변화하도록 가열하는 단계;

f) 상기 제1층을 적어도 하나의 섬유층의 두께에 걸쳐 적어도 부분적으로 유동하도록 하여 몰드 내에서 성형되는 제품의 벽을 형성시키는 단계;

g) 상기 제1층을 냉각시켜 적어도 하나의 섬유층의 적어도 일부의 섬유가 상기 제1층 안에 내재(embedded)되게 하는 단계;

h) 상기 제품을 몰드에서 분리하는 단계.

본 발명의 일실시예에 따른 방법은, 상기 섬유층을 몰드에 넣기 전에 상기 섬유층에 프라이머(primer)를 도포하는 단계를 더 포함한다. 상기 프라이머는 상기 몰드의 회전 중에 열가소성재의 상기 섬유에의 침투성을 증가시킨다. 상기 프라이머는 섬유층 위에 도포되는 페이스트로서 분사되고, 바람직하게는 스티렌에 용해되는 폴리스티렌(polystyrene)을 포함한다. 상기 프라이머는 유동가능한 열 용융된 열가소성재의 결합을 위하여 프라이머가 섬유층의 섬유를 고정하도록 하는 열가소성재 분말의 현탁액과 예비 혼합될 수 있다.

상기 방법은 적어도 하나의 추가적인 섬유층과 열경화성 수지를 제2 층에 도포하는 단계를 더 포함한다. 상기 섬유층은 초기에는 상기 열가소성 층을 가열하기 전에 소정의 요구되는 형태로 성형될 수 있고 상기 열가소성 층은 섬유층 주위에 용융되어 섬유층의 두께에 걸쳐 적어도 부분적으로 유동하게 한다.

바람직한 실시예에 따른 본 발명은 다음의 단계를 더 포함한다:

i) 제2층을 형성하기 위하여 제1층안에 내재되지 않은 섬유층의 섬유에 열경화성 수질르 도포하여 제1층이 제2층과 결합하도록 하는 단계.

상기 방법은 상기 섬유층을 몰드에 넣기 전에 몰드에 이형제를 도포하는 예비 단계를 더 포함한다.

바람직하게는, 제품이 몰드에서 분리될 때, 상기 제품은 매끄러운 내측 표면을 가진다.

본 발명에 다른 실시예에 따르면, 완성된 제품에 작용하는 구조적 하중을 지탱하기에 충분한 강도를 가지는 섬유재는 특별한 형태로 성형되고, 상기 열가소성재가 섬유재에 걸쳐 유동하도록 하고 제품의 매끄러운 내측 및 외측 표면을 형성하도록 하는 시간-온도 사이클을 겪는다. 만약 충분한 열가소성재가 공급되면, 섬유를 전혀 포함하지 않은 제품의 내측 표면이 있게 된다. 이러한 방법으로 제품은 제품의 내용물에 의한 환경적 공격으로부터 구조적 섬유들을 보호하는 열가소성재 내부로써 형성된다.

도 1은 매끄러운 내측 및 외측 층을 제공하는 열가소성재층에 섬유층의 제1 침투도로써 열가소성재층을 제조하기 위한 몰드성형 영역의 개략도이다.

도 2는 열가소성재층 내부에 제2침투도의 섬유층을 가진 열가소성재층을 제조하기 위한 몰드성형 영역의 개략도이다.

도 3은 균일한 장력을 가진 폐쇄형 멤브레인을 형성하기 위하여 거울상으로 결합될 수 있는 등-텐션 곡선(iso-tensoid curve)의 일예이다.

도 4는 본 발명의 방법에 따라 제조된 탱크의 횡단면도이다.

도 5는 본 발명의 방법에 따라 제조된 탱크의 선단의 도면으로서 벽 구조를 나타내기 위하여 부분 생략한 도면이다.

도 6은 본 발명의 방법에 따라 제조된 트레일러의 측면도로서, 외측 표면과 내측 격실이 드러나게 도시한 도면이다.

도 7은 본 발명의 방법에 따라 제조된 트레일러의 측면도로서, 외측 표면과 내측 격실이 부분적을 드러나게 도시한 부분 절개도이다.

도 8은 몰드 조립체와 몰드에서 제조된 비행기날개 형상의 횡단면도이다.

도 9는 몰드에서 분리된 비행기 날개 형상의 용기의 도면이다.

도 10은 비행기 날개 형상의 용기의 횡측단면도이다.

도 11은 본 발명에 따라 만들어진 용기를 결합한 비행기 날개의 사시도이다.

본 발명은 바람직한 실시예와 첨부되는 도면을 참조하여 상세히 설명된다.

넓은 개념으로, 본 발명은 자연적으로 결합을 이루지 않는 두개의 서로 다른 플라스틱재의 하나를 섬유층에 부분적으로 유동시키고 나머지 섬유들을 다른 플라스틱재로 함침시켜 2개의 서로 다른 플라스틱재를 결합시키는 방법을 제공한다. 상기 재료들은 두 재료 사이의 중간물질을 횡단하는 섬유들에 의해 기계적으로 서로 결합된다. 많은 구조적 제품 및 비구조적 제품은 복합재로 형성된 제품으로 구성될 수 있다.

본 발명은 주로 이동가능한 탱커(tanker) 용기에 적용되는 예와 항공기 날개 연료탱크에 적용되는 예를 참고하여 설명된다. 그러나 본 발명은 다른 적용 예들을 가질 수도 있다.

본 발명은 특히 제1 재료가 용융점 이상의 온도에서 섬유층 안으로 유동하고 제2 재료가 열가소성재가 냉각된 후에 채워지지 않은 섬유재에 적용되는 경화성 수지인 경우에 적용된다.

