KR101577861B1 - 탄소 섬유를 포함하는 번들을 갖는 파일 층 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개별 섬유들로 부분적으로 개방되고 탄소 섬유를 포함하는 복수의 번들을 포함하고 이질 물질을 포함하는 파일 층에 관한 것이며, 탄소 섬유는 파일 층의 총 질량의 적어도 70%를 차지하고, 이질 물질은 2% 내지 30%를 차지하며, 이질 물질은 재생 공정으로부터 얻어진다.

Description

탄소 섬유를 포함하는 번들을 갖는 파일 층{PILE LAYER HAVING BUNDLES COMPRISING CARBON FIBERS}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른, 단일 섬유로 부분적으로 해체되고 탄소 섬유를 포함하는 복수의 번들 및 이질 재료를 갖는 파일 층에 관한 것이며, 또한 청구항 16의 전제부에 따른 그러한 파일 층을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 파일 층을 포함하는 부직물 또는 부직 재료에 관한 것이다.
탄소 섬유를 포함하는 파일 층은 특히 자동차 산업의 다양한 응용예에 사용되는 부직물 또는 부직 재료를 제조하기 위한 초기 구조체로 적합하다. 이들은 무엇보다 자동차 부품을 제조하기 위해 사용된다. 구체적으로, 예를 들어 RTM 공정에서 수지로 적절히 침지된 후에, 해당 부직물 또는 부직 재료는 유리하게는 가볍지만 기계적으로 매우 탄성이 높은 섬유 복합 구조체가 되도록 처리되고, 이것은 바람직하고 선구적인 재료로 점점 인식되고 있다.
파일 형성은 일반적으로 사전 결정된 길이 분포를 갖는 단일 섬유를 적절한 공급 장치를 통해 파일 형성 기계에 공급하는 것을 수반한다. 예를 들어, 그러한 파일 형성 기계는 소면기(carding machine)로서 설계될 수 있다. 그러나, 공기-작동식, 공압식 또는 용리제 보조식 파일 형성 기계가 대안으로 공지되어 있다. 각각의 파일 형성 기계 내의 적절한 기능성 부품이 단일 섬유들을 엮어서 편평한 구조체를 형성하고, 엮인 섬유들은 지속되는 처리 동안 발생하는 외부의 기계적 응력을 견디기 위한 충분한 내재적 안정성을 제공한다.
파일 형성 기계로부터 제거된 파일 층들은 추가적인 단계들에서 부직 재료가 되도록 처리될 수 있다. 예를 들어, 파일 층들은 원하는 두께 및 적절한 전체 섬유 함량을 갖는 부직물을 형성하도록 이중화될 수 있고(즉, 파일 층들은 서로 포개어질 수 있음), 예를 들어 니들링(needling)을 통해 결속될 수 있고, 부직 재료로서 다른 처리 단계로 전달될 수 있다. 부직 재료는 화학적, 기계적 또는 열적 결속을 거친다는 점에서 대체로 통상적인 부직물과 상이하다.
본 발명의 기틀 내에서, 파일 층과 부직물 사이에는 구별이 없다. 이들 모든 구조체는 섬유들을 엮어서 기계적으로 비교적 안정된 편평한 구조체를 만드는 것을 목적으로 하는 공정에서 얻어진다. 다른 한편으로, 부직 재료는 이하에 더 설명되는 후속의 추가적인 결속의 단계에 의해 부직물 또는 파일 층과 구별된다.
그러나, 상술한 과정과 관련한 문제는 파일 형성 기계 내에 공급되는 단일 섬유들이 일반적으로 복잡한 기계적 준비를 거쳐야 한다는 것이다. 이러한 목적을 위해 개방 및/또는 혼합 유닛이 사용되며, 이것은 섬유를 예를 들어 고전적인 스피닝 밀에서 해체하고 준비한다. 특히, 탄소 섬유를 사용한 파일 층의 제조는 복잡한 탄소 섬유 준비를 또한 요구한다. 예를 들어, 탄소 섬유는 탄소 섬유 가닥으로부터 제거될 수 있다. 이를 위해, 스트랜드가 우선 스풀로부터 제거되고 절단 장치에 공급되어야 한다. 적절한 길이로 절단한 후, 탄소 섬유의 번들은 번들 섹션 내의 탄소 섬유를 분리함으로서 해체되어야 한다. 파일 형성 기계에 공급되기 전에, 섬유들은 또한 파일 형성 공정에 맞게 적절히 축적되고 계량되어야 한다. 그런 후에만 섬유를 분리하고, 즉 완전히 해체하고, 파일 형성 기계에 공급하며, 그 안에서 섬유는 파일이 되도록 처리될 수 있다.
그러나, 이들 공정은 비교적 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라, 전체 공정 순서 내의 장치들을 위한 높은 유지보수 비용을 또한 수반한다.
이들 준비 비용은 섬유 스크랩 및/또는 재생된 탄소 섬유를 기반으로 한 섬유-보강 복합 재료를 제조하는 것이 목적일 때 더욱 증가한다. 탄소 섬유 처리 산업의 많은 제조 공정은 많은 절단 스크랩을 양산하고, 이것은 비용 절감을 위해 다시 사용되어야 한다. 그러한 절단 스크랩과 별개로, 직물 제조 공정에서 발생된 불량품이 얻어지며, 이것은 비용 및 원료를 절감하기 위해 다른 응용예에서의 사용이 의도된 동일한 가치의 탄소 섬유를 제공할 수 있다. 또한, 미래에는 탄소 섬유 보강 플라스틱으로부터의 탄소 섬유의 열분해 회수 동안 대량의 산소 섬유 스크랩이 발생하고, 이는 재생된 재료로서 재순환되어, 재생 재료의 폐쇄 순환이 가능할 것이라는 것이 또한 예상될 수 있다.
그러나 섬유 스크랩 또는 재생된 섬유를 처리할 때는 준비가 특히 복잡하고 정밀해지는데, 이는 분리된 섬유들을 얻기 위해 몇 개의 추가적인 처리 단계가 섬유의 해체, 개방 및 때때로 세척에 또한 필요하기 때문이다. 수많은 준비 단계 후에만, 일반적으로 오리지널 탄소 섬유, 즉 아직 사용된 적 없는 탄소 섬유에 의해 수행되는 공정으로 전달될 수 있는 섬유를 얻은 것이 가능해진다.
또한, 재사용의 목적에서 필요한 것은 충분히 순도 높은 탄소 섬유 함량을 갖는 원료를 얻기 위해서 이질 재료가 제거되도록 탄소 섬유 스크랩이 세척되는 것이다. 한편으로 그러한 세척 공정은 매우 비용이 많이 들고, 다른 한편으로 현재로서는 특정 모재와 함께 충분히 관리되고 제어 가능하게 인가될 뿐이다. 그러나, 충분히 높은 등급 및 일정한 수준의 품질로 제조될 재료의 특성을 생성할 수 있기 위해서는 양호한 재료 특성이 필요하다.
