KR101904567B1 - 측지선 레이돔 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 통합된 다수의 층을 함유하는 형상 패널을 포함하되, 이때 상기 층이 폴리올레핀 테이프를 포함하고, 상기 형상 패널이 10 MPa 내지 100 MPa의 압축 강도, 3 MPa 내지 75 MPa의 층간 전단 강도, 및 1e-6 1/K 내지 50e-6 1/K의 열 팽창을 갖는, 측지선 레이돔에 관한 것이다.

Description

측지선 레이돔{GEODESIC RADOME}
본 발명은, 통합된 다수의 층(ply)을 함유하는 형상 패널을 포함하되, 이때 상기 층이 폴리올레핀 테이프를 포함하는, 측지선 레이돔에 관한 것이다.
측지선 레이돔은 예를 들면 WO 2010/122099에 공지되어 있으며, 여기에는 적어도 두 방향에서 고유의 굽힘 모듈러스를 갖는 압축 시트 또는 패널을 포함하는 레이돔이 개시되어 있다. 상기 압축 패널은 또한 폴리올레핀 테이프를 포함하는 통합된 다층 또는 다수의 층을 함유할 수 있다. WO 2010/122099의 측지선 레이돔은 고 품질의 것이지만 더 개선될 필요가 있다.
측지선 레이돔은 전형적으로 안테나를 덮어 보호하기 위해 사용되는 측지선 구조물이다. 안테나, 특히 커다란 안테나, 예컨대 레이더 장치, 기상 관측소, 무선 위성통신/전기통신 기반시설 및 전파 망원경은 종종 날씨(예컨대, 햇빛, 바람, 비, 눈, 헤일, 모래, 염분, 곤충, 동물, UV 손상 및 넓은 온도 변화)로부터 이들을 보호하기 위해 측지선 레이돔을 필요로 한다. 측지선 레이돔의 존재는 바람, 해일 및 바람에 의해 운반되는 잔해와 같은 발사체로부터의 충격으로부터 안테나를 보호하기 위해 특히 거센 바람 또는 폭풍이 종종 발생하는 지역에 위치한 안테나에 필요하다.
측지선 레이돔은 주로 이에 작용하는 자연력, 예를 들면 상기 언급된 것들, 예컨대 바람, 눈, 비 및 헤일 등으로 인해 각종 부하를 받는 것으로 알려져 있다. 이들 부하는 여러 특성의 것들인데, 가장 해로운 것이 압축 부하 및 전단 부하이다. 레이돔의 경우에 또 다른 중요한 요소는, 측지선 레이돔이 위치한 주변 환경의 온도 변화가 원치않는 부하를 발생시킬 수 있다는 점에서, 이의 열 안정성이다. 특히 대형 측지선 레이돔의 경우, 온도 변화에 의해 유발된 부하가 레이돔의 수명을 단축시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 최적화된 기계적 특성을 갖는 측지선 레이돔을 제공하는 것일 수 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 형상 패널로 제작된 측지선 레이돔을 제공하는 것으로, 이때 상기 레이돔은 이에 작용하는 부하, 예컨대 압축 부하 및 전단 부하에 대해 우수한 응답을 갖는다. 본 발명의 또 다른 목적은 최적의 열적 특성을 갖는 측지선 레이돔을 제공하는 것일 수 있다.
본 발명은 통합된 다수의 층을 함유하는 형상 패널을 포함하는 측지선 레이돔을 제공하며, 이때 상기 층은 폴리올레핀 테이프를 포함하고, 상기 형상 패널은 10 MPa 내지 100 MPa의 압축 강도, 3 MPa 내지 75 MPa의 층간 전단 강도, 및 1e-6 1/K 내지 50e-6 1/K의 열 팽창을 갖는다.
