KR101902026B1

KR101902026B1 - 상호 체결 형상을 갖는 섬유를 포함하는 복합재 및 이를 제조하는 방법

Info

Publication number: KR101902026B1
Application number: KR1020137011080A
Authority: KR
Inventors: 마이클 피. 코자르; 마크 에스. 윌렌스키
Original assignee: 더 보잉 컴파니
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2018-09-27
Also published as: CN103269846B; CA2818343A1; CN103269846A; AU2011341611B2; JP2014504222A; AU2011341611A1; RU2597375C2; RU2013132307A; US8530027B2; EP2651625A1; CA2818343C; EP2651625B1; JP6055778B2; US20120156418A1; ES2613676T3; WO2012082267A1; KR20130141501A

Abstract

본 발명은 상, 하부면과 측면을 구비하는 다수의 섬유(22)를 포함하는 복합재 구조물에 대한 것이다. 상기 섬유는 매트릭스 내에 함침되어 있다. 상기 섬유(22)의 적어도 하나의 상기 상,하부면 중의 적어도 하나는 노치 영역(40)과 이 노치 영역(40)의 양측에 형성된 한 쌍의 측면 영역(42)을 구비한다. 상기 다수의 섬유(22)는 층으로 배치된다. 상기 층 중의 적어도 하나의 섬유는 인접한 상기 층의 적어도 하나의 섬유의 노치 영역 내에 수용되어 이루어진다.

Description

상호 체결 형상을 갖는 섬유를 포함하는 복합재 및 이를 제조하는 방법{COMPOSITE MATERIAL COMPRISING FIBERS WITH INTERLOCKING SHAPES, AND METHOD TO MANUFACTURE IT}

본 발명은 일반적으로 복합재, 특히 개선된 충돌 성능을 가지는 섬유보강된 복합물품에 대한 것이다.

복합 구조물은 전형적으로 섬유로 보강된 매트릭스를 포함하고, 상기 섬유가 매트릭스에 배치되어 있는 구조로 되어 있다. 복합재 구조물은 상기 섬유의 길이를 따라 하중을 전달하도록 되어 있다. 하중은 상기 매트릭스 재료를 통과함으로써, 하나의 섬유로부터 동일 층 내의 다른 섬유로 전달되거나 인접한 층의 섬유로 전달된다. 그러나, 상기 매트릭스는 전형적으로 상기 섬유보다 약하여 매트릭스를 지나 하나의 섬유에서 다른 섬유로 충분히 높은 하중이 전달될 때, 상기 매트릭스는 파괴된다. 상기 매트릭스의 파괴는 상기 복합 구조물 내에서 상기 섬유가 측방향으로 움직이도록 한다.

복합재 패널이 발사체에 의해 충격을 받는 충돌 사고 동안에, 상기 섬유가 측방향으로 이동할 수 있는 것은 복합재 패널의 전반적인 충돌 성능에 일반적으로 악영향을 준다. 예를 들어, 매트릭스에서 횡방향으로 이동할 수 있도록 하는 섬유의 능력은 상기 발사체를 섬유들 사이에 낄 수 있도록 한다. 상기 섬유들 사이에 상기 발사체가 끼이게 되는 것은 상기 발사체가 상기 섬유를 파괴하지 않으면서 복합 패널의 두께를 파고들 수 있도록 한다. 이와 관련하여, 상기 섬유의 횡방향 이동과 발사체의 뒤따른 끼워짐은 상기 패널의 충돌 성능을 감소시킨다.

그리하여, 위에서 볼 수 있듯이, 섬유의 횡방향 이동에 대한 민감성을 줄일 수 있도록 하고, 충돌 성능이 개선될 수 있도록 하는, 복합재 구조물에 대한 필요성이 당해 기술분야에서 요구되었다.

충돌 적용을 위한 복합재 구조물에 관련하여 상기 설명한 요구는 본 발명에 의하여 특별히 해결되거나 완화될 수 있는데, 본 발명은, 실시예에서, 매트릭스에 적어도 부분적으로 묻힌 다수의 섬유를 구비하는 복합재 구조물을 제공한다. 상기 섬유의 각각은 상부면, 하부면 및 측면을 갖는다. 상기 섬유의 적어도 하나의 상부면, 하부면 및 측면 중의 적어도 하나는 노치 영역과, 이 노치 영역의 대향하는 측면에 한 쌍의 측면 영역을 구비한다. 상기 다수의 섬유는 층상으로 배치된다. 상기 층상 중의 적어도 하나의 섬유는 상기 층상의 다른 쪽의 적어도 하나의 섬유의 노치 영역 내에 수용될 수 있다.

상부면, 하부면 및 측면을 갖는 섬유도 설명되어 있다. 상기 상부면, 하부면 및 측면 중의 적어도 하나는 노치 영역과, 이 노치 영역의 대향하는 측면에 한 쌍의 측면 영역을 구비한다. 상기 노치 영역은 이웃하는 섬유의 측면 영역을 수용하도록 되어 있다.

본 발명은 추가로 복합재 구조물을 제조하는 방법을 포함한다. 상기 방법은 상부면, 하부면 및 측면을 갖는 다수의 섬유를 형성하는 단계들을 포함한다. 노치 영역은 상기 섬유의 상부면, 하부면 및 측면 중의 적어도 하나에 형성될 수 있고, 상기 섬유의 길이를 따라 축방향으로 연장될 수 있다. 한 쌍의 측면 영역이 상기 노치 영역의 대향하는 측면에 형성될 수 있다. 상기 노치 영역은 상기 섬유의 다른 쪽의 측면 영역을 수용하도록 되어 있다.

추가의 실시예에서는, 상부면, 하부면 및 측면을 구비하는 다수의 섬유를 형성하는 단계를 구비하는 복합재 구조물을 제조하는 방법이 설명되어 있다. 상기 방법은 노치 영역과, 상기 섬유의 상부면과 하부면 중의 적어도 하나에서 상기 노치 영역의 대향하는 횡방향면에 한 쌍의 측면을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 상기 섬유의 하나의 노치 영역 내에서 상응하는 한 쌍의 섬유의 한 쌍의 측면 영역 쌍을 수용하는 단계를 추가로 구비한다. 상기 다수의 섬유는 나란한 구조로 배열되어, 상기 섬유의 적어도 하나의 측면이 상기 섬유 중의의 바로 인접한 섬유의 측면에 실질적으로 평행하도록 되어 있다. 상기 방법은 매트릭스에 상기 섬유를 적어도 부분적으로 묻어넣는 단계와, 상기 복합재 구조물을 형성하기 위하여 경화시키는 단계를 포함한다.