본 발명의 목적은 재생 공정으로부터 얻어진 재료, 특히 탄소 섬유를 기술적 응용예에 적합한 직물 구조체로 간단히 복귀시키는 것을 가능하게 하는 파일 층 및 그러한 파일 층을 제조하는 방법을 제안하는 것이다. 구체적으로, 본 발명의 목적은 재생된 탄소 섬유의 사용을 허용하면서, 기술적 응용예에 대한 파일 층의 적합성을 감소시키기 않는 것이다. 구체적으로, 원하는 응용예를 위한 제품의 품질을 충분히 확보하는 것이 가능하여야 한다. 유사하게, 본 발명의 목적은 이러한 유형의 파일 층들을 포함하는 부직물 또는 부직 재료를 제안하는 것이다. 제조 공정에서 달성되어야 할 또 다른 목적은 종래 기술로부터 공지된 방법에 비해 더 저렴한 파일 층의 제작 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서, 이 목적은 청구항 1에 따른 파일 층, 청구항 16에 따른 제조 방법에 의해 달성된다. 또한, 본 발명의 목적은 청구항 13에 따른 부직 재료에 의해 달성된다.
구체적으로, 본 발명에 내재하는 목적은 단일 섬유로 부분적으로 해체되고 탄소 섬유를 포함하는 복수의 번들 및 이질 재료를 포함하는 파일 층에 있어서, 탄소 섬유는 파일 층 전체 중량의 70중량% 이상을 차지하고, 이질 재료는 파일 층 전체 중량의 2% 내지 30%를 차지하며, 이질 재료는 재생 처리로부터 유래하는 파일 층에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 해결책은 또한 파일 층을 제조하는 방법을 수반하며, 이 방법은 다음의 단계를 포함한다: 탄소 섬유를 포함하고, 이질 재료에 의해, 구체적으로 니팅용(knitting) 실 또는 재봉용 실 또는 바인더에 의해 적어도 부분적으로 고정되는 번들을 갖는 편평한 구조체를 절단하는 단계와; 번들을 단일 섬유로 부분적으로 해체하기 위해 절단된 편평한 구조체를 개방 유닛 내에서, 구체적으로 해체 기계 내에서 처리하는 단계와; 이러한 방식으로 처리됨으로써 부분적으로 해체된 배치를 파일 형성 기계, 구체적으로 소면기 내로 도입하는 단계와; 번들을 완전히 단일 섬유로 분리하지 않고 번들 내의 탄소 섬유를 추가의 섬유와 엮기 위해 파일 형성 기계를 작동시키는 단계와; 파일 층을 파일 형성 기계로부터 제거하는 단계.
본 발명에 따른 파일 층은 유리하게는 최대 30%의 이질 재료 비율을 갖고 적어도 70중량%의 탄소 섬유를 갖는다는 점에서 구별된다. 여기서 탄소 섬유의 비율은 무엇보다 먼저 파일 층의 강도와 품질을 결정하며, 이질 재료의 비율은 전체로서 직물의 기본 중량에 기여하지만 강도 및 품질에 현저한 영향을 주지 않는다. 품질 및 강도는 구체적으로 파일 층이 집적되는 복합 재료에 파일 층이 제공할 수 있는 품질 및 강도와 관련이 있다.
출원인에 의해 수행된 테스트의 과정에서, 재생 공정에서 기인한 이질 재료의 비율은 파일 층의 품질을 약간 저하시키지만, 전체 탄소 섬유 함유물의 전체 중량에 비해 70중량%인 탄소 섬유는 그러한 불리한 작용을 충분히 상쇄시킨다. 구체적으로, 탄소 섬유의 비율은 자동차 엔지니어링에 부합되는 요건을 만족시킬 수 있는 파일 층을 제조하기에 충분하다. 따라서, 파일 층은 대응 최대 중량에서 최소 강도에 도달하여야 한다. 그러나, 자동차 엔지니어링은 품질 및 순도 면에서 예를 들어 항공기 구조물보다 약간 덜 엄격한 요건을 제조될 직물에 요구한다. 예를 들어, 자동차 엔지니어링은 직물에 대해 높은 전체 중량에서 상대적으로 낮은 강도를 허용한다. 그러나, 항공기 구조물에 비해 이들 감소된 강도 또는 중량 요건은 직물 세그먼트당 낮은 탄소 섬유 비율에 의해 이미 달성될 수 있고, 이질 재료는 현저하게 불리한 작용을 발생시키지 않는다. 또한, 이질 재료의 최대 비율은 달성되어야 할 기초 중량과 관련하여 자동차 엔지니어링에서 수립된 목표에 도달하는데 있어서 여전히 용인될 수 있다.
여기서 본 발명에 따른 파일 층은 탄소 섬유를 포함하는 복수의 번들을 갖는다. 번들은 일반적으로 파일 층을 제조하기 위한 섬유를 얻기 위해 재생 공정으로 보내진 섬유로부터 기인한다. 따라서, 재생 공정은 파일 층 제작을 목적으로 섬유들이 단일 섬유로 완전히 해체되는 것을 요구하지 않는다. 직물은 일반적으로 탄소 섬유를 갖는 섬유이지만, 응용예의 분야에 따라 탄소 섬유를 갖지 않을 수도 있다.
파일 형성 기계로 본 발명에 따른 파일 층을 제조하는 공정은 도입되는 번들이 파일 형성 기계 내에서 단일 섬유로 풀리는 것을 요구하지 않는 방식으로 조정될 수 있다. 그러나, 이것이 단일 섬유가 번들과 별개로 파일 형성 기계에 도입되지 않을 것이라는 것을 의미하지는 않는다. 구체적으로, 번들은 결속되거나 더 처리되지 않은 섬유들의 무작위적 배치 상태로 존재할 수 있고, 부분적으로 분리된 섬유들이 번들로부터 돌출되고 다른 섬유들과 엮여 있으며, 다른 섬유들이 번들 상태로 존재할 수도 있다. 실시예에 따라서, 번들은 완전히 또는 그 일부만 탄소 섬유로 구성될 수 있다. 여기서 파일 형성 기계로 보내진 섬유들은 또한 재생 공정에서 취해지지 않은 오리지널 섬유들을 부분적으로 포함할 수 있다.
파일 형성 기계 내에서 번들이 완전히 풀리는 것을 방지하기 위해, 처리 단계의 수를 조절하거나 파일 형성 기계 내의 기능성 부품들의 수를 조절하는 것이 가능하다. 또한, 파일 형성 기계 내의 기능성 부품들의 기하학적 형상의 조절을 고려해볼 수 있다.
이와 더불어, 본 특허 출원의 기틀 내에서, 번들은 기본적으로 평행한 방향으로 적어도 부분적으로 진행하는 섬유들의 축적물로서 이해되어야 하며, 번들 내의 섬유 밀도는 적어도 부분적으로 주변의 섬유 밀도와의 비교에 의해 평가된다. 번들은 이와 관련하여 시각적으로도 매우 잘 식별될 수 있는데, 이는 주변으로부터 쉽게 분간될 수 있는 방식으로 시각적으로 두드러지고 번들로서 시각적으로 쉽게 식별될 수 있기 때문이다. 또한, 번들은 단일 섬유들의 점착을 가질 수도 있으며, 이는 기계적 응력에 노출될 때 번들이 단일 섬유들로 떨어져 나가는 것을 방지한다.
본 발명에 따른 파일 층의 이점은 번들이 파일 층에 포함되어 있는 동안, 섬유들이 단일 섬유로 풀리지 않는다는 것이다. 이것은 구체적으로 섬유의 종방향으로 번들 상에 작용하는 기계적 응력과 관련하여 파일 층에 특별한 강도를 부여한다. 서로에 대해 더 이상 정렬되지 않은 분리된 섬유들에 비해, 이것은 나중에 제작될 섬유 복합 재료 상에 섬유 진행 방향으로 작용하는 외력을 번들이 현저히 양호한 정도로 실패 없이 흡수하는 것을 허용한다.