본 발명은 섬유재의 층이 내재(embedded)되는 제1 열가소성재층을 포함하는 적층된 복합재를 제공하는 기술에 기초한다. 상기 열가소성 프라스틱층은 용융되어 상기 섬유층을 적어도 부분적으로 둘러쌓는다. 상기 복합재는 상기 섬유층 위에 배치되는 제2 열경화성 수지층을 포함한다.

본 발명에 구현된 방법은 보통 분할형 몰드안에서 중공형 플라스틱 제품을 제조하기 위하여 적용되는, 회전 몰드성형을 적용한다. 전형적으로 열가소성재 분말은 오븐에서 가열된 몰드안에 투입되고, 상기 몰드는 개의 축을 중심으로 동시에 회전된다. 상기 분말은 용융되고 몰드의 내부를 균일하게 코팅한다. 상기 몰드가 회전하면서 유동가능한 열가소성재는 상기 몰드의 내부 형상과 합치한다. 냉각후에 몰드 성형된 제품은 분할된 몰드에서 분리된다.

도 1을 참조하면, 열가소성재층 내에 섬유층을 제1 침투도로써 침투시켜 열가소성재층을 제조하기 위한 몰드성형 영역의 개략도가 도시되어 있다.

몰드(1)는 내측 표면(2)과 외측 표면(3)을 가진다. 사용할 때, 섬유층(4)은 이형제의 도포에 후속하여 내측 표면(2)에 쌓인다. 내측 표면이 섬유층(4)으로 덮여질 때, 열가소성재 분말(층(5)로 표시된다)은 몰드안에 도입된다. 소정의 온도-시간 관계식에 따라 열가소성재(5)은 섬유층(4)에 유동하고 적어도 부분적으로 섬유층의 간극안으로 침투한다. 상기 열가소성재층이 섬유층 안으로 침투하는 것은 대개 부분적이지만 완전히 섬유층을 덮을 수 도 있다. 전형적으로 성형된 제품이 몰드에서 분리되었을 때, 내측 표면(6)은 매끄러운 용융된 열가소성재 표면이고 외부는 상기 열가소성재 안으로 부분적으로 스며든 섬유층(4)이다. 성형 도중에는 가스 압력이 복합재가 몰드의 벽에 눌러지도록 사용된다.

도 2는 대응하는 번호와 함께, 열가소성재층 내부에 제2침투도의 섬유층을 가진 열가소성재층을 제조하기 위한 몰드성형 영역의 개략도를 보여준다. 도1의 장치와 도 2의 장치 사이의 주요 차이점은 섬유층(4)안으로 열가소성재층이 침투한 범위가 더 적은 것이다.

제품이 몰드에서 분리될 때, 섬유층의 외측 부분은, 2층간 개재물을 연결하는 섬유들에 의해 내측 열가소성재를 강화하고 내측 열가소성재층에 결합되는 액상 수지로써 함침된다.

더욱이 섬유와 수지의 층들은 내용물과 사용에 의해 가해지는 구조적 하중을 지지하기 위하여 외층 위에 적층될 수 있다. 유리섬유와 탄소 섬유는 섬유층(4)을 형성하고 열가소성재과 열경화성 수지층을 강화하는 데 바람직한 재료이다. 섬유층의 바람직한 형태는 경사와 위사의 가닥들이 교대로 천의 두께를 가로질러 형성된 직물 천이다. 섬유층의 다른 형태는 섬유층의 두께를 가로지르는 섬유들의 실질적인 부분이 있는 매트(mat)나 펠트(felt)이다. 섬유층(4)은 몰드의 개방부안으로 들어가서 몰드는 그 안에 위치한 열가소성재 분말의 하중으로 닫힌다. 회전 몰드성형은 가열 및 냉각의 열적 사이클 도중에 2개의 축을 중심으로 몰드를 회전시킴으로써 완료된다. 다른 방법으로서 섬유층은 결합재로써 형태를 유지한 섬유의 프리폼(preform)으로 만들어질 수 있다. 그리고나서 상기 프리폼은 몰드안에 삽입된다. 섬유층은 섬유들을 결합재 용액으로 함침시키고 몰드를 닫기전에 용매를 증발시킴으로써 몰드내에서 그 상태로 성형될 수 있다. 상기 결합재는 단량체 스티렌과 메틸 메타크리레이트 안에서 용매로 용해된 폴리스티렌 혹은 폴리메틸메타크리레이트일 수 있다. 그 것들은 용융되고 열가소성재 입자로써 공중합체를 형성하고 또한 열경화성 수지의 스티렌 단량체 안에서 용해가능하여 이중 구조에 완전한 적합성을 보장하는 열가소성 재료이다. 결합재와 용매의 다른 조합도 사용가능하다. 상기 단계는 만족할 만한 결합을 보장하기에 충분히 침투하지 않는 고 점성 재료의 문제를 겨냥한 것이다. 불만족스러운 결합은 층들의 탈리를 낳고 그 결과 본 발명에 따라 구성된 제품의 불량을 낳는다. 몰드의 회전중에 결합재는 섬유층의 섬유를 침투하여 용융되는 열가소성 재료와 섬유층의 섬유들의 결합을 강화한다. 상기 섬유들은 결합재가 증발하면 그 위치에서 고정되고 이것은 층간 결합력을 한층 강화한다.