폭넓은 장기간의 연구 결과, 본 발명자들은 상기 범위 내의 기계적 특성을 갖는 형상 패널을 사용함으로써 최적화된 측지선 레이돔을 얻을 수 있음을 관찰하였다. 특히, 본 발명자들은 본 발명의 측지선 레이돔이 기계적 특성들의 최적의 조합을 가지며, 이는 결국 상기 레이돔이 예컨대 이에 작용하는 바람, 눈 및/또는 얼음에 의해 발생하는 부하를 성공적으로 견딜 수 있게 함을 관찰하였다. 또한, 본 발명자들은 본 발명의 측지선 레이돔이 최적의 안전 계수를 가지며 비극적인 사고(예컨대, 붕괴)가 거의 발생할 수 없음을 관찰하였다.
어떠한 설명에도 구애받지 않고, 본 발명자들은 이러한 장점들을 상기 언급된 각종 기계적 특성들 간의 시너지의 결과로 본다. 예를 들면, 바람 또는 기류에 직면하는 측지선 레이돔의 경우, 바람의 방향과 바람의 흐름 유형, 즉 난기류의 등급에 따라, 상이한 압력 지대, 예컨대 양압 지대 및 음압 지대가 상기 레이돔의 표면에 나타날 수 있다. 이러한 상이한 압력 지대는 레이돔 표면에 걸쳐 특정의 부하 크기 및 부하 분포를 발생시키기 때문에, 측지선 레이돔이 이를 최적으로 조절해야 한다. 또한, 바람과 레이돔이 만나는 지점에서는 냉각 효과가 발생할 수 있기 때문에, 측지선 레이돔의 표면에 걸쳐서 온도 변화가 나타날 수도 있다. 본 발명자들은, 예를 들면 너무 낮은 압축 강도, 층간 강도 및/또는 열 팽창을 갖는 형상 패널의 사용은 부하에 대한 측지선 레이돔의 저항성 및 반응에 해로운 영향을 줄 수 있음을 관찰하였다. 한편, 너무 높은 상기 특성들을 갖는 형상 패널의 사용 역시 바람 부하를 조절하는 상기 패널을 갖는 측지선 레이돔의 효율에 해로운 영향을 줄 수 있음을 관찰하였다.
본 발명의 측지선 레이돔은 형상 패널을 포함한다. 본원에서 "형상 패널(shaped panel)"이란 측지선 레이돔의 제작에 사용하기에 적합한 형상을 갖는 패널로 이해해야 한다. 적합한 형상으로는 삼각형, 직사각형, 정사각형, 육각형, 팔각형 및 기타 직선 또는 곡선 면(예컨대, 오렌지 껍질과 같은 형상)을 갖는 다면(multi-sided) 형상을 들 수 있다. 또한, 본 발명의 측지선 레이돔은 상기 언급된 형상들을 갖는 형상 패널들의 조합을 함유할 수도 있다.
하나의 실시양태에서, 본 발명의 측지선 레이돔은 삼각형 패널들을 포함하고, 이때 바람직하게는 상기 레이돔은 전체적으로 삼각형 패널들로 맵핑(mapping)될 수 있다. 전체적으로 삼각형 패널들로 맵핑된 측지선 레이돔 및 이의 제조 방법은 예를 들면 본원의 참고문헌 US 4,901,483에 공지되어 있다.
다른 실시양태에서, 본 발명의 측지선 레이돔은 본원의 참고문헌 US 5,140,790에 개시된 것과 같은 고어(gore)-형상 패널을 포함한다.
또 다른 실시양태에서, 본 발명의 측지선 레이돔은 5면 패널 및 6면 패널을 포함하되, 이때 상기 5면 패널은 상기 6면 패널에 인접해 있다. 이러한 구조는 예를 들면 본원의 참고문헌 US 5,873,206에 개시되어 있다.