본 발명에 따른 파일 층의 특히 유리한 일 실시예는 탄소 섬유를 포함하는 번들이 재생 공정으로부터도 적어도 부분적으로 얻어진다는 사실에 의해 구별된다. 예를 들어, 본 실시예에서는 파일 층에 포함된 섬유화 함께, 번들이 재생 공정으로부터 적어도 부분적으로 얻어지는 것을 또한 고려해볼 수 있다. 이것은 특히 파일 층의 저렴한 제작을 가능하게 하는데, 그 이유는 더 적은 수의 단계가 기대되기 때문이다. 또한, 파일 층에 사용되는 재료는 이미 서로에 대해 맞춤되기도 한다. 다른 한편으로, 제조될 파일 층은 또한 오리지널 탄소 섬유, 즉 아직 사용된 적 없는 탄소 섬유와 혼합되어, 재사용된 탄소 섬유에 기인하는 잠재적인 품질 손실을 상쇄할 수 있다. 예를 들어, 재생 공정이 재생 공정 동안 탄소 섬유를 짧게 만든 후에, 특정한 최소 길이를 갖는 새로운 단일 탄소 섬유가 특정 비율로 파일 층에 첨가되어, 파일 층 내의 전체적인 섬유 길이 분포를 상승시킬 수 있다. 또한, 오리지널 탄소 섬유 번들은 파일 형성 기계 내에서 편입될 수 있다.
이 실시예에서는, 이질 재료가 탄소 섬유가 아닌 이질 섬유를 적어도 부분적으로 가질 수 있다. 구체적으로, 그러한 이질 섬유는 유리 섬유 및 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리에스터, 폴리프로필렌 등으로 만들어진 화학 직물 섬유와 같은 합성 섬유이다. 이들 섬유는 또한 파일 형성 공정 동안 파일 층이 되도록 집적된다. 여기서 이들 섬유는 바람직하게는 파일 층에 포함된 탄소 섬유 또는 기타 섬유와 엮일 수 있다. 그러나, 이질 섬유는 파일 층의 강도에 경미하게만 기여하는데, 그 이유는 강도가 기본적으로 탄소 섬유에 기인하기 때문이다. 이것은 특히 파일 층을 포함하는 섬유 복합 가공물에 파일 층이 부여하는 강도와 관련이 있다. 그러나, 이 실시예에 따른 파일 층은 충분한 탄소 섬유를 갖기 때문에, 요구되는 최소 강도가 계속 확보될 수 있다.
본 발명에 따른 특히 바람직한 일 실시예에서 탄소 섬유들은 서로에 대해 사전 설정된 제1 배치를 갖고, 이것이 제1 패턴을 결정하며, 이질 섬유들이 서로에 대해 제2 배치를 갖고, 이것이 제2 패턴을 결정하며, 제1 패턴은 제2 패턴과 상이하다.
이하에서, 패턴은 고려되는 표면 영역에 걸친 재료 밀도의 분포로서 이해되어야 하며, 재료 밀도의 편차가 적어도 부분적으로 존재한다. 구체적으로, 이들 재료 밀도의 편차는 시각적으로 분간될 수 있고, 시스템적으로 비교될 수 있다.
특히, 두 패턴 사이의 차이는 평면 자기상관(correlation) 함수에 의해 확인될 수 있다. 예를 들어, 여기서는 이 실시예에 따른 파일 층의 표면 섹션, 예를 들어 15cm X 15cm로 측정된 표면 섹션이 선택될 수 있고, 동일한 표면적을 갖는 더 작은 표면 서브유닛(예를 들어, 1.5mm X 1.5mm)들로 분할된다. 이들 표면 서브유닛들에서 우세한 표준화된 섬유 밀도에 기초하여, 예를 들어 -5 내지 +5 스케일 범위의 규정된 스케일로부터 개별 표면 서브유닛에 소정 값이 할당된다.
검사되는 표면 섹션 내의 전체적인 섬유 함량에 관한 표준화가 이루어진다. 2차원 적분 또는 2차원 합이 각 표면 서브유닛에 대해 전체 인접 표면 서브유닛에 걸쳐 계산되고, 적분 또는 합이 사전 결정된 표면 서브유닛의 값과 인접 표면 서브유닛의 값의 곱을 통하여 계산된다. 따라서, 계산은 표면 서브유닛 자체의 섬유 표면 밀도의 상관, 즉 섬유 표면 밀도의 자기상관을 수반한다. 이러한 방식으로 판단된 값은 각각 사전 결정된 표면 서브유닛에 할당되고, 모든 다른 표면 서브유닛에 대해 상응하게 계산이 수행되어야 한다.
계산을 단순화하기 위해, 2차원 중량 함수가 또한 고려될 수 있고, 예를 들어 이것은 다음 10개의 이웃을 포함하는 적분 또는 합으로 적분 또는 합을 제한한다. 그러나, 선택된 수는 적분 또는 합이 예를 들어 파일 층 내의 번들의 대응 배치에 의해 유발되는 탄소 섬유 밀도에 대한 가능한 반복 패턴까지 연장되는 것을 막을 정도로 작을 수 없다. 개별 계산으로부터 얻어진 결과는 다시 한번 표준화되고, 그리하여 모든 표면 서브유닛에 대해 이들이 상호 비교 가능해질 수 있다. 표준화는 약 15cm x 15cm로 측정된 선택 및 검사 표면 섹션의 에지에 근접하게 놓인 주어진 표면 서브유닛에서 발생할 수 있는 에지 효과를 상응하게 고려하는 것을 또한 가능하게 한다.
예를 들어 파일 층 내에서 다소 일정한 간격으로 이격되어 번들 내에 배치된 탄소 섬유의 반복 패턴을 가정하면, 자기상관 함수의 값은 0 또는 다른 기준선 값으로부터 벗어날 것이며, 이것은 반복되는 규칙성이 발생하지 않는 것을 나타낸다. 즉, 값들의 분포가 완전히 무작위적이다. 결과적으로, 자기상관 함수는 패턴 내의 규칙성을 고려할 수 있다. 그러나, 이들 규칙성은 값들의 엄격히 정적인 질서와 상이하여야 한다. 패턴들이 완전히 무작위적이라면, 즉 이들 패턴은 개별 값들의 완전히 통계적으로 무작위한 분포의 결과로서만 발생된다면, 자기상관 함수는 모든 표면 서브유닛에 기준선 값 또는 0을 산출할 것이다. 기준선 값은 미리 선택된 스케일 값에 의해 좌우된다. 즉, 완전히 무작위한 분포가 존재함을 나타내는 기준선 값도 또한 무엇보다 처음 선택된 스케일에 의해 좌우된다.
탄소 섬유의 분포에 대한 평면 자기상관 함수가 이질 재료 또는 이질 섬유의 분포에 대한 평면 자기상관 함수와 비교될 때 다양한 패턴이 얻어진다. 모든 비견되는 표면 서브유닛의 표준화되고 합산된 값들이 평균 5%보다 큰 편차를 나타낼 때 패턴이 상이하다. 기타 수학적으로 합당하거나 기술적으로 합리적인 방법이 표면 서브유닛의 2개의 배치 또는 패턴이 어떻게 편차를 나타내는지 구별할 수 있다. 또한, 표면 영역 내의 패턴의 수학적 또는 복잡한 질서를 계산하는 것이 이러한 목적을 위해 적합하다.