몰드 안으로 개스를 유입시켜 섬유층을 가로지르는 압력강하가 섬유층을 몰드에 가압하게 함으로써 섬유층은 몰드의 내측에 맞닿은 위치에 고정된다. 회전 몰딩 과정중에서 분말화된 열가소성재는 섬유재가 위치한 후에 몰드로 투입된다. 몰드가 2축을 중심으로 동시에 회전함에 따라, 분말의 열가소성재는 균일하게 분배되고, 외측에서 몰드가 가열됨에 따라 용융되기 시작한다.

온도, 시간 및 열가소성 분말 체적 조건은 조절될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 섬유층이 외측에 인접한 매끄러운 열경가소성 내측과 외측을 가지도록, 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 매끄러운 열가소성 내측과 열경화성 층에 결합하기 위하여 마련된 섬유재의 외층을 가진 제품이 이 몰드 성형과정에서 제조될 수 있다. 열가소성재의 분말이 용융하여 섬유층안으로 유동함에 따라, 몰드 내부에 공급된 가스에 대한 유동저항은 모든 구멍이 밀폐되고 가스압력이 매끄러운 용융 내측 열가소성재의 표면에 작용할 때까지 증가한다.

적합한 열가소성재는: 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), 에틸렌 클로로 트리플로로 에틸렌(ECTFE)이지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 적합한 열경화성 수지는 폴리에스테르, 비닐에스테르, 에폭시 및 폴리우레탄이지만 여기에 한정되는 것은 아니다.

상기 몰드 구조에서 제조된 상기 구조의 바람직한 적용들은 각각의 특별한 물성들이 유리하게 적용되는 곳이다. 상기 열가소성재는 광범위한 pH, 산화성 조건 및 용해성 조건에 대한 우수한 내화학성을 가지고, 손상없는 큰 연신성을 가진다. 열경화성 수지는, 구조적 섬유에 의해 강화될 때, 큰 강도(strength)와 강 성(stiffness)을 가진다. 양 재료는 저 밀도를 가지고, 두 재료가 결합했을 때 화학적 환경에 놓인 경량 구조물에서 얻을 수 이점에 가장 적합하다.

성형된 복합재의 실제 적용 예들

본 발명의 방법 및 장치의 적용예들은 차량용 저장탱크, 위험물질의 운송용 용기, 및 운송차량용 연료 탱크 및 카고 탱크를 포함한다. 다른 예들은, 해상, 육상, 철도, 항공 및 우주 차량 및 비행체용 연료탱크; 다양한 수송모드에 의한, 위험한 화학물질, 연료, 우유 및 음료(와인, 맥주, 과일주스)의 운반용 카고 탱크(cargo tanks); 바퀴달린 시스템에 탱크가 설치되는 모든 적용예를 위한 카고 탱크; 국제 표준 ISO 규정을 따르는 컨테이너 프레임에 설치되는 카고 탱크를 포함한다.

이행 제품( IMPLEMETATION )

1. 등-텐션 수력학적 탱크(ISO-TENSOID HYDROSTATIC TANKS)

2. 등-텐션 수력학적 플러스 압력 탱크(ISO-TENSOID HYDROSTATIC PLUS PRESSURE TANKS)

3. 굽힙력을 받는 수송탱크

1. 등- 텐션 수력학적 탱크( ISO - TENSOID TANKS )

멤브레인을 형성하는 플렉시블 인장 탱크에 저장되는 액체 도는 가스는 멤브레인(membrane)이 어떠한 굽힘 응력을 받지 않고 균일한 인장력(tension)을 받는 형태를 가정한다. 이들 형태의 예들은 나뭇잎에서 떨어지는 물방울, 나뭇잎의 물방울, 평면ㅅ항의 수은과 같이 표면 장력을 가진 액체이다. 플렉시블 캔버스 물 가방(water bag)은 그 자체로서 벽에 균일한 인장력이 작용하는 사각 탱크를 형성한다. 이러한 등-텐션 형태는 벽에 작용하는 굽힘응력없이 내용물때문에 하중을 지탱하고, 그 결과 하중을 지지하는 데 필요한 최소한 복합재 벽 두께를 이루어낸다.

수력학적 하중을 위한 수평 사각 탱크로서의 등-텐션 형태는 다음의 계산식에 의해 결정된다.

수압에 기인하는 멤브레인 텐션 "Th"

Th=(ρ*g*D²)/4

ρ: 액체의 밀도

g: 중력가속도

D: 멤브레인내의 액체의 총 깊이

일정한 가중 압력에 기인하는 멤브레인의 텐션; "Tc"

Tc= P* D/2

P: 가중 압력

총 텐션은 상기 두 값의 합이다:

Tt = Th + Tc = (ρ*g*D²)/4 + P* D/2

변하는 깊이 d에서 깊이 증가에 대하여 멤브레인에 작용하는 수평 힘을 계산식으로 나타내면,

(Th+Tc)*((cos(A2)-cos(Al))= P*δd+p*g*d*δd 그리고

cosA2=CosAl+P*δd+p*g*d*δd /(P*D/2+(p*g*D²)/4)

계산식은 바닥에서 A1=0에서 시작하고, "d"는 멤브레인의 상단에서 측정되고, 각 증분으로 δdfmf 더하며, δd는 음수이다.

δx = δd/tan(A2)

δx 는 멤브레인의 좌표의 수평 증분이다.

δy 는 멤브레인의 좌표의 수직 증분이다.

곡선의 상하 끝부분을 거울상 곡선의 대응하는 점들에 수평선으로 연결함으로써 등-텐션 탱크의 단면적인 밀폐형 곡선이 형성된다.