본 발명의 측지선 레이돔의 크기가 커질수록 상기 레이돔은 더 최적화됨을 관찰하였다. 전형적으로, 측지선 레이돔은 지표면을 덮거나 보호하기 위해 사용되며, 그 형상은 일련의 기하학적 특징, 예컨대 높이, 구 직경 및 지면 직경 등으로 특징지어진다. 바람직하게는, 본 발명의 측지선 레이돔은 지면 직경이 3 m 이상, 더 바람직하게는 5 m 이상, 가장 바람직하게는 8 m 이상이다. 바람직하게는, 상기 직경은 30 m 이하, 더 바람직하게는 25 m 이하, 가장 바람직하게는 20 m 이하이다. 본원에서 "측지선 레이돔의 지면 직경"은 상기 레이돔에 의해 보호되는 지표면의 외주면 가장자리 상의 두 지점들 간의 가장 긴 거리로 이해해야 한다. 전형적으로, 측지선 레이돔에 의해 보호되는 지표면은 원 형상을 가지며, 이 경우, 지면 직경은 상기 원 형상의 직경으로 이해해야 한다. 바람직하게는, 본 발명의 측지선 레이돔은 3 m 이상, 더 바람직하게는 5 m 이상, 가장 바람직하게는 8 m 이상의 높이를 갖는다. 바람직하게는, 상기 높이는 15 m 이하, 더 바람직하게는 12.5 m 이하, 가장 바람직하게는 10 m 이하이다. 본원에서 "측지선 레이돔의 높이"는 지표면과 측지선 레이돔 표면 간의 가장 긴 거리로 이해해야 한다. 바람직하게는, 본 발명의 측지선 레이돔은 지면 직경/높이 비가 0.1 내지 100, 더 바람직하게는 1 내지 50, 가장 바람직하게는 2 내지 10이다. 잘린 구 형태의 형상을 갖는 측지선 레이돔의 경우, 상기 측지선 레이돔의 구 직경(즉, 구의 직경)은 바람직하게는 3 m 이상, 더 바람직하게는 5 m 이상, 가장 바람직하게는 8 m 이상이다.
본 발명에 따라 사용되는 형상 패널은 통합된 다수의 층을 포함한다. 본원에서 "통합된(consolidated) 다수의 층"은, 예를 들면 열 및 압력의 인가에 의해, 서로 부착되어 바람직하게는 모놀리스(monolithic) 구조를 형성하는 다수 개의 층으로 이해해야 한다.
본 발명에 따르면, 상기 층은 폴리올레핀 테이프를 포함한다. 본원에서 "테이프(tape)"는 길이 치수, 폭 치수 및 두께 치수를 갖는 물체로서, 상기 테이프의 길이 치수는 그의 폭 치수와 적어도 거의 동일하지만, 바람직하게는 그의 폭 치수보다 크고, 길이 치수는 그의 두께 치수보다 훨씬 큰 물체로 이해해야 한다. 또한, 상기 테이프는 외주면 가장자리를 갖는 단면을 가지며, 이때 상기 단면은 폭과 두께로 특징지어진다. 본원에서 "폭"은 단면의 가장 큰 횡방향 치수로 이해해야 하고, 본원에서 "두께"는 단면의 가장 작은 횡방향 치수로 이해해야 한다. 또한, "테이프"라는 용어는 리본, 스트립 및 필름의 실시양태를 포함한다.
적합한 테이프 폭은 1 mm 내지 2000 mm, 바람직하게는 15 mm 내지 1600 mm, 더 바람직하게는 30 mm 내지 1600 mm이다. 적합한 테이프 폭은 5 ㎛ 내지 5000 ㎛, 바람직하게는 10 ㎛ 내지 1000 ㎛, 더 바람직하게는 10 ㎛ 내지 500 ㎛이다. 테이프의 폭과 테이프의 두께 간의 비는 바람직하게는 10:1 이상, 더 바람직하게는 25:1 이상, 가장 바람직하게는 50:1 이상이다. 테이프, 특히 UHMWPE 테이프는 면적 밀도가 바람직하게는 20 g/㎡ 이상, 더 바람직하게는 30 g/㎡ 이상, 가장 바람직하게는 40 g/㎡ 이상이다. 상기 면적 밀도는 바람직하게는 55 g/㎡ 이하, 더 바람직하게는 50 g/㎡ 이하, 가장 바람직하게는 45 g/㎡ 이하이다.