대안적으로, 2개의 패턴은 단순화된 검사 방법을 사용하여 비교될 수도 있다. 도면과 관련한 부분에서 상세히 설명되는 바와 같이, 이것은 이질 재료 밀도 또는 이질 섬유 밀도에 있어서 표면 서브유닛의 일부만이 표면 서브유닛과의 중첩을 갖고 다른 표면 서브유닛은 중첩을 가질 수 없을 정도로 이질 재료 밀도 또는 이질 섬유 밀도가 낮을 때 특히 바람직하다. 이들 단순화되고 대부분의 경우에 바람직한 비교 방법에 관한 추가의 설명은 도면과 관련한 부분으로부터 얻을 수 있다.
패턴들의 다양성은 선택된 표면 섹션 내의 단일 섬유의 다양한 분포를 보여준다. 파일 제조 공정에서 탄소 섬유 또는 탄소 섬유를 포함하는 번들과 상이하게 거동하는 이질 재료 또는 이질 섬유가 일반적으로 확률적으로 분포되어 있다면, 탄소 섬유를 포함하는 번들은 일반적으로 부분적으로 규칙적인 간격으로 이격된 파일 층의 전체 표면 영역에 걸쳐 점점 더 분균일하게 분포된다. 이러한 상황은 또한 기계적 응력에 노출될 때 파일 형성 기계 내에서의 파일 형성 공정 동안 번들이 전체 표면 영역에 걸쳐 불균일하게 분포되는 경향이 증가된다는 사실로부터 기인한다. 반대로, 파일 층 내에서 종종 훨씬 적은 수가 발견되는 이질 섬유는 또한 파일 층의 표면 영역에 걸쳐 무작위적으로 분포될 수 있지만, 종종 매우 낮은 농도로 존재한다. 또한, 이들 단일 섬유는 파일 형성 기계 내에서 기계적으로 처리되는 동안 상이하게 거동하며, 따라서 이들은 일반적으로 상이한 분포를 갖는다. 또한, 이질 섬유는 또한 개별 탄소 섬유 또는 탄소 섬유 덩어리와 결합될 수 있고, 그에 의해 잠재적으로 파일 형성 공정 동안 나머지 탄소 섬유로부터 독립되어 자유롭게 이동하는 것이 또한 부분적으로 방지될 수 있다. 또한, 이질 섬유는 탄소 섬유와는 완전히 상이한 길이 분포를 가질 수 있다. 따라서, 파일 층 내의 탄소 섬유의 패턴은 이질 재료 또는 이질 섬유의 패턴과는 확연히 다를 것으로 기대된다.
본 발명의 또 다른 진전은 제1 패턴이 제2 패턴보다 더 높은 질서를 갖는다는 것이다. 여기서 질서는 패턴 및 복잡한 배치와 연계하여 적용될 수학적 관점에 기초하여 판단된다. 여기서 복잡한 질서의 취지에서 질서를 판단하는 것은 자기상관을 계산하기 위해 앞서 설명된 관점의 일반화를 가능하게 한다. 질서를 계산하기 위한 논리적 과정은 전문가들에게 공지되어 있으며, 언제든지 케이스에 적절하게 적용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예서 이질 섬유의 적어도 10%는 탄소 섬유에 비해 1.5배, 특히 2배 낮은 인장 강도를 갖는다. 그러나, 이질 섬유의 낮은 강도는 그것으로 제작되는 파일 층 또는 섬유 복합 재료의 강도를 약간 감소시킬 뿐인데, 이는 충분한 양의 탄소 섬유가 존재하기 때문이다. 특히 자동차 엔지니어링의 응용예에서는, 매우 작은 강도 손실은 가능성이 있어도 중요하지 않다.
또 다른 실시예서 이질 섬유의 적어도 일부는 재봉용 실 또는 니팅용 실이다. 따라서, 본래 직물을 고정하기 위해 제공된 재봉용 실 또는 니팅용 실이 재사용 또는 재생을 위해 이 직물에 포함된 탄소 섬유와 함께 파일 형성 공정으로 전달될 수 있고, 탄소 섬유 또는 탄소 섬유 번들로부터 분리될 필요는 없다. 이것은 한편으로는 제조 비용을 줄이고, 비교적 비용 효율적인 파일 층의 생산을 가능하게 한다.
이질 섬유의 적어도 일부는 탄소 섬유와 상이한 색상을 가질 수 있다. 한편으로, 이것은 잠재적으로 품질이 저하될 수 있는 이질 섬유의 축적이 일어나는 위치를 식별하는 것을 용이하게 하고, 다른 한편으로 이질 섬유는 필요하다면 목표하는 방식에서의 필요에 따라 파일 층으로부터 제거될 수도 있다. 무엇보다도 시각적 훼손을 방지하기 위해, 파일 층 복합체로부터 이질 섬유를 제거하는 것을 고려할 수 있다.
일 실시예에서 이질 섬유의 적어도 일부는 크림프를 가질 수 있다. 크림프를 가진 섬유는 주변 탄소 섬유와 더 잘 고정되며, 따라서 추가적인 국소 결속이 파일 층에 달성될 수 있다. 이것은 제조 후, 파일 층이 취급 도중 파일 층을 종종 손상시킬 수 있는 추가의 처리 동안의 기계적 응력에 노출될 때 특히 유리하다.
다른 실시예에서 이질 섬유의 적어도 일부는 번들 내의 탄소 섬유보다 약 50%, 바람직하게는 100%까지도 긴 평균 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 재생 공정으로부터 유래한 결속용 실들은 여전히 파일 층에 존재할 수 있다. 결속용 실들은 구체적으로 니팅용 실 또는 재봉용 실을 포함하며, 이것은 탄소 섬유 직물을 결속하는데 사용될 수 있지만, 재생 공정 동안 추가적으로 분리되지 않는다. 이들 실은 일반적으로 탄소 섬유보다 취성이 더 약하기 때문에, 이들 실은 밀 내에서, 구체적으로 해머 밀 내에서 처리될 때에도 탄소 섬유만큼 짧아지지 않는다. 또한, 이들 실은 일반적으로 재사용될 직물 대상에 존재할 때 이미 더 큰 길이를 갖는다.
또 다른 실시예에서 이질 섬유는 유리 섬유 및/또는 폴리에스터 섬유일 수 있다. 구체적으로 탄소 섬유와 연계하여, 이들은 바람직한 보조 섬유이며, 이들은 예비 결속이 의도된 직물 구조체 내에서 특히 용이하게 사용된다. 구체적으로, 폴리에스터 섬유는 바람직하게는 개별 직물 층들을 재봉 또는 니팅하기 위해 사용된다. 폴리아미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유 등과 같은 기타 섬유가 또한 가능하다.