2. 등- 텐션 수력학적 플러스 압력 탱크( ISO - TENSOID HYDROSTATIC PLUS PRESSURE TANKS )

이 결합된 형태의 적용은 수력하중과 추가적으로 적용되는 압력을 가진 폐쇄형 탱크이다. 예들은

i) 수평 고정 탱크

ii) 수송 차량, 육상, 철도,항공 및 해양의 운송체에 탑재되는 수평 연료탱크

iii) 육상, 철도,항공 및 해양 운송체 안에 또는 상에 설치되는 수평 카고 탱크

iv) 전방 선단에 선회가능하게 설치되고 후방선단에서 휠, 액슬 및 현가장치에 육상 탱커 트레일러로서 설치되는 수평 카고 탱크.

3. 굽힙력을 받는 수송/ 카고 탱크

상기 탱크의 구조를 위한 방법은 다음 단계를 포함한다;

1. 중심선을 따라 결합되는 2개의 몰드안에 하나의 외측 셀이 형성된다. 상기 몰드는 몰드에서 제조되는 제품에 따라 형성된다.

2. 상기 몰드는 상부 코우밍(coaming)과 하부 레일을 형성하기 위하여 수직 리세스(recess)를 포함한다.

3. 몰드는 이형제로 도포되고 그 다음에 겔 타입의 안료 수지가 코팅된다.

4. 이러한 것은 수송 동작에서 발생하는 전단력을 지탱할 구조적 섬유층들에 의해 추종된다.

5. 수지로 함침된 연속적인 구조 섬유들은 상기 리세스에 투입되어 육상 이동중에 발생하는 모든 하중을 지탱하는 사각 구조 프레임을 형성한다.

6. 탱커의 선단 캡을 형성하기 위하여 이루어진 2개의 몰드는 2개의 길이방향 몰딩사이에 구조적 연결을 이룬다.

7. 열가소성 내측 및 인장하중을 지지하기 위한 두께로 된 섬유강화 플라스틱 이부 영역을 가진, 이중 고조의 격실은 2개의 적층된 몰드 사이의 공간안에 완성 탱크의 길이방향으로 조립된다.

8. 내부 격실은 균일한 간극을 유지하기 위한 간극재로써 외측 몰딩 사이에 배치된다.

9. 그리고 나서 이 간극은 공간안으로 주입되는 구조적 발포제로써 충전된다.

도 4를 참조하면, 휠 베이스(24)위에 개략적으로 설치된 탱크(20)의 횡단면도가 나타나 있다. 탱크(20)는 외측 스킨(22), 등-텐션 형상으로 된 빈 공간(29)을 결정하는 내측 표면(23)을 가진 복합재 벽(21)을 포함한다. 바람직하게 벽(21)은 인장 하중 및 압축 하중을 지탱하는 4개의 바아로 배치된 조립식 탄소섬유 코우밍(25,26),(27,28)을 포함한다. 상기 코우밍은 탱크가 제작되는 몰드안의 적당한 캐비티를 도입함으로써 형성된다. 상기 코우밍들은 최대 거리로 떨어져 고정되어 상기 바아들이 하중을 지탱하는 데 필요한 면적이 최소로 된다. 그리고 관성 모멘트가 매우 크기 때문에, 이러한 것은 강하고 강성의 구조물을 낳고, 벽과 몸체 전체의 변형이 최소로 된다. 이러한 고효율의 구조물은 최소 질량과 비용을 일으키는 재료를 최소로 사용되게 한다.

하부 코우밍들(27,28)들은 일체로 형성되어 주행 기어, 착륙 다리, 스페어 휠 및 킹핀 플레이트를 위한 설치를 제공한다. 상기 도 4의 탱크(20)는 위험 물질의 수용 및 수송차량의 연료탱크 및 카고 탱크로서 적용될 수 있다.

나타난 바와 같이, 특정 적용은 해상, 육상, 철도의 차량, 항공 및 우주 비행체용 연료탱크; 다양한 수송모드에 의한, 위험한 화학물질, 연료, 우유 및 음료(와인, 맥주, 과일주스)의 운반용 카고 탱크(cargo tanks); 바퀴달린 시스템에 탱크가 설치되는 모든 적용예를 위한 카고 탱크; 국제 표준 ISO 규정을 따르는 컨테이너 프레임에 설치되는 카고 탱크를 포함한다.

탱크(20)에 적용되는 등-텐션 형은 적용되는 하중을 지탱하는 데 요구되는 최소한 두께를 가지도록 설계된 벽에 내용물 하중 저항 적용된 굽힘응력을 견딘다. 상기 수력 하중 및 가중된 균일한 압력을 위하여 수평 사각 탱크로서의 등-텐션 형상은 앞에서 언급한 수학적 계산식에 의해 결정된다.

도 5는 본 발명의 방법에 따라 제조된 탱크(20)의 선단의 도면으로서 벽 구조(22) 및 선단 부재(30)를 나타내기 위하여 부분 생략한 도면이다.

도 6은 본 발명의 방법에 따라 제조된 트레일러의 측면도로서, 후방의 탱 크(20)와 추가적인 길이방향으로 배치된 내측 격실(31,32,33)을 보여지게 도시한ㄷ도면이다.

격실(31,32,33)들은 열가소성재 격실 내부를 가지고, 연료, 음식물 및 화학제품과 같은 제품을 수송하기에 적합하다. 매끄러운 외부 겔 코팅 표면을 가진, 몰드 성형된 구조적 셀은 보기 좋은 외관을 가지도록 청소하기 쉽다.

구조적 발포 절연재는 격실(31,32,33)에 인접한 공간(34,35,36) 안에 위치하여 격실이 침투 손상, 펀칭 전단 및 다른 원하지 않는 충격하중에 대한 보호체를 제공한다. 발포 절연재는 상하기 쉬운 음식물의 수송을 가능하게 한다.