이상에서 설명된 본 발명의 특징, 구조 및 장점은 본 발명의 다양한 실시예에서 독립적으로 얻을 수 있고, 또는 다른 실시예에 결합될 수 있으며, 본 발명의 실시예는 첨부한 도면을 참조하여 이하에서 더 자세히 설명될 것이다.

본 발명에 따라 섬유의 횡방향 이동에 대한 민감성을 줄일 수 있도록 하고, 충돌 성능이 개선될 수 있도록 하는, 복합 구조물이 달성된다.

도 1은 매트릭스 부재와 매트릭스 내에 묻힌 다수의 섬유를 포함하는 실시예에서 복합재 구조물의 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 복합재 구조물의 분해 사시도와, 층상으로 배치되고 섬유에 형성된 노치 영역에 의해 서로 결합된 다수의 섬유를 나타낸다.
도 3은 도 1의 선 3을 따라 취한 복합재 구조물의 부분의 확대 사시도를 나타내는 도면으로 섬유의 상호 결합을 나타낸다.
도 4는 도 3의 선 4를 따라 취한 복합재 구조물의 단면을 나타내며, 노치 영역과 노치 영역의 양측에 한 쌍의 측면 영역을 각각 구비하는 다수의 섬유를 나타낸다.
도 5는 도 4의 섬유의 분해 사시도를 나타내고, 상기 섬유에 형성된 노치 영역을 보여준다.
도 6은 상기 섬유의 추가 실시예의 단면도를 나타내고, 상기 노치 영역은 서로 결합하기 위한 각진 노치 측벽을 구비하여 서로에 대하여 상기 섬유의 평면 내 이동 및 탈평면 이동에 대한 저항을 제공하도록 한다.
도 7은 상부면 및 하부면에 형성된 노치 영역을 각각 구비하는 다수의 섬유의 단면도를 나타낸다.
도 8은 섬유의 상부면과 하부면에 대한 비수직 관계로 배치된 측면을 구비하는 다수의 섬유의 단면을 나타낸다.
도 9는 다수의 섬유의 단면도로서, 각각의 섬유의 상부면과 하부면의 각각에 형성된 노치 영역을 나타내고, 각진 노치의 측벽과 상기 섬유의 각진 측면을 나타낸다.
도 10은 교차된 겹 구조로 된 복합재 구조물의 다수의 층을 나타내고, 인접한 결합된 섬유층 쌍에 대하여 수직으로 배치된 결합된 섬유층 쌍을 나타낸다.
도 11은 복합재 구조물을 제조하기 위한 방법에 포함될 수 있는 하나 이상의 공정을 나타내는 흐름도이다.

이제 본 발명의 바람직하고 다양한 실시예를 설명할 목적으로 첨부된 도면을 참조하는데, 도 1은 복합재 구조물(10)의 실시예를 나타낸다. 상기 복합재 구조물(10)은 매트릭스(18)와 이 매트릭스(18)에 묻힌 다수의 섬유(22)를 포함하는 섬유보강 복합 패널(14)로 제작될 수 있다. 바람직하게는, 상기 매트릭스(18)는 광학적으로 실질적으로 투명한 재료로 형성될 수 있다. 마찬가지로, 상기 섬유(22)는 광학적으로 실질적으로 투명한 섬유 재료로 형성될 수 있다. 상기 복합재 구조물(10)은 도 1에서 실질적으로 평평한 패널 표면(16)을 갖는 패널(14) 구조를 도시되어 있지만, 상기 복합재 구조물(10)은 어떠한 제한없이 다양한 크기, 형상, 구조로 형성될 수 있고, 평평한 평면이나 복합 곡률 평면을 구비할 수도 있다.

바람직하게는, 여기에 설명된 상기 복합재 구조물(10)은 상기 섬유(22)의 길이를 따라 축방향으로 연장하고 상기 섬유(22)를 횡방향 또는 평면방향 결합인 평면내 결합(46, 도 4 내지 10)에서 서로 결합할 수 있게 하고, 선택적으로 아래에서 설명하듯이 평면에서 이탈하는 방향(48, 도 6,8-10)에서 서로 결합하게 하는 노치 영역(40, 도 2)을 구비한다. 섬유(22)의 평면내 결합(46)은 인접한 층(20)의 섬유(22)의 적어도 하나와 함께 하나의 층(20)의 섬유(22)의 적어도 하나의 상대이동을 제한하거나 방지할 수 있다. 2 개의 다른 층(20)의 상호 결합된 섬유(22)는 결합된 층쌍(21)을 포함한다. 섬유(22)의 결합은 섬유들 사이로 발사체가 뚫고 들어가는 것을 막음으로써 복합재 구조물(10)의 충돌 성능을 향상시킬 수 있다. 게다가, 섬유(22)의 결합이 인접한 섬유(22)들 사이의 틈을 최소화함으로써 복합재 구조물의 광학적 성질을 개선할 수도 있다. 심지어, 노치 영역(40)의 추가는, 복합재 구조물(10)의 층간 전단강도, 강성, 압축 강도, 파괴 강도 및 손상 강도와 같은 향상된 성질을 포함하는 복합재 구조물(10)의 기계적 성질을 유리하게 제어하거나 향상시킬 수 있다. 게다가, 매트릭스(18)와 섬유(22)들 사이를 통과하는 빛의 양을 최소화하기 위하여 복합재 구조물(10)의 광학적 성능은 상기 섬유(22)의 측면(30, 도 4)을 상기 섬유(22)의 상면(26)과 하면(28, 도 4)에 대하여 비수직으로 배치함으로써 개선될 수 있는데, 그렇지 않는 경우, 광학적 왜곡을 초래하는 매트릭스(18)와 섬유(22)를 통과하는 빛으로 위상차(phase differencce)를 초래하게 된다.

도 1을 참고하면, 패널(14)로 구성되고, 매트릭스(18) 내에 묻힌 다수의 섬유(22)를 포함하는 복합재 구조물(10)이 도시되어 있다. 상기 섬유(22)는 매트릭스(18)를 위한 구조적 보강재로서 기능하고, 복합재 구조물(10)의 기계적 충돌 성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 섬유(22)는, 상기 섬유(22)의 탄성 계수와 향상된 인장 강도의 결과로서, 상기 복합재 구조물(10)의 특정한 강성(즉, 밀도로 나눈 복합재 구조물(10)의 강성)을 향상시키기 위하여 구조적 보강재를 제공할 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명에서는 강도, 스트레인 및 강성과 같은 특성은 동역학적 특성 및/또는 준 정적 특성으로서 쓰인다.