본 발명의 다른 실시예에서 이질 물질은 적어도 부분적으로 화학적 바인더, 구체적으로 수지를 갖는다. 따라서, 이 실시예는 파일 형성 공정으로 섬유를 전달하기 전에 바인더가 섬유 표면으로부터 제거되는 것 또는 완전히 제거되는 것을 요구하지 않는다. 오히려 이 바인더의 비율은 후속하여 제조될 섬유 복합 재료에 대한 강도 요건을 저하시킬 필요 없이 파일 층에 통합될 수 있다. 그 대신 바인더는 파일 층 내의 섬유들을 사전 결속하는 것을 돕기까지 하며, 그리하여 파일 층은 예를 들어 섬유들의 개선된 부착을 가질 수 있다. 결과적으로, 이러한 유형의 파일 층은 취급하기 용이하고, 예를 들어 후속 처리될 때 더 강한 기계적 응력에 노출될 수 있다. 또한, 바인더는 섬유 복합 재료를 제작하기 위해 나중에 파일 층을 처리하는데 사용되는 수지와 동일할 수 있다. 대안적으로, 바인더는 파일 층에 의해 섬유 복합 재료를 후속 제조하는 역할을 하는 다른 수지와 화학적으로 양립가능할 수 있다.
다른 실시예에서 탄소 섬유를 포함하는 복수의 번들의 길이는 15cm 이하이고, 특히 10cm 이하일 수 있다. 길이가 증분적으로 짧아짐에 따라, 파일 층 내의 상대적인 번들 함량이 개선되는 한편 섬유 함량을 일정하게 유지할 수 있다. 그러나, 이것은 번들에 의해 파일 층에 제공되는 강도를 증분적으로 향상시킨다. 여기서는 또한 강도의 방향 특정 개선을 달성하기 위해 번들이 바람직하게 하나의 사전 결정된 방향으로 적절한 배향을 갖는 섹션을 가질 필요가 있을 수 있다. 그러나, 이것은 종종 번들이 최소 길이 미만이 되지 않을 것을 요구한다. 다른 실시예에서, 만곡된 번들은 약 2cm의 짧은 길이보다 작지 않은 것이 유리할 수 있다.
바람직한 일 실시예에서 번들은 적어도 200, 바람직하게는 적어도 500, 특히 바람직하게는 적어도 1000개의 탄소 섬유를 포함할 수 있다. 이것은 번들의 가능한 정렬에 의해 파일 층에 주어지는 강도를 증가시키는 것을 가능하게 하고, 그 결과 개선된 방향 의존성 강도가 예를 들어 후속 제조될 섬유 복합 재료에 부여된다. 또한, 이것은 스트랜드 당 1000개보다 많은 섬유를 포함하는 스트랜드를 일반적으로 갖는 재생 공정으로부터의 탄소 섬유 직물을 재사용하는 것을 가능하게 한다. 적절한 공정에서, 스트랜드는 섬유의 수가 최소가 될 때까지 스트랜드를 해체하는 방식으로 재사용될 탄소 섬유 직물 내에서 준비될 수 있다. 파일 형성 기계 내에서 후속 처리됨으로써, 스트랜드 또는 번들은 부분적으로 더 해체될 수 있지만, 본 실시예에 따른 파일 층 내의 섬유의 수를 넘어가는 수준까지는 아니다.
또 다른 실시예에서 파일 층은 10g/㎡ 내지 50g/㎡, 바람직하게는 25g/㎡ 내지 35g/㎡의 단위 면적당 질량(단위 면적당 중량)을 가질 수 있다. 그러한 파일 층은 자동차 산업에서 특히 바람직한데, 그 이유는 이들이 후속 제조될 섬유 복합 재료에서 충분한 강도를 갖는 한편 부품 중량의 매우 큰 감소를 가능하게 하기 때문이다. 구체적으로 본 실시예에 따른 단위 면적당 질량은 값비싼 원료, 탄소 섬유의 효율적인 사용을 가능하게 하는 동시에, 최소 강도 요건을 충족시킨다. 따라서, 요구 강도와 제시 중량 사이의 비율이 특별히 유리하다.
본 발명에 내재하는 목적은 특히 서로 니들링되는 선행 청구항들 중 하나에 따른 적어도 2개의 파일 층을 갖는 부직물 또는 부직 재료를 수반하는 일 실시예에서 또한 달성된다. 적어도 2개의 파일 층을 부직물 또는 부직 재료가 되도록 처리함으로써, 파일 층의 강도 향상 특성이 다시 개선될 수 있다. 구체적으로, 방향 또는 배향 특성은 적어도 2개의 파일 층을 서로에 대해 적절히 배향함으로써 서로 맞춤될 수 있다. 예를 들어, 하나의 파일 층이 제1 배향으로 배치될 수 있고, 제2 파일 층이 서로에 대해 제1 배향과 상이한 제2 배향으로 배치될 수 있다. 이것은 부직물 또는 부직 층 내에서 몇 개의 바람직한 방향을 규정하는 것을 가능하게 한다. 여기서 번들은 이미 예비 배향을 가지며, 따라서 파일 층에 적절한 배향을 또한 부여한다. 본 발명은 번들이 니들링의 결과로서 단일 섬유로 해체되는 것을 방지하는 것을 의도한다.
부직 재료의 또 다른 바람직한 실시예서 부직 재료는 결속을 목적으로 니들링된 상술한 실시예에 다른 파일 층을 가질 수 있다. 니들링은 파일 층에 포함된 섬유들이 더욱 엮이도록 하며, 구체적으로 국지적인 레벨에서 엮이도록 하며, 따라서 국지적 결속을 발생시킨다. 파일 층이 충분한 수와 충분한 밀도의 스티치로 니들링되면, 현저히 개선된 강도가 전체 파일 층 구조체에 부여될 수 있다.
부직물 또는 부직 재료의 또 다른 실시예에서 파일 층 내의 만곡된 번들의 배향은 다른 파일 층 내의 만곡된 번들의 배향과 적어도 5°만큼 차이가 날 수 있고, 구체적으로 15°, 30°, 45°, 60°, 75° 또는 90°의 각도만큼 차이가 날 수 있다. 구체적으로, 이것은 규정된 각도 편차를 갖는 부직물 또는 부직 재료 내에 바람직한 방향을 생성하는 것을 용이하게 한다. 이것은 자동차 구조물의 처리의 기틀 내에서 매우 유리한 것으로 입증되는데, 그 이유는 바람직한 방향이 응용예에 대해서 적절히 맞춤될 수 있기 때문이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서 결속을 목적으로 적어도 2개의 파일 층이 서로 니들링되거나 하나의 파일 층이 니들링되며, 평균적으로 적어도 1개의 니들링 구멍, 바람직하게는 적어도 5개의 니들링 구멍이 1㎠의 면적에 존재한다. 설계된 영역은 바람직하게 파일 층 또는 파일 층들의 전체 면적을 나타내는 니들링에 의해 처리된 파일 층 또는 파일 층들의 영역과 관련이 있다. 니들링 구멍을 도입하는 것은 한편으로 파일 층 또는 파일 층들을 결속하여 그들의 취급을 개선한다. 여기서 니들링 공정은 상술한 바와 같이 무엇보다 국지적 결속을 발생시킨다. 니들링 구멍의 선택된 밀도로 인해, 이 실시예는 국지적 결속의 수가 파일 층의 전체 선택 영역에 걸쳐 연장되는 결속을 발생시키기에 충분히 높은 것을 보장한다. 이것은 구체적으로 1㎠의 각각의 서브유닛 내로의 파일 층 또는 파일 층들의 균일한 분포를 가정하면, 각각의 서브유닛이 본 실시예에 따른 니들링 구멍의 수를 가질 때 가능해 진다. 또한, 니들링 구멍은 충분한 수의 개구를 파일 층 또는 파일 층들에 제공하여 액체 수지 또는 폴리머에 의해 더욱 효율적인 침지를 가능하게 한다. 이것은 개구들이 수지 또는 폴리머를 전체 니들링 두께에 걸쳐, 그리고 따라서 본 실시예에 규정된 바와 같이 파일 층의 전체 두께에 걸쳐 효율적으로 전달하는 것을 가능하게 하기 때문이다. 이것은 하나에 대한 침지 시간을 감소시키고, 따라서 파일 층을 포함하는 부품에 대한 제조 시간을 또한 감소시킨다.