상기 폴리올레핀 테이프가 폴리에틸렌 테이프인 경우에 우수한 결과가 얻어질 수 있다. 바람직한 폴리올레핀 테이프는 고분자량 및 초고분자량 폴리에틸렌([U]HMWPE) 테이프이다. 폴리올레핀 테이프, 특히 폴리에틸렌 테이프는 당해 분야에 공지된 임의의 기법, 예컨대 고상(solid-state), 용융 방사 또는 겔 방사 공정에 의해 제작될 수 있다. 용융 방사 공정이 사용되는 경우, 테이프 제조에 사용되는 폴리올레핀, 특히 폴리에틸렌 출발 물질은 20,000 g/mol 내지 600,000 g/mol, 더 바람직하게는 60,000 g/mol 내지 200,000 g/mol의 중량-평균 분자량을 갖는다. 용융 방사 공정의 예는 본원의 참고문헌 EP 1,350,868에 개시되어 있다. 테이프 제조에 겔 방사 공정이 사용되는 경우, 바람직하게는 3 dl/g 이상, 더 바람직하게는 4 dl/g 이상, 가장 바람직하게는 5 dl/g 이상의 고유 점도(IV)를 갖는 UHMWPE가 사용된다. 바람직하게는 상기 고유 점도(IV)는 40 dl/g 이하, 더 바람직하게는 25 dl/g 이하, 가장 바람직하게는 15 dl/g 이하이다. 바람직하게는 UHMWPE는 100개의 탄소 원자당 1개의 미만의 측쇄, 더 바람직하게는 300개의 탄소 원자당 1개 미만의 측쇄를 갖는다. 바람직하게는 UHMWPE 테이프는 EP 0205960 A, EP 0213208 A1, US 4413110, GB 2042414 A, GB-A-2051667, EP 0200547 B1, EP 0472114 B1, WO 01/73173 A1, EP 1,699,954를 비롯한 수많은 공보 및 문헌["Advanced Fibre Spinning Technology", Ed. T. Nakajima, Woodhead Publ. Ltd (1994), ISBN 185573 182 7]에 기재되어 있는 겔 방사 공정에 따라 제조된다. 테이프를 제조하기 위해, 상기 언급된 공정은 방사 구멍(hole) 대신 방사 슬릿(slit)을 갖는 방사 다이를 사용한다.
바람직하게는, 본 발명에 따라 사용되는 폴리올레핀, 특히 폴리에틸렌 테이프는 고상 공정, 즉 a) 폴리올레핀계 분말의 융점보다 낮은 온도에서 가압 수단(예컨대, 이중-벨트 프레스) 사이에서 폴리올레핀 분말 층을 압축-성형하는 단계; b) 생성된 압축-성형된 분말을 캘린더 롤(calendar roll) 사이로 운반하여 테이프를 형성하는 단계; 및 c) 테이프를 인발하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된다. 고상 공정으로 제조된 테이프는 통상적으로 고상 테이프로 지칭된다. 바람직하게는, 폴리올레핀 분말은 UHMWPE 분말이다. 바람직하게는, UHMWPE 분말은 바람직하게는 3 dl/g 이상, 더 바람직하게는 4 dl/g 이상, 가장 바람직하게는 5 dl/g 이상의 고유 점도(IV)를 갖는다. 바람직하게는, 상기 고유 점도(IV)는 40 dl/g 이하, 더 바람직하게는 25 dl/g 이하, 더 바람직하게는 15 dl/g 이하이다. 폴리올레핀 고상 테이프, 특히 UHMWPE 고상 테이프를 사용하여, 개선된 측지선 레이돔을 수득할 수 있다.