충돌 특성은 상기 하나 이상의 섬유(22)로 형성된 노치 영역(40, 도 2)에 의하여 제공된 섬유(22)의 결합에 기안하여 향상될 수 있다. 더욱 특별하게는, 상기 노치영역(40)은, 인접한 층(20)의 섬유(22)와 하나의 층(20)의 섬유(22)를 결합시키게 되고, 상호 결합된 섬유(22)의 능력을 상기 매트릭스(18)에 대하여 서로에 대해 측면으로 이동하는 상호 결합된 섬유(22)의 능력을 제한하게 된다. 상기 노치 영역(40)에 의해 형성된 결합의 기술적 효과는 상기 섬유(22)들 사이에서 발사체의 쐐기식 뚫고 지나감을 감소시키거나 제외시키는 것이다. 발사체가 섬유를 파고 드는 동안, 상기 발사체는 상기 섬유(22)를 측방향으로 바람직하지 않게 누를 수 있어서 상기 발사체가 상기 섬유(22)들 사이를 통과할 수 있게 되고 섬유(22)를 파손하지 않고 상기 복합재 패널(14)을 침투하는 것을 허용하게 된다. 그러나, 본 발명은 상기 섬유(22)를 상기 섬유(22)에 형성된 노치 영역(40)과 상기 섬유(22)를 결합시킴으로써 그러한 섬유(22)의 그러한 측방향 이동을 감소시키거나 최소화하게 된다.

더욱이, 상기 노치 영역(40, 도 2)은, 섬유(22)의 측방향 분리를 저지하는 평면내 결합(46, 도 4 내지 도 10)을 결합을 깨기 위한 발사체에 의해 필요한 에너지의 증가를 초래한다. 추가로, 상기 노치 영역(40)은 어떤 구조에서는 평면내 및 탈평면(out-of-plane) 결합(46, 48, 도 6, 도 8 내지 도 10) 모두를 제공하도록 구성될 수 있어서, 상기 섬유(22)가 서로에 대해 근접하게 유지되게 하면서 그리고 예컨대 발사체로부터 침투에 대한 증가된 저항을 가지는 복합 패널(14)을 제공할 수 있게 된다. 상기 노치 영역(40)은 추가로 향상된 손상 저항을 제공할 수 있어서 복합재 구조물(10)이 발사체에 의한 충격에 따른 구조적 하중을 부담할 수 있도록 한다.

도 2를 참조하면, 복합재 구조물(10) 즉 도 1의 패널(14)의 분해된 도면을 나타내고 매트릭스(18) 내에서 층(20)으로 배열되고 스트립으로 형성된 다수의 섬 유(22)를 도시한다. 도 2에 보여진 바와 같이, 상기 섬유는 스트립으로 배열되고, 상기 섬유(22)의 각각의 길이를 따라 이어지는 노치 영역(40)에 의해 필연적으로 서로 정렬되어 있다. 상기 섬유(22)의 각각은 도 4에서 가장 잘 볼 수 있는 것과 같이 실질적으로 평면형 섬유면(24)의 대향된 쌍을 구비하는 길다란 단면 형태를 가질 수 있다. 도 2에 나타낸 것과 비슷한 실시예에서, 상부면, 하부면(26, 28, 도 4)과 같은 상기 섬유면(24)은, 복합재 구조물(10)의 광학적 성능을 향상시키기 위하여 상기 복합재 구조물(10)의 구조물 표면(12)에 실질적으로 평행하게 배치될 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 복합재 구조물(10)의 확대된 사시도가 나타나 있는데, 상기 섬유(22)는 상기 매트릭스(18) 내에서 층(20)으로 배치되어 있다. 상기 층(20)은 상기 복합재 구조물(10) 내에서 서로에 대해 어떠한 방향으로든 배치될 수 있고, 도 3에 보인 것과 같은 교차겹 구조(cross-ply configuration)에 한정되지는 않는다. 더욱이, 도 3의 상기 복합재 구조물(10)이 3 개의 결합된 층쌍(21, 도 1, 도 2)을 형성하는 6 개의 섬유(22)의 층(20)을 구비하는 것으로 도시되어 있을지라도, 어떠한 분량의 층(20)이라도 어떠한 상호 결합구조로든 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 복합재 구조물(10), 노치 영역(40)을 포함하고 다른 층(20)의 섬유(22)에 서로 결합되지 않은 단일의 섬유(22) 층(20)을 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 복합재 구조물(10)은 어떠한 수량의 결합된 층쌍(21)을 형성하는 섬유(22)를 구비할 수도 있다. 하나 이상의 결합된 층쌍(21)이, 하나 이상의 섬유(22)의 상부 및/또는 하부면(26, 28, 도 4)에 형성된 노치 영역(40)에 의하여 하나 이상의 다른 결합된 층쌍(21)에 상호결합될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 복합재 구조물(10)은 섬유(22)의 단일 층(20) 또는 10 또는 그 이상의 섬유(22) 층(20)을 구비할 수 있다. 상기 층(20)은 서로에 대하여 어떠한 방향으로든 배치될 수 있다. 더욱 특히, 어느 층(20)의 섬유(22)라도 인접한 층(20)의 섬유(22)에 대해 어떠한 각도로 배치될 수 있다.

도 3은, 상기 노치 영역(40)을 통해 인접한 층(20)의 섬유(22)와 서로 결합된 섬유(22)를 각각 포함하는 몇 개의 층(20)을 나타낸다. 상기 층(20)은 바로 인접한 층(20)의 섬유(22)에 대하여 임의의 방향으로 배치된 섬유(22)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3은 교차겹 구조를 나타내는데, 여기서 결합된 층쌍(21)의 하나의 층(20)의 상기 섬유(22)는 결합된 층쌍(21)의 바로 인접한 층(20)의 섬유(22)에 대하여 수직으로 배치되어 있다. 도 3은 상기 복합재 구조물(10)의 한정적인 실시예를 나타내는 것이 아니고, 상기 복합재 구조물(10)의 한정적인 대안 구조로 해석되어서는 안되고, 또는 상기 매트릭스(18) 내에서 섬유(22)의 층(20)의 대안적인 배치도 아니다. 예를 들어, 상기 층(20)은 도 3에 되시된 것과 같이 서로에 대하여 수직적인 배치될 수도 있고, 또는 인접한 층(20)에 대하여 어떤 비수직 배치(예컨대, 15도, 22.5도, 45도, 60도, 70도 등)로 배치될 수도 있다.