본 발명의 목적에 대한 해법의 또 다른 태양에서 수지-침지된 부품은 상술한 파일 층 또는 상술한 부직물 또는 상술한 부직 재료를 가지며, 부품은 특히 자동차 부품으로서 설계된다. 그러한 부품은 상술한 파일 층, 부직물 또는 부직 재료를 별도로 또는 다른 직물 구조체와 함께 가질 수 있다. 구체적으로, 상술한 파일 층, 부직물 또는 부직 재료가 주로 응력을 흡수하기 위해 구비된 구조체 및/또는 섬유와 함께 부품 내에 포함되는 것이 가능하다. 또한 상술한 파일 층, 부직물 또는 부직 재료를 갖는 차량의 부품은 차량의 피동적 안전을 확보하기 위해 제공되지 않는 것이 가능하다. 구체적으로, 이들 부품은 바람직하게는 차량의 외피의 일부로서 설계된다. 부품은 수지로 침지될 수 있고, 완전한 침지 또는 부분적인 침지가 달성될 수 있다. 또한, 수지 침지 부품은 경화될 수 있다. 본 실시예에 따른 수지 침지는 또한 적절한 폴리머 침지를 포함하여야 한다.
본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 실시예에서 방법은 이질 재료를 분리하는 단계를 포함하지 않거나 이질 재료를 부분적으로 분리하는 단계를 포함하지 않는다. 이것은 파일 층이 되도록 처리되어야 하는 재료 또는 섬유의 양을 준비하기 위한 단계의 수를 줄이는데, 그 이유는 이질 재료, 특히 이질 섬유를 분리 또는 부분적으로 분리하는 단계가 빠지기 때문이다. 따라서 이질 재료는 파일 층 내에 통합되고 그것의 바이어스 중량을 증가시키지만, 이질 재료 특히 이질 섬유는 후속 제조될 섬유 복합 재료 내의 강도에 무시할만한 영향을 미칠 뿐이며, 그리하여 여전히 존재하는 탄소 섬유가 충분하고 바람직한 강도를 확보할 수 있다.
또한, 탄소 섬유를 포함하고 재생 과정에 의해 얻어진 번들은 본 발명 또는 실시예에 순응하여 설명된 방법을 실시하여 파일 층을 제작하기 위해, 구체적으로 상술한 파일 층을 제조하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 파일 층, 부직물 또는 부직 재료 및 파일 층을 제작하기 위한 제조 공정의 다양한 실시예가 도면을 기초하여 발명을 상세히 설명하기 위해 이하에 사용될 것이다. 도시된 실시예는 청구된 발명 전체에 대한 제한을 나타내지 않는다. 구체적으로, 이하에 청구된 특징들은 상술한 특징들과 분리되거나 연계되어 각각 청구된다. 결과적으로, 본 발명의 관점에서 적절한 특징들의 모든 기술적으로 가능한 조합이 여기에 청구된다.
추가의 실시예는 종속항들로부터 알 수 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 파일 층의 제1 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 1b는 도 1a에 따른 파일 층 내의 탄소 섬유의 비율을 나타내는 분리 도면이다.
도 1c는 도 1a에 따른 파일 층 내의 이질 섬유의 비율을 나타내는 분리 도면이다.
도 2는 이질 섬유의 패턴 또는 패턴 질서를 특징화하는 평면 분포와 함께 도 1c에 따른 이질 섬유의 비율을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 부직물 또는 부직 재료의 제1 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제조 방법의 일 실시예에 포함되는 개별 단계들의 순서를 나타내는 흐름도이다.
완전함을 위해, 도시된 실시예들은 개략적인 표현일 뿐이라는 것이 주지되어야 한다. 구체적으로, 본 발명의 특정 대상에 대한 치수 및 비율은 도시된 것으로부터 벗어날 수 있다.
도 1은 탄소 섬유(10)를 포함하는 복수의 번들(2)을 갖는 본 발명에 따른 파일 층(1)의 제1 실시예를 나타낸다. 여기서 번들은 바람직은 만곡된 진행을 갖지만, 이들은 기술적으로 가능한 임의의 다른 진행을 또한 가질 수 있다. 이들 번들의 곡률은 소면기에 의해 처리된 결과이다. 번들(2)은 파일 층(1)에 포함된 다른 섬유(역시 탄소 섬유(10)일 수 있음)와 엮여 있으며, 이것에 의해 예를 들어 완성된 구조체로서 파일 성형 기계로부터 제거될 수 있도록 또는 추가의 기계적 처리를 거칠 수 있도록 충분히 강한 파일 층(1)을 준비하는 것이 가능해진다.
도 1b의 분리 도면에 도시된 탄소 섬유의 비율에 추가하여, 도 1a에 따른 파일 층(1)은 또한 구체적으로 이질 섬유(20)의 형태인 다수의 이질 재료(20)를 포함하며, 이것은 굵게 도시되어 있다. 이들 이질 재료(20) 또는 이질 섬유(20)도 역시 도 1c의 분리 도면에 도시되어 있다. 여기서 이질 재료(20) 또는 이질 섬유(20)는 각각 무작위적으로 배열되어 있다. 구체적으로, 이질 재료(20) 또는 이질 섬유의 진행은 규칙성을 갖지 않는다. 또한, 개별 이질 재료(20) 또는 이질 섬유(20)는 서로에 대해 완전히 무작위적인 배열을 갖는다.
그러나, 소재는 탄소 섬유(10), 특히 번들(2)에 포함된 탄소 섬유와 상이하다. 도 1b에 도시된 것으로부터 분명한 바와 같이, 번들들은 비교적 유사한 만곡된 진행을 갖는다. 번들은 번들의 진행에 있어서 가장 큰 곡률을 갖는 꼭지점 영역을 특징으로 한다. 꼭지점 영역은 번들 단부들 사이에 위치하며, 번들 단부 영역들은 꼭지점 영역에 비해 비교적 작은 곡률만을 갖는다. 번들 단부 영역은 심지어 전혀 만곡되지 않을 때도 있다.
만곡된 진행으로 인해, 번들(2)은 또한 번들 단부 영역에서 대략 섬유 진행의 방향뿐만 아니라 대략 꼭지점 영역에 대한 접선 방향으로도 바람직한 방향을 갖는다. 따라서, 만곡된 진행은 번들(2)이 힘의 흡수와 관련해서 바람직한 방향을 가질 뿐만 아니라, 그것으로부터 벗어나서, 구체적으로 제1 바람직한 방향에 대해 직각으로 진행하는 다른 바람직한 방향도 갖는다.