생성된 고상 테이프의 인발, 바람직하게는 일축 인발은 당해 분야에 공지된 방법으로 수행될 수 있다. 이러한 방법은 적합한 인발 단위 상에서의 압출 스트레칭 및 인장 스트레칭을 포함한다. 증가된 기계적 강도 및 강성도를 얻기 위해, 인발은 다단계로 수행될 수 있다. 바람직한 UHMWPE 테이프의 경우에, 인발은 바람직하게는 다단계로 일축으로 수행된다. 예를 들어, 첫 번째 인발 단계는 3의 연신 인자로 인발하는 것을 포함할 수 있다. 증가한 온도에서 다중 인발함으로써, 약 50 이상의 연신 인자에 이를 수 있으며, 이로써 상기 공정은, 테이프의 용융이 발생하지 않는 조건, 즉 테이프의 용융 온도 미만의 온도에서 수행된다. 이는, 고강도 테이프를 생성하며, 이에 의해 적어도 UHMWPE의 테이프의 경우, 1.5 GPa 이상의 강도를 얻을 수 있다.
본 발명에 따라 사용된 폴리올레핀 테이프, 특히 폴리에틸렌 테이프의 인장 강도는 바람직하게는 0.5 GPa 이상, 더 바람직하게는 1 GPa 이상, 가장 바람직하게는 1.5 GPa 이상이다. 상기 폴리올레핀 테이프, 특히 폴리에틸렌 테이프의 인장 모듈러스는 바람직하게는 30 GPa 이상, 더 바람직하게는 50 GPa 이상, 가장 바람직하게는 110 GPa 이상이다. 폴리올레핀 테이프가 1.3 GPa 이상, 더 바람직하게는 1.5 GPa 이상의 인장 강도 및 바람직하게는 100 GPa 이상, 더 바람직하게는 105 GPa 이상, 가장 바람직하게는 110 GPa 이상의 인장 모듈러스를 갖는 UHMWPE 경우에 우수한 결과가 얻어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 측지선 레이돔은 통합된 다수의 층을 함유하는 패널을 포함한다. 바람직하게는, 상기 층은 직물, 예컨대 직조, 니트, 플래트(plaited), 브레이드(braided) 또는 부직 직물 또는 이들의 조합을 함유하며, 이때 상기 직물은 폴리올레핀 테이프를 포함한다. 바람직한 직물은 직조 직물이며, 이의 적합한 예는 비-제한적으로 평직, 리브(rib), 바스켓(basket) 및 매트(matt) 조직, 및 트윌(twill) 조직 등을 포함한다. 니트 직물은 위편(weft knitted) 예컨대 단일- 또는 이중-저지(jersey) 직물, 또는 경편(warp knitted)일 수 있다. 부직 직물의 예는 펠트(felt) 직물 및 일방향 직물, 즉 다수의 중합체성 직물, 예컨대 직물 내 모든 섬유의 80 질량% 이상, 더 바람직하게는 직물 내 모든 섬유가 일반 방향에 실질적으로 평행인 방식으로 지나간다. 직조, 니트 또는 부직 직물의 추가적인 예뿐만 아니라 이들의 제조 방법은 문헌["Handbook of Technical Textiles", ISBN 978-1-59124-651-0, 제4장, 제5장 및 제6장]에 기재되어 있으며, 이의 개시내용을 본원에 참고로 인용한다. 브레이드 직물에 대한 설명 및 이의 예는 상기 동일한 핸드북, 제11장, 더 구체적으로는 단락 11.4.1에 기재되어 있으며, 이의 개시내용을 본원에 참고로 인용한다. 우수한 특성을 갖는 측지선 레이돔은 상기 층들이 일방향 직물을 함유하는 경우에 얻어질 수 있으며, 더 우수한 결과는 상기 층들이 직조 직물을 함유하는 경우에 얻어질 수 있다. 가장 바람직한 직조 직물은 평 조직 및 바스켓 조직이다.