도 7은 본 발명의 방법에 따라 제조된 외측 스킨(41)을 가진 트레일러(40)의 측면도를 보여주고, 내측 격실(42,43)이 부분적을 드러나게 도시한 부분 절개도이다. 인접한 격실(42, 43)들 사이의 공간(44)에 발포제가 충전된다.

외측 셀 층안의 연속적인 구조섬유는 전복(roll-over)을 방지한다. 50% 이상의 열가소성재의 연실율은 사고시 파괴되는 것을 방지한다. 균일한 텐션의 조건에 의해 생겨나는 내측 격실의 형태는 원형 혹은 타원형 보다 더 낮은 중력 중심을 가지고, 구조적 셀 설계는 탱크 셀이 현가장치쪽을 향하여 가능한 낮게 고정되게 한다.

이러한 저 중력중심은 차량의 안정성을 개선하고, 전복사고의 위험을 감소시킨다. 등-텐션 격실 형태와 구조적 섬유의 사용에 있어서 설계 효율성의 결과는, 육상 탱커(tanker)의 질량이 필적할만한 금속 및 복합재 육상 탱커의 질량보다 더 작은 것이다.

열가소성 시트를 육상 탱커에 사용되기에 적합한 섬유재 뼈대와 조합시킨 탱크의 회전 몰드성형 과정은 몰딩이 완료된 후 분리될 수 있는 2 조각의 몰드를 사용한다. 제품은 몰드의 내측 표면과 접촉하는 섬유층과 함께 중경형 몰드안에 열가소성 입자를 넣고 회전몰드 성형함으로써 만들어진다. 사이 몰드는 실린더형이고, 돔형상(domed)을 가진 비 원형 단면을 가진다. 실린더형 부분은 롤링(rolling)에 의해 형성될 수 있다. 비 원형(non circular), 즉 돔형상의 절반 선단들은 "CAD CAM" 과정에 의해 생기는 전구체 위에 만들어져서, 수 형상(male profile)을 생성한다. 이 전구체상에 적합한 게이지와 구멍을 가진 직조 와이어의 CAD 적용 형상은 플랜지와 강화 리브로써 안정화된다. 상기 플랜지 선단은 바람직하게는 실린더형 부재위에 보울트로 체결되어 몰드의 한쪽 절반부를 형성한다. 이러한 절반부의 몰드는 챔버안에 추출 팬과 함께 위치하고, 상기 배기 팬은 공기를 와이어 매쉬(mesh)를 통하여 배출시킨다. 섬유층, 바람직하게는 직조된 천의 형태로 된 섬유층은 상기 몰드 절반부안에 포개어지고, 팬의 공기 흐름에 의해 야기되는 압력강하에 의해 위치 고정된다. 섬유층이 놓여질 때, 용매에 들어있는 열가소성 결합재가 상기 섬유층에 도포되고 상기 결합재층은 용매가 증발되면 상기 섬유들을 위치에 고정하게 된다. 제2 절반부 몰드는 동일한 방법으로 처리되고, 상기 2개의 절반부 몰드는 회전 몰드성형공정을 위하여 서로 보울트로 체결된다. 회전 몰드 성형공정에서 공기 공급이 섬유층과 메쉬를 통과하도록 이루어져, 섬유층을 몰드와 근접 접촉시킨다. 몰드 내에 온도가 상승함에 따라, 분말과 결합재는 용융되어 섬유층안으로 유동하고 이 섬유층을 부분적으로 침투하여 몰드의 내부상의 매끄러운 혼합 표 면을 형성한다. 상기 몰드와 그 내용물이 냉각되고 몰드는 분할 되어 제품이 분리된다.

본 발명의 복합재는 항공기 예를들면 날개 연료탱크에 적용될 수 있다. 플라스틱 적층 복합재는 일체형 연료 연료탱크로 완성된 항공기 날개의 다중 격실 구조 부재와 같은 등-텐션 탱크로서 사용될 수 있다. 이러한 형태는 상기 등-텐션 형태에 근접될 수 있다. 날개 구조(61)의 이끄는 부분 및 이끌리는 부분의 가장자리에서 이러한 형태의 편차는 플랩(도 10에 도시된 바와 같이)과 같은 부분(62)에서 고 상승 기구를 수용하도록 설치될 수 있다.

전형적인 항공기 날개부는 곡형의 상부표면과 실직적으로 더 작은 곡률을 가진 하부 표면을 포함한 날개이다. 도 8은 몰드(50) 조립체와 몰드에서 제조된 비행기날개 형상의 횡단면도이다. 몰드(50)는 날개 형상의 구멍(53)을 결정하는 두개의 부분(51,52)를 포함한다. 도 9는 몰드(50)에서 분리된 비행기 날개 형상의 용기(54)를 나타낸다. 용기(54)는 일체로 된 외측 구조 표면(55)과 내측 셀(56)을 포함한다. 도 10은 날개 구조안에 결합된 날개 형상의 용기(60)의 횡측단면도이다. 용기(60)는 탱크가 날개에 일체로 부착될 때 하중을 받는 위치에 금속재 배플 인서트로써 강화될 수 있다.