본 발명의 기틀 내에서, 번들(2)의 곡률은 번들(2) 내의 모든 섬유의 평균적인 방향 진행으로부터 판단된다. 이러한 판단의 목적에서, 번들 내의 섬유들의 개별 공간 위치가 구해지고, 번들(2) 내의 개별 섬유들의 비견되는 섹션들로부터 평균 위치가 계산된다. 구체적으로 번들(2) 내의 섬유들이 원형 단면 위로 단단히 패킹되는 영역에서, 평균 진행은 기본적으로 단면과 관련하여 번들(2)의 중간에 위치한 섬유의 것과 대응한다. 그러나, 섬유들이 펼쳐진다면, 번들 단부에서 일반적으로 그러하듯이, 개별 섬유들의 모든 비견되는 섹션들의 층들을 평균냄으로써 번들(2)의 평균 진행을 계산하는 것이 가능하다. 확립된 고찰에 기초하여, 전문가는 평균 진행을 판단하기 위해 평균을 계산할 수 있다.
도 1b에 도시된 것으로부터 또한 알 수 있는 바와 같이, 번들(2)은 비견되는 배향을 갖는다. 이 경우에, 이것은 번들(2)의 꼭지점 영역이 파일 층(1)의 일 측면을 향해 배향되는 한편, 각각의 번들(2)의 개별 번들 단부가 파일 층(1)의 반대 측면을 향하는 것을 의미한다.
또한, 개별 번들(2)과 각각의 중간 인접 번들(2) 사이의 거리는 모든 번들(2)에서 무시할만한 정도로만 변한다. 이것은 도 1b에 도시된 것과 같이 측방향으로 각각 인접한 번들(2)들 사이의 거리와 각각의 도면에서 번들(2) 위 또는 아래의 이웃 번들(2)로부터의 거리 모두와 관련이 있다.
결과적으로, 도 1c에 따른 이질 재료의 배열에서는 분간될 수 없는 패턴이 도 1b의 개별 번들(2)의 배열로부터 도출될 수 있다.
이러한 패턴을 더욱 정밀하게 판단하기 위해, 파일 층(1)의 검사된 표면 섹션(예를 들어 20cm X 20cm로 측정된 표면 섹션)은 각각 동일한 표면 서브섹션들로 매우 용이하게 분할될 수 있다. 이것은 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 본 경우에, 도시된 표면 섹션은 32 X 32개의 표면 서브섹션들에 의해 체크보드 패턴으로 분할되었다. 각각의 표면 서브섹션 내의 이질 재료의 밀도 또는 이질 섬유의 밀도에 따라, 각각의 표면 서브섹션에 소정 값이 할당될 수 있다. 이질 재료의 밀도 및 이질 섬유의 밀도는 여기에서 전체적인 [재료] 밀도 또는 전체적인 섬유 밀도로 표준화되어야 한다. 가장 단순한 경우에, 이질 재료 또는 이질 섬유의 비율이 표면 서브섹션에 제시되어 있으면 1의 값이 할당될 수 있다. 그러나, 이 단순한 세분화는 분포 내에 이질 재료 또는 이질 섬유를 갖지 않는 충분히 많은 수의 표면 서브섹션이 제공된 경우에만 해당된다. 그렇지 않다면, 더 정밀한 세분화가 대부분의 경우에 요구된다. 앞서 이미 설명한 바와 같이, 예를 들어, 그러한 브레이크다운은 -5 내지 +5의 스케일을 사용하고 이질 재료 밀도 또는 이질 섬유 밀도의 함수로서 적분 값을 할당하는 것을 수반할 수 있고, 이때 최저 밀도는 -5일 것이고 최고 밀도는 +5일 것이다.
비견되는 방법이 또한 도 1b에 도시된 탄소 섬유 분포에 대하여 사용된다면(여기에서는 상세히 도시되지 않음), 그 결과는 표준화된 섬유 밀도의 변화하는 분포일 것이다. 따라서, 이질 재료 밀도 또는 이질 섬유 분포의 경우와는 다른 값이 대부분의 경우에 개별적인 비견되는 표면 서브유닛에 할당될 것이다. 이제 도 1b에 따른 탄소 섬유 분포 패턴과 도 1c에 따른 이질 재료 분포의 패턴을 비교하기 위해, 각각 대응하는 표면 서브유닛의 개별 값들이 서로 비교될 수 있다. 이러한 비교는 각각 비견되는 표면 서브유닛의 값들을 서로 감산함으로써 수학적으로 수행될 수 있다.
두 패턴이 서로 동일하다면, 감산은 각각의 표면 서브유닛에 대해 0의 값을 산출할 것이다. 그러나, 패턴이 더욱 상이할수록, 더욱 상이한 개별 값들이 표면 서브유닛들을 감산함으로써 산출된다. 이것은 비교될 패턴들 사이의 불일치에 대한 척도가 된다. 실용적인 관점에서, 모든 각각의 비견되는 표면 서브유닛들의 감산된 값들이 평균 한계를 초과하면 2개의 패턴은 상이할 수 있다. 예를 들어, 표면 서브 유닛의 전체적인 수로 표준화된 모든 표면 서브유닛의 모든 감산된 값의 합이 사전 설정된 값을 초과하면 패턴들은 상이할 수 있다. 이 값은 위에서 선택된 스케일 등급에 따라 합리적인 방식으로 판단될 수 있다. 예를 들어, -5 내지 +5에 이르는 스케일 범위에서 0.1로 평가될 수 있다.
본 발명의 경우에, 2개의 검사된 표면 섹션들의 패턴 사이의 차이를 판단하는 것은 비교적 용이한데, 이는 탄소 섬유(10)의 분포가 이질 재료(20) 또는 이질 섬유(20)와 명확히 다르기 때문이다. 각각의 경우에, 이러한 차이는 육안으로 이미 분간될 수 있다. 이는 특히 이질 재료(20) 또는 이질 섬유(20)의 분포가 검사된 표면 섹션의 많은 표면 서브유닛을 덮고 있지도 않기 때문에 그러하다. 그러나, 대부분의 또는 심지어 모든 표면 서브유닛이 덮여있다면, 각각의 비견되는 표면 서브섹션들의 값들을 감산하는 것에 의한 간단한 패턴 비교는 종종 거짓 상(picture)을 생성할 수 있다. 또한, 특정 패턴은 즉시 눈에 띄지 않는데, 이는 기존의 탄소 섬유(10) 또는 이질 재료(20)의 양에서 거의 지각되지 않기 때문이다. 이와 관련하여 더욱 정교한 패턴 비교 방법을 사용하는 것이 적절할 수 있다. 예를 들어, 상술한 바와 같이, 모든 표면 서브유닛에 대한 평면 자기상관(autocorrelation)이 계산될 수 있고, 이는 종종 기존의 패턴 규칙성이 계산에 더 잘 포함될 수 있게 하기 때문이다.
소개된 두 방법은 본 발명의 기틀 내에서 패턴들을 비교한다는 점에서 서로 동등하며, 패턴 비교를 목적으로 선택된 표면 섹션의 식별된 표면 서브섹션의 적어도 5%가 중첩에서 어떠한 이질 재료도 보이지 보여줄 수 없다면 이질 재료 분포의 경우에는 더 단순한 방법이 사용되는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따른 부직물 또는 부직 재료의 제1 실시예를 도시하며, 이것은 이중화를 통해 제작된 파일 층(1)의 2개의 파일로 구성된다. 부직 천이 존재하는 경우에, 부직 천은 파일 층(2)의 2개의 파일을 니들링함으로써 결속되었을 수 있다. 일 실시예에서, 2개의 파일 층(2)은 각각의 바람직한 방향이 서로에 대해 특정 각도로 회전되도록 서로에 대해 배열된다. 이러한 방식으로, 개별 파일 층(2)의 바람직한 방향들로부터 도출될 수 있는 강도-향상 특성이 방향 특정 방식으로 조절될 수 있다. 2개의 파일 층(1)의 서로에 대한 상대 배열은 바람직하게는 15°, 30°, 45°, 60°, 75° 및 90°의 각도로 회전시키는 것을 수반할 수 있다. 본 경우에, 2개의 파일 층(1)의 상대 배열은 이들을 서로에 대해 약 45°로 회전시키는 것이다.