도 4를 참조하면, 도 3의 선 4를 따라 취한 복합재 구조물(10)의 부분의 확대 단면도로서, 서로 결합된 섬유(22) 층(20) 쌍을 나타낸다. 도 4에서 볼 수 있듯이, 섬유(22)의 각각은 바람직하게는 상대적으로 납작하거나 실질적으로 편평한 섬유(22) 면을 구비한 길다란 단면 형태를 가져서, 빛이 만곡면을 통과할 때 일어날 수도 있는 굴절이나 회절을 최소화할 수 있게 한다. 이와 관련하여, 상기 실질적으로 편평한 섬유(22)의 구조는 상기 복합재 구조물(10)의 광학적 성능을 개선하게 된다.

도 4와 도 5를 참조하면, 상기 섬유(22)의 실질적으로 길다란 형상은 바람직하게는 상대적으로 높은 형상비(aspect ratio)를 갖는다. 상기 형상비는 섬유 두께(32, 도 4)에 대한 섬유 폭(34, 도 4)의 비율로 정의된다. 하나의 실시예에서는, 상기 섬유(22)의 단면이 어떠한 형상비로 변하더라도, 상기 형상비는 약 3에서 약 500 사이에서 변한다. 하나의 실시예에서는 상기 섬유 두께(32)는 약 5 마이크론에서 약 5000 마이크론(예를 들어, 0.002 내지 0.02 인치)의 범위에 있다. 그러나 상기 섬유(22)는 어떠한 제한없이 어떠한 섬유 두께(32)를 구비할 수 있다.

도 4와 도 5에 보인 대로, 상기 섬유(22)의 상부, 하부면(26, 28)은 바람직하게는 서로에 실질적으로 평행하게 배치되어 있다. 그러나, 상기 섬유(22)는 상기 섬유(22)의 상부, 하부면(26, 28)이 서로에 실질적으로 비평행하게 배치되어 있는 다른 구조로 될 수도 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, 상기 섬유(22)의 각각은 바람직하게는 상기 섬유(22)의 길이를 따라 축방향으로 연장되는 노치 영역(40)을 구비한다. 도 4가 각각의 섬유(22)의 상, 하부면(26, 28) 중의 어느 하나에 형성된 노치 영역(40)을 도시하더라도, 상기 섬유(22)는, 노치 영역(40)이 각각의 섬유(22)의 상, 하부면(26, 28)에 형성된 실시예에 구비될 수 있으며, 이러한 실시예는 도 7과 도 9에 도시되어 있고 이는 더 자세히 설명될 것이다.

도 4와 도 5를 참조하면, 상기 섬유(22)를 위한 상기 노치 영역(40)은 일반적으로 상기 섬유(22)의 폭 내에 중심 잡힐 수 있다. 그러나, 상기 섬유(22)가, 상기 노치 영역(40)이 상기 섬유(22)의 측면(30)의 어느 하나를 향해 편향되는 구조로 형성될 수 있는 것도 고려된다. 도 7과 도 9에 보인 바와 같이 상, 하부면(26, 28) 모두에 노치 영역(40)을 가지는 섬유(22) 구조에 대하여, 상기 상부면(26)의 노치 영역(40)은 아래에 자세히 설명되는 것처럼, 상기 섬유(22)의 하부면(28)의 노치 영역(40)과 대체로 정렬될 수 있다. 그러나, 상기 상, 하부면(26, 28)의 노치 영역(40)은 서로로부터 오프셋(offset)될 수 있다.

상기 노치 영역(40)은 측면 영역(42)에서의 섬유 두께(32)보다 작은 노치 영역(40)에서의 두께를 가지는 섬유(22)를 생성케 한다. 도 4 및 도 5에서 볼 수 있듯이, 상기 노치 영역(40)의 각각은 상기 노치 영역(40)의 양측에 배치된 측면 영역(42)의 하나를 구비한다. 상기 노치 영역(40)에서의 섬유(22)의 두께는 사기 측면 영역(42)에서 상기 섬유(22)의 두께보다 일반적으로 작게 나타나 있다. 그러나, 상기 섬유(22)는 상기 노치 영역(40)과 상기 측면 영역(42)이 실질적으로 비슷한 두께를 가지는 구조로 형성될 수도 있다. 도시되지는 않은 그러한 구조에서는, 상기 섬유(22)는 도 4 및 도 5에 도시된 구조로 형성된 비교적 얕은 U자 구조에 비교하여 비교적 얕은 모자 구조를 형성할 수 있다. 상기 노치 영역(40)은 양 측면에서 노치 측벽(44)으로 경계지워진다. 도 4와 도 5는 상기 노치 측벽(44)이 상기 상,하부면(26, 28)에 대하여 수직으로 배치된 것으로 보여준다. 그러나, 도 6과 도 8 및 도 9는 상기 노치 측벽(44)이 상기 상,하부면(26, 28)에 대하여 비수직의 어떤 각으로 배치된 것으로 보여준다. 상기 노치 영역(40), 상기 측면 영역(42), 상기 노치 측벽(44) 및 측면(30)이 비교적 날카로운 코너를 가진 상대적으로 평평한 면을 구비하는 것으로 도시되어 있더라도, 상기 섬유(22)는, 상기 측면 영역(42), 상기 노치 측벽(44) 및 측면(30)을 구비하는 상기 노치 영역(40)은 만곡면 또는 평면과 만곡면의 조합으로 형성될 수 있는 구조로 구성될 수 있다. 추가로, 상기 노치 측벽(44) 및 측면(30)의 코너는 라운드형으로, 빗면으로, 모따기형으로 또는 달리 날카롭지 않은 코너로 형성될 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 하나의 섬유(22)의 상기 측면 영역(42)은 결합된 층쌍(21)을 형성하기 위하여 층(20)의 인접한 섬유(22)의 상기 노치 영역(40) 내에 수용될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 보인 바와 같이, 각각의 노치 영역(40)은 인접한 층(20)의 섬유(22)의 인접한 쌍의 상기 측면 영역(42)의 쌍을 수용할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 섬유(22)는 나란한 배치로 위치될 수 있고, 상기 노치 영역(40)의 결합에 의하여 서로에 대해 고정될 수 있다. 상기 섬유(22)는, 이 섬유(22)의 측면(30)이 바람직하게는 서로에 대해 실질적으로 평행하게 배치되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4는 상기 섬유(22)의 각각의 측면(30)이 서로에 대해 평행하게 배치되어 있고 상,하부면(26, 28)에 대해 실질적으로 수직으로 배치되어 있는 것을 보여준다.