도 11은 본 발명에 따라 만들어진 용기를 결합한 비행기 날개(70)의 사시도이다. 날개(70)는 이끄는 가장자리 용기(71,72,73)와, 이끌리는 가장자리 격실(74,75,76)로 이루어진다. 날개(70)는 또 웹(77,78)을 더 포함한다. 굽힘력과 비틀림을 받는 날개의 부재로 사용되는 이러한 형태를 위하여, 두개의 표면들은 서로 연결되어 하중 적재에 의해 생기는 전단 응력 및 박리 응력(peel stress)을 지탱한다. 이들 웹은 날개를 따라 일정한 간격을 둔 가로방향 웹과 함께 길이방향으로 형성된다. 이러한 방식을 구조 부재는 도 11에 도시된 바와 같이, 등-텐션 단면을 가진 각 이중 구조 격실의 조립에 의해 만들어질 수 있고, 직선형 벽은 날개 형상과 일치한다.

이들 이중 고조 격실들은 열가소성 내부와 함게 구조적 부재와 연료탱크의 기능을 하고, 열가소성 내부는 연료탱크에서 화학제품에 대하여 완전히 내화학성을 가진다. 이러한 내부 부재는 결합부나 용접부를 전혀 가지지 않는 완전한 표면으로 성형된다.

어떠한 유지보수도 요구되지 않는다. 상기 격실의 외부 층은 섬유강화 플라스틱으로 구성되어 텐션을 받는 연료하중을 지탱한다.

연료탱크로 기능하는 격실을 위하여 각각은 조립식으로 형성된 연결체로써 결합되어 충전 및 엔진으로의 공급의 기능이 탱크 내의 압력을 조정하게 한다. 이들 연결체는 구조적 부재의 구성을 위하여 이들 격실의 조립체에서 사용될 수 있다. 격실내의 연료 때문에 발생하는 하중은 곡형으로 된 등-텐션 표면의 텐션에 의해 지탱되고, 연료 수위가 상기 격실 사이의 연결체를 통과하는 유동에 의해 평형이 됨에 따라 상기 하중은 수직 웹 벽을 가로질러 균형을 이루게 된다. 상기 짧은 수직 웹 벽은 불균형의 연료 하중을 지탱하도록 설계된다. 격실을 상기 연결체안으로 밀봉되어 연료 공급 및 벤팅 시스템을 형성하는 중공형 고정부재로써 위치안에 끌어들임으로써 상기 격실은 날개 구조부재의 코어가 되도록 조립된다.

도 11에 도시된 바와 같은 외측 몰드는 상기 날개의 외측 형태 및 표면을 형성하도록 제공된다. 강화된 플라스틱에 알려진 기술을 사용하여 구조 수지 및 구조 섬유들은 몰드안에 위치하고, 그리고나서 몰드는 격식 조립체 둘레로 닫혀진다. 상호 연결된 격실의 내부 공간은 격실 벽을 몰드 내의 수지와 섬유들에 가압하기 위하여 팽창된다. 이러한 팽창 압력은 수지가 결정화 또는 가열 또는 이들 2가지의 조합에 의해 경화될 때 까지 유지된다. 금속재 인서트들은 집중된 하중의 부착점으로서 격실 벽들 사이에 위치할 수 있다.

여기서 발명에 대하여 만들어지는 수많은 변형과 수정들은 본 발명의 전체적인 개념과 범위에서 벗어나지 않고 만들어 질 수 있음은 이 기술분야에서 숙련된 자에게 인식될 것이다.

Claims

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회전몰드에서 제조되고 플라스틱 층들의 구조적 복합재를 포함하는 저장용기로서, 상기 저장용기는 내부에 내용물을 담아두기 위한 내부공간을 결정하는 벽을 가지고, 상기 벽은 플라스틱재의 2층으로 형성되며, 상기 2층중 제1층은 열가소성 재료를 포함하고, 제2층은 열경화성 수지 및 상기 열가소성 재료 내부에 적어도 부분적으로 내재되어 상기 복합재를 강화하는 섬유층을 포함하고,

a) 적어도 하나의 섬유층을 몰드의 대향하는 표면에 병렬로 위치하고 열가소성 재료의 표면을 대향하게 위치시키는 단계;

b) 열가소성 재료를 구비하는 단계;

c) 열가소성 재료를 고체에서 유동가능한 상태로 상태변화시키도록 가열하는 단계;

d) 제1층을 적어도 하나의 섬유층의 두께에 걸쳐 적어도 부분적으로 유동화시키는 단계;

e) 상기 제1층을 냉각시켜 적어도 하나의 섬유층의 적어도 일부 섬유들이 상기 제1층에 내재(embedded)되게 하는 단계; 및

f) 열경화성 수지를 제1층에 내재되지 않은 섬유층의 섬유에 도포하여 제2층을 형성함으로써 상기 제1층이 제2층과 결합되게 하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 저장용기.
제73항에 있어서, 상기 열가소성 층의 재료는, 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), 에틸렌 클로로 트리플로로 에틸렌(ECTFE)에서 선택되는 것을 특징으로 하는 몰드에서 제조되는 저장 용기.
제74항에 있어서, 상기 열경화성 수지는, 폴리에스테르, 비닐에스테르, 에폭시 및 폴리우레탄을 포함하는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 몰드에서 제조되는 저장 용기.
제75항에 있어서, 상기 섬유층의 재료는 직물 천, 매트 또는 펠트를 포함하는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 몰드에서 제조되는 저장 용기.
제75항에 있어서, 상기 섬유층은 교대로 반복하고 천의 두께를 가로지는 경사 및 위사의 가닥들을 가진 직물 천을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드에서 제조되는 저장 용기.
제77항에 있어서, 상기 열가소성 층의 재료는 가열되기 전에 분말형태로 몰드 안에 투입되는 것을 특징으로 하는 몰드에서 제조되는 저장 용기.
제78항에 있어서, 상기 저장 용기는 중공형 액체 저장 탱크인 것을 특징으로 하는 몰드에서 제조되는 저장 용기.
제73항에 있어서, 상기 저장 용기는 육상 탱커상에 설치될 수 있는 것을 특징으로 하는 몰드에서 제조되는 저장 용기.
제73항에 있어서, 상기 저장 용기는 항공기용 연료 탱크인 것을 특징으로 하는 몰드에서 제조되는 저장 용기.
제73항에 있어서, 상기 저장 용기는 철도 차량용 중공형 저장용기인 것을 특징으로 하는 몰드에서 제조되는 저장 용기.
회전몰드에서 제조되는 저장 용기의 성형에 사용되며 플라스틱재의 적어도 2층을 포함하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법이고,