도 4는 개별 단계의 진행을 설명하는 흐름도이며, 파일 층을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 일 실시예를 포함한다. 이 실시예에 따르면, 편평한 구조체를 절단할 필요가 있으며, 이것은 탄소 섬유(10)를 포함하는 번들(2)을 갖고, 이질 재료(20)에 의해, 특히 니팅용 실에 의해, 적어도 부분적으로 고정된다. 여기서 절단은 가장 일반적인 형태로 이해될 수 있고, 또한 예를 들어 블랭킹 단계를 포함한다. 또한, 절단된 편평한 구조체가 특히 해머 밀 내에서 처리되어, 번들(2)을 단일 섬유로 부분적으로 분쇄하는 것이 필요하고; 또한 이 처리 단계 동안 부분적으로 해체된 배치를 파일 형성 기계 내로, 구체적으로 소면기 내로 도입하는 단계가 포함된다. 이어서 파일 형성 기계는 번들(2)을 단일 섬유로 완전히 분리하지 않으면서 번들(2) 내의 탄소 섬유(10)를 다른 섬유와 엮도록 작동한다. 이러한 방식으로 제작된 파일 층은 파일 형성 기계로부터 제거된다. 특히, 이 방법은 또한 이질 재료(20) 또는 이질 섬유(20)를 분리하는 단계를 포함하지 않는다.
다른 제조 방법에서, 파일 층은 후속적으로 부직물 또는 부직 재료를 형성하도록 처리될 수 있다. 니들링, 스티칭 또는 니팅이 서로 겹쳐진 몇 개의 섬유 층(1)을 결속하기 위해 고려될 수 있다. 여기서 파일 층(1)에 포함된 만곡된 번들(2)은 적어도 부분적으로만 손상되어야 한다.
도면부호
1 파일 층
2 번들
10 탄소 섬유
20 이질 재료/이질 섬유
31 제1 패턴
32 제2 패턴

Claims (19)

  1. 단일 섬유로 부분적으로 해체되고 탄소 섬유(10)를 포함하는 복수의 번들(2) 및 이질 재료(20)를 갖는 파일 층(1)에 있어서,
    탄소 섬유(10)는 파일 층(1)의 전체 중량의 70중량% 이상을 차지하고, 이질 재료(20)는 파일 층(1)의 전체 중량의 2% 내지 30%를 차지하며, 이질 재료(20)는 재생 처리로부터 유래하고,
    상기 파일 층(1)은 부직물이고,
    상기 번들(2)은 번들(2)의 꼭지점 영역이 파일 층(1)의 일 측면을 향해 배향되고, 번들(2)의 개별 번들 단부는 파일 층(1)의 반대 측면을 향하는 만곡된 진행을 갖는 것을 특징으로 하는
    파일 층.
  2. 제1항에 있어서, 탄소 섬유(10)를 포함하는 번들(2)도 또한 적어도 부분적으로 재생 처리로부터 유래하는 것을 특징으로 하는
    파일 층.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 이질 재료(20)는 적어도 부분적으로 이질 섬유(20)를 갖고, 이질 섬유(20)는 탄소 섬유(10)와 다른 섬유인 것을 특징으로 하는
    파일 층.
  4. 제3항에 있어서, 탄소 섬유(10)는 서로에 대해 사전 설정된 제1 배열을 갖고, 이것이 제1 패턴(31)을 결정하며, 이질 섬유(20)는 서로에 대해 제2 배열을 갖고, 이것이 제2 패턴(32)을 결정하며, 제1 패턴(31)은 제2 패턴(32)과 상이한 것을 특징으로 하는
    파일 층.
  5. 제3항에 있어서, 이질 섬유(20)의 적어도 10%는 탄소 섬유(10)에 비해 1.5배 낮은 인장 강도를 갖는 것을 특징으로 하는
    파일 층.
  6. 제3항에 있어서, 이질 섬유(20)의 적어도 일부는 재봉용 실 또는 니팅용 실인 것을 특징으로 하는
    파일 층.
  7. 제3항에 있어서, 이질 섬유(20)의 적어도 일부는 탄소 섬유(10)와 상이한 색상을 갖는 것을 특징으로 하는
    파일 층.
  8. 제3항에 있어서, 이질 섬유(20)의 적어도 일부는 번들(2) 내의 탄소 섬유(10)보다 평균적으로 50%만큼 더 긴 것을 특징으로 하는
    파일 층.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 이질 재료(20)는 화학적 바인더를 적어도 부분적으로 갖는 것을 특징으로 하는
    파일 층.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄소 섬유(10)를 포함하는 복수의 번들(2)은 15cm보다 길지 않은 것을 특징으로 하는
    파일 층.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 번들(2)은 적어도 200개의 탄소 섬유(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    파일 층.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 파일 층(1)은 최대 50g/㎡, 최소 10g/㎡인 단위 면적당 질량을 갖는 것을 특징으로 하는
    파일 층.
  13. 부직 재료에 있어서,
    제1항에 따른 파일 층(1)을 적어도 2개 갖는 것을 특징으로 하는
    부직 재료.
  14. 부직 재료에 있어서,
    제1항 또는 제2항에 따른, 결속을 목적으로 니들링되는 파일 층(1)을 갖는 것을 특징으로 하는
    부직 재료.
  15. 제13항에 있어서, 결속을 목적으로 적어도 2개의 파일 층(1)이 서로 니들링되거나 또는 하나의 파일 층(1)이 니들링되며, 평균적으로 적어도 하나의 니들링 구멍이 1㎠의 면적에 존재하는 것을 특징으로 하는
    부직 재료.
  16. 파일 층(1)을 제조하는 방법이며,
    탄소 섬유를 포함하고, 이질 재료(20)에 의해 적어도 부분적으로 고정되는 번들(2)을 갖는 편평한 구조체를 절단하는 단계와,
    번들(2)을 단일 섬유로 부분적으로 해체하기 위해, 절단된 편평한 구조체를 개방 유닛 내에서 처리하는 단계와,
    이러한 방식으로 처리됨으로써 부분적으로 해체된 배치를 파일 형성 기계 내로 도입하는 단계와,
    번들(2)을 단일 섬유로 완전히 분리하지 않고 번들(2) 내의 탄소 섬유(10)를 추가의 섬유와 엮도록 파일 형성 기계를 작동시키는 단계와,
    파일 층(1)을 파일 형성 기계로부터 제거하는 단계를 포함하는
    파일 층 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 이질 재료(20)를 분리하는 단계를 포함하지 않거나 이질 재료(20)를 부분적으로 분리하는 단계를 포함하지 않는
    파일 층 제조 방법.
  18. 삭제
  19. 제1항 또는 제2항에 따른 파일 층(1) 또는 제13항에 따른 부직 재료를 포함하는 수지 침지 부품.
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