마찬가지로, 도 6과 도 7은 상,하부면(26, 28)에 대해 실질적으로 수직으로 배치된 상기 측면(30)을 보여준다. 추가로, 도 6은 각각의 상기 노치 영역(40)의 상기 노치 측벽(44)이 상,하부면(26, 28)에 대해 비수직으로 배치된 것을 보여준다. 이와 관련하여, 도 6은 결합된 층쌍(21)을 보여주는데, 상기 노치 측벽(44)의 배치에 의하여 평면내 결합(46)과 탈평면 결합(48)을 제공하는 섬유(22) 구조를 나타낸다.

도 7을 참조하면, 상기 노치 측벽(44)이 상,하부면(26, 28)에 대해 실질적으로 수직으로 배치되어 상기 노치 영역(40)이 상기 섬유(22)의 평면내 결합(46)을 형성하도록 된 상기 노치 영역(40)이 도시되어 있다. 도 7은 추가로, 도 4와 도 5에 도시된 상기 섬유(22)의 단일의 상기 노치 영역(40)에 의해 형성된 것보다 인접한 섬유(22)의 더 큰 평면내 결합(46)을 제공하기 위하여, 각각의 상기 섬유(22)의 상,하부면(26, 28)의 각각에 형성된 상기 노치 영역(40)을 도시한다. 도 7은 또한 각각의 섬유(22)의 각각의 측면에 위치된 층(20)의 섬유(22)에 각각의 섬유(22)를 용이하게 결합할 수 있도록 각각의 섬유(22)의 상기 상,하부면(26, 28) 모두에 형성된 상기 노치 영역(40)을 도시한다. 도 7은 결합된 층쌍(21)을 형성하기 위하여 서로에 대해 상호결합된 두 개의 층(20)을 도시하지만, 상기 섬유(22)의 상기 상,하부면(26, 28) 모두에 형성된 상기 노치 영역(40)은 도 7에 도시된 두 개의 층(20)을 넘어 추가의 층(20)의 평면내 결합을 용이하게 한다.

도 8을 참조하면, 도 8은 상기 노치 측벽(44)이 상기 상,하부면(26, 28)에 대하여 비수직으로 배치된 섬유(22)의 실시예를 도시한다. 마찬가지로, 상기 섬유(22)의 상기 측면(30)은 상기 상,하부면(26, 28)에 대하여 비수직으로 배치되어 상기 섬유(22)의 탈평면 결합(48)을 형성하게 된다. 도 8에 도시된 실시예에서, 상기 측면(30)은 상기 상,하부면(26, 28)에 대하여 비스듬한 각도로 배치된다. 예를 들어, 상기 측면(30)은 상기 상,하부면(26, 28)에 대하여 10도보다 작거나 170도보다 큰 각도로 배치될 수도 있지만, 상기 상,하부면(26, 28)에 대하여 약 10도 내지 170도로 배치될 수 있다. 더욱이, 도 8은 상기 상,하부면(26, 28)에 대하여 비수직으로 배치된 측면(30)과 노치 측벽(44)을 가지는 각각의 섬유(22)를 도시하고 있지만, 상기 섬유(22)는 상기 상,하부면(26, 28)에 대하여 상기 측면(30)만이 비수직으로 배치되고 상기 노치 측벽(44)은 상기 상,하부면(26, 28)에 대하여 실질적으로 수직으로, 또는 그 역으로, 배치되는 구조로 형성될 수도 있다. 상기 측면(30)과 상기 노치 측벽(44)은 서로에 대해 실질적으로 동일한 각도로 배치되는 것으로 도시되어 있더라도, 상기 측면(30)은 상기 노치 측벽(44)에 대하여 다른 각도로 배치될 수도 있다.

도 9를 참조하면, 상기 상,하부면(26, 28, 도 8)에 대하여 비수직으로 배치된 구조를 가지는 노치 측벽(44)으로 형성된 각각의 섬유(22)의 상기 노치 영역(40)을 나타내는 섬유(22)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 마찬가지로, 상기 섬유(22)의 상기 측면(30)은 상기 상,하부면(26, 28)에 대하여 비수직의 각도로 형성될 수 있어서, 상기 섬유(22)의 이동에 대하여 향상된 결합과 저항을 제공할 수 있다. 도 9는 또한, 도 7에 도시된 것과 비슷하게, 각각의 섬유(22)의 각각의 측면에 위치된 층(20)의 섬유(22)에 각각의 섬유(22)를 용이하게 결합할 수 있도록 각각의 섬유(22)의 상기 상,하부면(26, 28) 모두에 형성된 상기 노치 영역(40)을 도시한다. 이와 관련하여, 도 9는, 2 개의 결합된 층쌍(21)을 형성하기 위하여 층 사이의 결합을 용이하게 하기 위하여, 상기 상,하부면(26, 28) 모두에 형성된 상기 노치 영역(40)을 가지는 3 개의 층(20)을 도시한다. 어떠한 수량의 층(20)이라도 각각의 섬유(22)의 상기 상,하부면(26, 28)에 형성된 상기 노치 영역(40)에 의하여 상호결합될 수 있다.

도 10을 참조하면, 8 개의 섬유(22) 층(20)의 적층을 포함하여 4 개의 결합된 층쌍(21)을 형성하는 복합재 구조물(10)의 부분의 단면도가 도시되어 있다. 도면에서 볼 수 있듯이, 결합된 층쌍(21)의 층(20)은 인접한 결합된 층쌍(21)의 층(20)에 대하여 대체로 수직으로 배치되어 있다. 이와 관련하여, 도 10은 도 2와 도 3에 도시된 섬유(22)의 교차-겹 구조와 비슷한 층(20)의 교차-겹 구조를 나타낸다. 더욱 특별하게, 도 10은 지면으로부터 밖으로 연장하는 2 개의 결합된 층쌍(21)과, 지면의 평면을 따라 연장하는 2 개의 결합된 층쌍(21)을 나타낸다. 섬유(22)의 하나 이상의 상부면(26) 및/또는 하부면(28)에 노치 영역(40)을 형성함으로써, 어떠한 분량의 층(20)이 어떠한 구조로도 결합될 수 있다.

도 1 내지 도 10에 보인 실시예에서, 매트릭스(18) 재료가 인접한 섬유(22)의 측면(30)들 사이 및 인접한 섬유(22)의 노치 영역(40)과 노치 측벽(44) 사이를 포함하여 섬유(22)의 각각의 상부면(26)과 하부면(28) 사이에 구비될 수도 있다. 상기 매트릭스(18) 재료는 상기 섬유(22)를 서로에게 물리적으로 및 광학적으로 결합시킬 수 있다. 도 1 내지 도 10에 보인 실시예에서, 상기 섬유(22)의 배치는 평면 방향으로의 분리를 방지한다. 추가로, 도 6, 도 8 및 도 9에 보인 바와 같은 비스듬한 노치 측벽(44)을 가지는 섬유(22)의 어떤 실시예는 상기 노치 측벽(44)의 비수직 배치에 의해 탈평면 이탈을 저지할 수 있게 한다.