a) 몰드 표면에 접하는 섬유층을 형성하는 단계;

b) 열가소성재를 회전몰드 내에 투입하여 상기 열가소성재가 상기 섬유층과 합체되도록 가열하여 상기 섬유층이 상기 열가소성재 안에 적어도 부분적으로 내재되게 성형하는 단계;

c) 열경화성 수지를 상기 열가소성재에 결합시켜 열경화성 수지가 열가소성수지층에 결합함으로써 상기 섬유층이 상기 열가소성 재 및 열경화성 수지 내에 적어도 부분적으로 내재된 구조적 요소를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법.
제83항에 있어서, 상기 구조적 요소는 몰드의 내측 형상에 일치하는 외측 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법.
제84항에 있어서, 상기 구조적 요소는 중공형 저장용기인 것을 특징으로 하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법.
제85항에 있어서, 상기 저장 용기는 비행기 연료탱크인 것을 특징으로 하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법.
제86항에 있어서, 상기 연료탱크는 비행기 날개 탱크인 것을 특징으로 하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법.
제87항에 있어서, 상기 연료탱크의 벽은 매끄러운 열가소성 내부와, 열가소성 층 및 열경화성 수지층을 상호 침투하는 섬유층의 섬유에 의해 열가소성수지와 결합되는 강화 플라스틱 외층을 가지는 것을 특징으로 하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법.
제88항에 있어서, 상기 연료탱크는 날개의 외측 단면의 형상과 합치하는 등-텐션 형상의 격실들을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법.
제89항에 있어서, 상기 탱크는 구조적 웹(web)을 상기 날개에 제공하는 내측 벽에 의해 형성되는 격실들을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법.
제90항에 있어서, 상기 각 격실은 연료 충전 연결체와 증기를 배기하기 위한 출구 벤트(vents)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법.
제91항에 있어서, 상기 격실들은 상기 연료 및 벤트 연결체를 관통하는 중공형 고정부재로써 서로 연결되고, 상기 벤트 연결체는 각 격실을 상호 연결된 전체 탱크 안으로 밀봉하는 것을 특징으로 하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법.
제92항에 있어서, 상기 탱크의 제조는 인접하는 격실들의 대향하는 벽들 사이에 구조적 섬유와 수지를 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법.
제93항에 있어서, 상기 격실들은 집중된 하중의 부착점인, 격실들 사이에 위치한 하중 지지요소로써 강화되는 것을 특징으로 하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법.
제94항에 있어서, 상기 격실들은 상기 구조적 섬유와 수지를 포함하는 몰드 안으로 투입되는 것을 특징으로 하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법.
제95항에 있어서, 상기 격실들을 압력 팽창시키고, 일정 시간 동안에 결정화 또는 가열로써 상기 수지를 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법.
제96항에 있어서, 완성된 상기 날개 탱크를 상기 몰드에서 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법.
제97항에 있어서, 상기 날개 탱크를 비행기에 조립하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법.
제85항에 있어서, 상기 구조적 요소에 의해 형성되는 저장 용기는 철도차량용 저장용기인 것을 특징으로 하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법.
제85항에 있어서, 상기 구조적 요소에 의해 형성되는 저장 용기는 육상 차량용 저장용기인 것을 특징으로 하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법.
제83항에 있어서,

상기 섬유층을 몰드의 대향하는 표면에 병렬로 위치시키고 열가소성 재료의 표면에 대향하게 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 플라스틱 요소의 제조방법.
제101항에 있어서, 상기 섬유층을 상기 몰드 안에 투입하기 전에 프라이머를 상기 섬유층에 도포함으로써 상기 몰드의 회전중에 상기 섬유층안으로 침투하는 상기 열가소성 재료의 침투성을 증가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합재의 제조방법.
제102항에 있어서, 상기 프라이머는 상기 섬유층 위에 분사되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합재의 제조방법.
제103항에 있어서, 상기 프라이머는 스티렌에 용해된 폴리스티렌인 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합재의 제조방법.
제104항에 있어서, 상기 프라이머는 페이스트(paste)인 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합재의 제조방법.
제105항에 있어서, 상기 프라이머는 열가소성재 입자의 현탁액과 혼합되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합재의 제조방법.
제106항에 있어서, 유동가능한 상기 가열 용융된 열가소성재와 결합하기 위하여 상기 프라이머가 섬유층의 섬유를 위치에 고정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합재의 제조방법.
제107항에 있어서, 적어도 하나의 추가적인 섬유층과 열경화성 수지를 제2층에 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합재의 제조방법.
제108항에 있어서, 상기 섬유층은 열가소성 층을 가열하기 전에 소정의 요구되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합재의 제조방법.
제109항에 있어서, 상기 열가소성 층은 섬유층 주위로 용융되어 적어도 부분적으로 섬유층의 두께를 통과하여 유동하게 하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합재의 제조방법.
제110항에 있어서, 열가소성 층이 냉각되어 실온으로 복귀하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합재의 제조방법.
제111항에 있어서, 상기 프라이머는 상기 섬유층에 도포되고 몰드의 폐형 전에 증발하는 용매를 포함하는 함침 결합재 용액인 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합재의 제조방법.
제112항에 있어서, 상기 결합재 용액은 용매로서 단량체 스틸렌 및 메틸 메타크릴레이트안에 용해된 폴리스티렌 또는 폴리메틸메타크릴레이트인 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합재의 제조방법.
제113항에 있어서, 상기 복합재는 유체 저장탱크의 상기 몰드에서 생산하는 것에 사용되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합재의 제조방법.
제114항에 있어서, 상기 복합재는 비행기 날개용 유체 저장탱크의 상기 몰드에서 생산하는 것에 사용되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합재의 제조방법.
제114항에 있어서, 상기 복합재는 육상 차량용 유체 저장탱크의 상기 몰드에서 생산하는 것에 사용되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합재의 제조방법.
제114항에 있어서, 상기 복합재는 철도 차량용 유체 저장탱크의 몰드에서 생산하는 것에 사용되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합재의 제조방법.
회전 몰드를 사용하여 복합재 중공 용기를 제조하는 방법에 있어서,