바람직한 실시양태에서, 다수의 층을 형성하는 층은 인접 층에 대해 소정의 각도로 회전되어 있다. 바람직하게는, 상기 각도는 30°내지 90°, 더 바람직하게는 35°내지 70°, 가장 바람직하게는 40°내지 50°이다. 일방향 직물을 포함하는 층들인 경우의 예에서, 하나의 층 내 폴리올레핀 테이프의 진행 방향은 바람직하게는 인접 층 내 폴리올레핀 테이프의 진행 방향에 대해 소정의 각도로 존재한다. 일방향 층의 경우, 상기 각도는 바람직하게는 약 90°이다. 전형적으로 위사 방향과 경사 방향을 갖는 직조 직물의 경우에, 층 내 위사 방향은 바람직하게는 인접 층 내 위사 방향에 대해 소정의 각도로 회전되어 있다. 직조 층들의 경우, 상기 각도는 바람직하게는 약 90°, 더 바람직하게는 약 45°이다.
본 발명에 따라 사용되는 층들은 또한, 폴리올레핀 테이프들 사이에 주입되거나 또는 상기 테이프들 위로 침착되는 결합제 또는 매트릭스 물질을 포함할 수 있다. 일반적으로, 상기 결합제 또는 매트릭스는 상기 테이프들을 함께 고정시키고/시키거나 상기 층들을 포함하는 패널의 기계적 특성을 개선하기 위해 사용된다. 다양한 결합제 또는 매트릭스가 사용될 수 있으며, 이들의 예는 열경화성 또는 열가소성 물질을 포함한다. 열경화성 물질의 군으로부터는, 비닐 에스터, 불포화 폴리에스터, 에폭사이드 또는 페놀 수지가 바람직하다. 열가소성 물질의 군으로부터는, 폴리우레탄, 폴리비닐, 폴리아크릴, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리올레핀 또는 열가소성 엘라스토머성 블록 공중합체 예컨대 폴리아이소프로펜-폴리에틸렌-부틸렌-폴리스타이렌 또는 폴리스타이렌-폴리아이소프렌-폴리스타이렌 블록 공중합체가 바람직하다. 특히, 아이소시아네이트가, 매트릭스 또는 결합제로서 사용되는 경우, 고주파수 및 초고주파수에서 본 발명의 물질에 우수한 성능을 부여하는 것으로 입증되었다.
그러나, 가장 바람직하게는, 상기 층들은 상기 폴리올레핀 테이프들 사이에 주입되고/되거나 상기 테이프들 위에 침착된 임의의 결합제 또는 매트릭스 물질을 실질적으로 갖지 않는다. 결합제 또는 매트릭스 물질의 부재 하에서, 측지선 레이돔이 개선될 수 있음이 관찰되었다.
본 발명에 따르면, 측지선 레이돔을 제작하는 데 사용된 형상 패널은 기계적 특성들의 특정 조합을 갖는다. 바람직하게는, 상기 패널의 압축 강도는 15 MPa 내지 75 MPa, 더 바람직하게는 20 MPa 내지 50 MPa, 가장 바람직하게는 30 MPa 내지 45 MPa이다. 바람직하게는, 상기 패널의 층간 전단 강도는 5 MPa 내지 50 MPa, 더 바람직하게는 7 MPa 내지 30 MPa, 가장 바람직하게는 9 MPa 내지 20 MPa이다. 바람직하게는, 상기 패널의 열 팽창은 5e-6 1/K 내지 30e-6 1/K, 더 바람직하게는 9e-6 1/K 내지 25e-6 1/K, 가장 바람직하게는 13e-6 1/K 내지 20e-6 1/K이다.
바람직하게는, 상기 형상 패널은 또한 100 MPa 이상, 더 바람직하게는 250 MPa 이상, 가장 바람직하게는 500 MPa 이상의 파단시 인장 응력을 갖는다. 바람직하게는, 상기 형상 패널은 또한 5% 이하, 더 바람직하게는 3% 이하, 가장 바람직하게는 1% 이하의 파단 신율을 갖는다. 상기 형상 패널은 또한 바람직하게는 20 GPa 이상, 더 바람직하게는 40 GPa 이상, 가장 바람직하게는 50 GPa 이상의 탄성 모듈러스를 갖는다.