바람직하게는, 상기 섬유(22)는, 다른 하중 조건하에서 상기 매트릭스(18)에서 섬유(22)의 상대적인 이동량을 제어하기 위한 수단을 제공하는 결합효과에 의해, 분리나 이탈을 방지하게 된다. 도 1에 보인 패널(14)과 같은 복합재 구조물(10)에 발사체의 충돌 동안에, 상기 섬유(22)는, 상기 섬유(22)의 다른 비결합 층(20)이 서로에 대해 상대이동을 허용하면서, 평면내 분리에 대해 저항하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 10에 도시된 구조에서는, 최상부에 결합된 층쌍(21) 바로 아래의 층(20)이 상기 최상부에 결합된 층쌍(21)에 결합되지 않아 따라서 상기 최상부에 결합된 층쌍(21)의 층(20)에 대하여 횡방향으로 이동할 수 있는 한편, 최상부에 결합된 층쌍(21)은 상기 섬유(22)의 평면내 이동(즉, 횡방향 이동)을 저지할 수 있다.

상기 층(20)의 쌍들 사이의 상대 이동은, 상기 층(20)들을 서로 결합시키기 위해 선택적으로 포함될 상기 매트릭스(18)와 접착제의 재료 특성의 선택에 의하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 서로에 대하여 상기 층(20)들의 이동의 제한된 정도를 제공하는 접착제를 선택하는 것이 바람직하다. 어떤 섬유(22) 길이의 더 큰 부분이 발사체의 감속에 기여할 수 있도록 상기 매트릭스(18) 내에서 어떤 섬유(22)의 상대 이동 또는 미끄러짐은 충돌 상황 동안에 일어나는 것이 바람직하다.

상기 섬유(22) 및/또는 매트릭스(18)가 불투명한 재료로 만들어질 수도 있지만, 상기 섬유(22)와 매트릭스(18, 도 1 내지 도 10)는 바람직하게는 광학적으로 실질적으로 투명한 적절한 재료로 만들어질 수 있다. 이와 관련하여, 매트릭스(18) 및/또는 섬유(22)는 실질적으로 투명한 것과 실질적으로 불투명한 것 사이의 어떠한 투명도를 가지는 어떠한 재료로 만들어질 수 있다. 상기 매트릭스(18) 및/또는 섬유(22)는 열가소성 재료로 만들어질 수 있는데, 이는 아크릴, 플루오르탄소, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리에테르에테르 케톤, 폴리에테르이미드, 에폭시 및 무기 수지 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 수지와 오일도 상기 매트릭스(18)를 위해 사용될 수 있다. 상기 매트릭스(18) 및/또는 섬유(22)는 또한 폴리우레탄, 페놀, 폴리이미드, 비스말레이미드(bismaleimides), 폴리에스테르, 에폭시, 및 실세스퀴옥산(silsesquioxanes) 중의 적어도 하나를 포함하는 열경화성 재료로도 만들어질 수 있다. 상기 매트릭스(18) 및/또는 섬유(22)는, 이에 한정되지는 않지만, 카본, 실리콘 카바이드 및 붕소를 포함하는 무기 재료로 만들어질 수 있다. 상기 매트릭스(18) 및/또는 섬유(22)는 추가로, E-글라스(알루미늄-붕규산 유리), S-글라스(알루미늄-규산 유리), 순수 실리카, 붕규산 유리 및 광학 유리와 같은 유리로 형성될 수도 있다. 상기 섬유(22)는 추가로 금속 재료로 만들어질 수 있다.

여기서 설명된 상기 복합재 구조물(10, 도 1 내지 도 10)은 다양한 적용례에 실행될 수 있다. 예를 들어, 상기 복합재 구조물(10)은 항공기 등의 전방 유리, 덮개, 창유리와 같이 운반체용의 충돌 패널(14)로 실행될 수 있다. 추가로, 상기 복합재 구조물(10)은 막(membrane), 구조적 패널, 건축 패널, 또는 비건축 패널(14)과 같은 어떠한 비운반체에 사용될 수도 있다. 이와 관련하여, 상기 복합재 구조물(10)은 아무런 제한없이 어떠한 운반체 또는 비운반체에 대하여 어떠한 크기, 형상 및 구조로 형성될 수도 있다.

도 11을 참조하면, 상기 복합재 구조물(10)을 제조하기 위한 방법에 포함될 수 있는 하나 이상의 작동을 나타내는 흐름도가 도시되어 있다. 단계(102)에서, 상기 복합재 구조물(10)은 도 4에 보인 상부면(26), 하부면(28), 및 측면(30)으로 다수의 섬유(22, 도4)를 형성함으로써 제조될 수 있다. 상기 섬유(22)는 압출, 인발 또는 다른 적절한 제조 공정에 의하여 형성될 수 있다. 상기 상,하부면(26, 28)은 서로에 대하여 실질적으로 평행하게 형성될 수 있고, 일반적으로 평평하게 형성될 수 있다. 상기 섬유(22)는 길다란 단면형상으로 만들어질 수 있고, 섬유 두께(32, 도 4)에 대한 섬유 폭(34, 도 4)의 편평비가 대략 3 내지 500의 범위로 가질 수 있으나, 3-500의 범위 밖의 다른 편평비로 고려될 수 있다.

상기 섬유(22)의 측면(30, 도 4)은 상기 상,하부면(26, 28)에 대하여 실질적으로 수직으로 형성될 수도 있고, 도 6에 보인 바와 같이 상기 상,하부면(26, 28)에 대하여 비수직으로 형성될 수도 있다. 이와 관련하여, 상기 측면(30)은 상기 상,하부면(26, 28)에 대하여 어떠한 각도로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 측면(30)은 상기 상,하부면(26, 28)의 적어도 어느 하나에 대하여 대략 10도 내지 170도의 각도로 형성될 수 있으나, 이보다 더 작거나 더 큰 각도도 고려될 수 있다.

여전히 도 11을 참조하면, 단계(104)는, 도 4 내지 도 9에 도시된 것과 비슷한 각각의 섬유(22)의 상부면(26) 및/또는 하부면(28)의 노치 영역(40)과 이 노치 영역(40) 양측의 한쌍의 측면 영역(42)을 형성하는 단계를 포함한다. 도 4 내지 도 9에서 볼 수 있듯이, 상기 노치 영역(40)은 노치 영역(40)에서의 섬유 두께(32)보다 측면 영역(42)에서 더 큰 섬유(22) 두께를 보여준다.