a) 섬유층을 준비하고, 상기 섬유층을 소정의 내부형태를 가지는 몰드안에 넣는 단계;

b) 상기 섬유층을 상기 몰드에 합치하는 형태로 성형하는 단계;

c) 열가소성재를 몰드에 넣고 가열하는 단계;

d) 열가소성재를 상기 섬유층에 적어도 부분적으로 침투시키는 단계;

e) 상기 열가소성재가 고체에서 유동가능한 상태로 상변화하도록 상기 열가소성재를 가열하는 단계;

f) 상기 열가소성재가 적어도 하나의 섬유층의 두께를 통과하는 적어도 부분적인 통로를 유동하도록 하여 몰드 내에서 성형되는 제품의 벽을 형성시키는 단계;

g) 상기 열가소성재를 냉각시켜 적어도 하나의 섬유층의 일부의 섬유가 상기 열가소성재 안에 내재(embedded)되게 하는 단계; 및

h) 상기 몰드에서 성형된 제품을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 중공 용기 제조 방법.
제118항에 있어서, 상기 열가소성재 안에 내재되지 않은 섬유층의 섬유에 열경화성 수지를 도포하여 추가적인 층을 형성하고, 상기 추가적인 층과 섬유재는 열가소성재로 결합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 중공 용기 제조 방법.
제119항에 있어서, 상기 섬유층을 몰드에 넣기 전에 몰드에 이형제를 도포하는 예비 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 중공 용기 제조 방법.
회전 몰드에서 제조되는 이동 저장탱크에 있어서,

상기 저장탱크는 내용물을 저장하기 위한 내측 공간을 한정하는 벽을 포함하고, 상기 벽은, 플라스틱재의 적어도 2개의 층과, 상기 플라스틱재 층들을 결합시키는 강화층으로 이루어지고, 상기 2개의 플라스틱재 층중 제1층은 강화층이고, 제2층은 열경화성재를 포함하며, 상기 강화층은 열가소성재와 열경화성 수지층 사이에 섬유층이 개재되어 플라스틱 복합재 용기의 벽을 형성하고, 상기 섬유층은 열가소성 층의 가열용융에 의해 상기 열가소성 층안에 적어도 부분적으로 내재되는 것을 특징으로 하는 이동 저장탱크.
제121항에 있어서, 상기 섬유층은, 상기 섬유층에 도포되고 몰드를 폐형하기 전에 증발하는 용매를 포함하는 함침 결합재 용액을 포함하는 프라이머로써 예비처리되는 것을 특징으로 하는 몰드에서 제조되는 이동 저장탱크.
제122항에 있어서, 상기 열가소성 층의 재료는 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), 에틸렌 클로로 트리플로로 에틸렌(ECTFE)에서 선택되는 것을 특징으로 하는 이동 저장탱크.
제123항에 있어서, 상기 열경화성 수지는, 폴리에스테르, 비닐에스테르, 에폭시 및 폴리우레탄을 포함하는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 이동 저장탱크.
제124항에 있어서, 상기 섬유층의 재료는 직물 천, 매트 또는 펠트를 포함하는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 이동 저장탱크.
제125항에 있어서, 상기 섬유층은, 상기 몰드안에 도입되기 전에, 프라이머로 예비 처리되고, 상기 프라이머는 몰드를 폐형하기 전에 증발하는 용매를 포함하는 함침 결합재 용액인 것을 특징으로 하는 이동 저장탱크.
제126항에 있어서, 상기 결합재는 용매로서 단량체 스틸렌 및 메틸 메타크릴레이트안에 용해된 폴리스티렌 또는 폴리메틸메타크릴레이트인 것을 특징으로 하는 몰드에서 제조되는 이동 저장탱크.
제127항에 있어서, 상기 저장용기는 유체 저장탱크인 것을 특징으로 하는 이동 저장탱크.
제128항에 있어서, 상기 유체 저장탱크는 육상 수송차량에 조합되는 것을 특징으로 하는 이동 저장탱크.
제129항에 있어서, 상기 유체 저장탱크는 철도 수송차량에 조합되는 것을 특징으로 하는 이동 저장탱크.
제130항에 있어서, 상기 유체 저장탱크는 비행기 날개에 조합되는 것을 특징으로 하는 이동 저장탱크.