도 7과 도 9에서 보인 구조에 대하여, 상기 노치 영역(40)은 상기 상,하부면(26, 28) 모두에 형성될 수 있고, 상기 노치 영역(40)은 서로에 대해 어긋날 수도 있지만, 상기 노치 영역(40)는 도 7과 도 9에 보인 것처럼 서로에 대해 대체로 수직으로 정렬될 수 있다. 하나 이상의 구조에서, 상기 노치 영역(40)은 상기 섬유(22)의 하나의 측면(30)을 향해 편향될 수 있다 하더라도, 상기 노치 영역(40)은 도 1 내지 도 10에 보인 것처럼 상기 섬유(22)의 폭 내에서 대체로 중심에 놓일 수 있다. 도 4 내지 도 10을 참조하면, 상기 노치 영역(40)은 상기 상,하부면(26, 28)에 대하여 어떠한 각도로 형성될 수 있는 노치 측벽(44)을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 노치 영역(40)은 도 4, 도 5, 및 도 7에 도시된 것과 같이, 상기 상,하부면(26, 28)에 대하여 수직으로 형성될 수 있다. 다른 예로서, 상기 노치 측벽(44)은 도 , 도 8 내지 도 10에 도시된 것과 비슷하게 상기 상,하부면(26, 28)에 대하여 비수직의 각도로 형성될 수 있다.

도 11을 참조하면, 단계(106)는 도 6 내지 도 10에 도시된 것과 같이 섬유(22)를 상호결합시키기 위하여 섬유(22)의 노치 영역(40) 내에 대응하는 섬유(22) 쌍의 측면 영역(42)의 쌍을 수용하는 단계를 포함한다. 도시된 바와 같이, 각각의 노치 영역(40)은 각각의 섬유(22) 쌍의 측면 영역(42)의 쌍을 수용한다. 도 11에 따른 방법의 단계(108)는 적어도 하나의 섬유(22)의 측면(30)이 바로 인접한 섬유(22)의 측면(30)에 실질적으로 평행하도록 다수의 섬유(22)를 나란한 배열로 배치시키는 단계를 포함한다. 상기 섬유(22)는, 인접한 섬유(22)의 측면(30)이 서로 밀접하도록 배치시키는 것이 바람직하다.

하나의 층(20)의 결합된 섬유(22)는 인접한 층(20)의 섬유(22)의 길이방향의 배열에 대하여 임의의 각도로 길이방향으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 층(20)은 인접한 층(20)에 대하여 실질적으로 수직으로 배치될 수 있다. 다르게는, 실질적으로 평행한 섬유(22)를 구비하는 다수의 층(20)이, 도 7과 도 9에 도시된 것과 비슷하게 섬유(22)의 상,하부면(26, 28) 모두에 있는 노치 영역(40)을 구비하는 실시예를 위하여 서로 결합될 수 있다. 소로에 대해 비수직으로 배치된 섬유(22)의 층(20)들이, 인접한 층(20)의 섬유(22)를 따라 축방향으로 연장하는 노치 영역(40)을 결합하기 위하여 국부적인 부재(도시 안됨)를 제공함으로써 결합될 수 있다.

도 11을 참조하면, 단계(110)는 도 1 내지 도 3에 도시한 것과 유사하게 매트릭스(18)에 상기 섬유(22)를 적어도 부분적으로 함침시키는 단계를 포함한다. 위에서 설명한 바와 같이, 상기 매트릭스(18)는 바람직하게는 광학적으로 실질적으로 투명한 재료로 형성된다. 마찬가지로, 상기 섬유(22)는 바람직하게는 광학적으로 실질적으로 투명한 재료로 형성된다. 도 11의 단계(112)는 상기 복합재 구조물(10)을 형성하기 위하여 상기 매트릭스(18) 및/또는 상기 섬유(22)를 경화시키는 단계를 포함한다. 이와 관련하여, 상기 복합재 구조물(10)은 경화를 촉진하기 위하여 열 및/또는 압력 하에 놓여질 수 있다.

본 발명의 하나의 실시예는, 각각 상,하부면을 가지는 다수의 섬유(22)를 포함하되, 상기 섬유(22)의 적어도 하나의 상기 상,하부면 중의 적어도 하나는 노치 영역(40)과 이 노치 영역(40)의 양측면에 한쌍의 측면 영역(42)을 구비하고, 상기 다수의 섬유(22)는 층으로 배치되고 이 층 중 하나의 층의 적어도 하나의 섬유는 인접한 하나의 층의 적어도 하나의 섬유의 노치 영역 내에 수용되어 이루어지는 복합재 구조물에 대한 것이다. 위에서 설명한 복합재 구조물에서, 상기 섬유(22)는 상기 측면 영역(42)에서의 섬유 두께보다 더 작은 노치 영역(40)의 두께를 가진다. 상기 복합재 구조물은, 상기 섬유의 적어도 하나의 측면이 바로 인접한 섬유의 측면에 실질적으로 평행하도록 나란한 구조로 배치된 다수의 섬유(22)를 추가로 구비한다. 상기 복합재 구조물은 각각 노치 영역을 갖는 상,하부면을 추가로 구비하고, 적어도 하나의 섬유의 상기 상부면의 상기 노치 영역은 상기 섬유의 하부면의 노치 영역과 실질적으로 정렬되어 있다. 상기 복합재 구조물은 추가로 노치 영역을 구비하고, 이 노치 영역은 대향하는 한 쌍의 노치 측벽(44)을 귑하고, 노치 측벽의 적어도 하나는 상기 섬유의 상,하부면 중의 적어도 하나에 대하여 비수직으로 배치되어 있다. 상기 복합재 구조물은, 섬유 두께에 대한 섬유 폭의 비율인 형상비를 갖고, 이 형상비는 대략 3 내지 500의 범위를 갖는 단면의 섬유를 구비한다. 상기 복합재 구조물은 상기 매트릭스와 섬유 중의 적어도 하나는, 아크릴, 플루오르카본, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리에테르에테르 케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르이미드 중의 적어도 하나를 포함하는 열가소성 재료; 폴리우레탄, 페놀, 폴리이미드, 비스말레이미드(bismaleimides), 폴리에스테르, 에폭시, 및 실세스퀴옥산(silsesquioxanes) 중의 적어도 하나를 포함하는 열경화성 재료; 카본, 실리콘 카바이드 및 붕소를 포함하는 무기 재료; E-글라스(알루미늄-붕규산 유리), S-글라스(알루미늄-규산 유리), 순수 실리카, 붕규산 유리 및 광학 유리와 같은 유리; 중의 적어도 하나로부터 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는 복합재 구조물을 제조하는 방법에 대한 것으로, 이 제조방법은, 상,하부면을 갖는 다수의 섬유를 형성하는 단계(102); 노치 영역과, 상기 섬유의 상,하부면 중의 적어도 하나에 상기 노치 영역의 양측에 한쌍의 측면 영역을 형성하는 단계(104); 상기 섬유의 다른 하나의 노치 영역 내에 하나의 섬유의 측면 영역을 수용하는 단계;를 포함한다. 상기 제조방법은, 상기 노치 영역 내에 상응하는 섬유 쌍의 측면 영역의 쌍을 수용하는 단계(106)를 추가로 포함한다. 상기 제조방법은 상기 상,하부면의 모두에 노치 영역을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 제조방법은 다수의 섬유를 나란한 배열로 위치시켜, 상기 섬유의 적어도 하나의 측면이 상기 섬유의 바로 인접한 섬유의 측면에 실질적으로 평행하도록 위치시키는 단계(105)를 추가로 포함한다. 상기 제조방법은 상기 섬유의 상,하부면의 적어도 하나에 대하여 비수직의 각도로 상기 노치 영역의 노치 측벽을 형성하는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명의 추가의 변형이나 개선은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사항이다. 그래서, 여기에 설명되고 도시된 부품의 특별한 결합은 본 발명의 어떤 실시예를 나타내기 위한 것일 뿐, 본 발명의 정신 및 범위 내에서 다른 실시예나 장치의 제한이나 한정하기 위한 것이 아님을 밝혀둔다.

10: 복합재 구조물 12: 표면
14: 패널 18: 매트릭스
20: 층 22: 섬유
26: 상부면 28: 하부면
30: 측면 40: 노치 영역
42: 측면 영역 44: 노치 측벽

Claims

각각 상, 하부면과 측면을 구비하는 다수의 섬유(22);를 포함하고,
상기 섬유의 적어도 하나의 상,하부면 중의 적어도 하나는 노치 영역(40)과 이 노치 영역(40)의 양측에 형성된 한 쌍의 측면 영역(42)을 구비하고;
상기 다수의 섬유(22)는 층으로 배치되고;
상기 층 중의 적어도 하나의 섬유의 측면 영역이 인접하는 층의 적어도 하나의 섬유의 노치 영역 내에, 인접하는 층의 섬유의 한쪽의 측면 영역이 접하도록 배치되어 있고, 인접하는 층의 섬유의 한쪽 측면 영역도 상기 층 중의 적어도 하나의 섬유의 노치 영역 내에, 인접하는 층의 섬유의 한쪽의 측면 영역이 접하도록 배치되어 결합된 층쌍을 형성하는, 복합재 구조물.
제1항에 있어서, 상기 섬유(22)는 상기 측면 영역(42)에서의 섬유 두께보다 작은 노치 영역(40)에서의 두께를 가지는 복합재 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다수의 섬유(22)는 나란한 배열로 위치되어 적어도 하나의 섬유의 측면이 바로 인접한 섬유의 측면에 평행하도록 되어 있는, 복합재 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상,하부면은 각각 노치 영역(40)을 구비하고, 적어도 하나의 섬유의 상부면의 노치 영역(40)이 상기 섬유의 하부면의 노치 영역과 정렬되어 있는, 복합재 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 노치 영역(40)은 대향하는 한 쌍의 노치 측벽(44)을 구비하고, 상기 노치 측벽(44) 중의 적어도 하나는 상기 섬유의 상,하부면 중의 적어도 하나에 대해 비수직으로 배치되어 있는, 복합재 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 섬유(22)는 섬유 두께에 대한 섬유 폭의 형상비를 갖는 단면을 구비하고, 상기 형상비는 3 내지 500의 범위 내에 있는, 복합재 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 섬유는 매트릭스에 적어도 부분적으로 묻혀 있고, 매트릭스와 섬유 중의 적어도 하나는,
아크릴, 플루오르카본, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리에테르에테르 케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르이미드 중의 적어도 하나를 포함하는 열가소성 재료;
폴리우레탄, 페놀, 폴리이미드, 비스말레이미드(bismaleimides), 폴리에스테르, 에폭시, 및 실세스퀴옥산(silsesquioxanes) 중의 적어도 하나를 포함하는 열경화성 재료;
본, 실리콘 카바이드 및 붕소를 포함하는 무기 재료; 및
E-글라스(알루미늄-붕규산 유리), S-글라스(알루미늄-규산 유리), 순수 실리카, 붕규산 유리 및 광학 유리를 포함하는 유리; 중의 적어도 하나로부터 형성되는, 복합재 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복합재 구조물은,
전방 유리, 덮개, 창유리, 막(membrane), 구조적 패널, 건축 패널, 또는 비건축 패널(14) 중의 적어도 하나로 구성되는 복합재 구조물.
상,하부면을 갖는 다수의 섬유를 형성하는 단계(102);
노치 영역과, 상기 섬유의 상,하부면 중의 적어도 하나에 상기 노치 영역의 양측에 한쌍의 측면 영역을 형성하는 단계(104); 및
층 중의 적어도 하나의 섬유의 측면 영역을, 인접하는 층의 적어도 하나의 섬유의 노치 영역 내에, 인접하는 층의 섬유의 한쪽의 측면 영역이 접하도록 배치하고, 인접하는 층의 섬유의 한쪽 측면 영역도 상기 층 중의 적어도 하나의 섬유의 노치 영역 내에, 인접하는 층의 섬유의 한쪽의 측면 영역이 접하도록 배치하여 결합된 층쌍을 형성하는 단계;를 포함하는 복합재 구조물을 제조하는 방법.
제9항에 있어서, 상기 노치 영역 내에 상응하는 섬유 쌍의 측면 영역의 쌍을 수용하는 단계(106)를 추가로 포함하는 복합재 구조물을 제조하는 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 상,하부면 모두에 상기 노치 영역을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 복합재 구조물을 제조하는 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 다수의 섬유를 나란한 배열로 위치시켜, 상기 섬유의 적어도 하나의 측면이 상기 섬유의 바로 인접한 섬유의 측면에 평행하도록 위치시키는 단계(105)를 추가로 포함하는 복합재 구조물을 제조하는 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 섬유의 상,하부면의 적어도 하나에 대하여 비수직의 각도로 상기 노치 영역의 노치 측벽을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 복합재 구조물을 제조하는 방법.