바람직하게는, 상기 형상 패널은 실질적으로 임의의 결합제 또는 매트릭스 물질을 갖지 않는다.
본 발명에 따라 사용되는 형상 패널의 두께는 넓은 범위 내에서 변할 수 있다. 바람직하게는, 상기 두께는 3 mm 이상, 더 바람직하게는 10 mm 이상, 가장 바람직하게는 50 mm 이상이다. 실제적인 이유로, 상기 두께는 바람직하게는 200 mm 이하, 더 바람직하게는 175 mm 이하, 가장 바람직하게는 150 mm 이하이다. 본 발명에 따라 사용되는 형상 패널의 면적 밀도는 바람직하게는 20 g/㎡, 더 바람직하게는 30 g/㎡ 이상, 가장 바람직하게는 40 g/㎡ 이상이다. 상기 면적 밀도는 바람직하게는 55 g/㎡ 이하, 더 바람직하게는 50 g/㎡ 이하, 가장 바람직하게는 45 g/㎡ 이하이다.
상기 언급된 기계적 특성을 갖는 형상 패널은 하기 단계를 포함하는 방법에 따라 제조될 수 있다:
a) 폴리올페핀 테이프를 포함하는 다수의 층을 제공하는 단계;
b) 하나 이상의 사전-형성된 중합체성 필름을 제공하는 단계;
c) 상기 다수의 층을 적층하여, 상부 면 및 상부 면과 반대쪽의 하부 면을 갖는 적층체(ply-stack)를 수득하고, 상기 하나 이상의 사전-형성된 중합체성 필름을 적어도 상기 상부 면에 위치시켜 상기 적층체 및 상기 사전-형성된 중합체성 필름을 함유하는 어셈블리를 생성하는 단계;
d) 상기 단계 c)의 어셈블리를 30 바(bar) 이상의 압력 및 중합체성 테이프의 용융 온도 미만의 온도에서 드웰(dwell) 시간 동안 압축하는 단계;
e) 상기 어셈블리를 70℃ 미만, 바람직하게는 실온으로 냉각한 후 압력을 해제하는 단계;
f) 상기 어셈블리로부터 상기 사전-형성된 중합체성 필름을 제거하는 단계; 및
g) 상기 단계 f)의 어셈블리를 형상화하여 형상 패널을 수득하는 단계.
또한, 본 발명은 상기 방법에 관한 것이다.
단계 a)에서의 층의 개수는 바람직한 두께 또는 면적 밀도를 갖는 형상 패널을 수득하기 위해 선택될 수 있다. 당해 분야 숙련자들은 형상 패널의 바람직한 두께 또는 면적 밀도를 수득하기 위해 층의 개수를 용이하게 결정할 수 있다.
본 발명의 방법의 단계 b)에 따르면, 하나 이상의 사전-형성된 중합체성 필름이 제공된다. 본원에서 "사전-형성된 중합체성 필름"은 중합체성 물질로부터 제조된 필름으로 이해해야 하고, 상기 필름은 자립형이며, 예컨대 50 cm × 50 cm의 상기 필름의 샘플은 가장 큰 치수의 2배 높이에 매달 경우, 그 자체의 중량 하에서 끊어지지 않는다.
다양한 중합체성 물질로부터 제조된 사전-형성된 중합체성 필름은 본 발명의 방법에 따라 사용될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 상기 사전-형성된 중합체성 필름은, 상기 층에 함유된 폴리올레핀 테이프를 제조하는 데 사용된 폴리올레핀과 상이한 폴리올레핀(즉, 이는 상이한 폴리올레핀 부류에 속함)으로부터 제조된다. 본 발명의 방법에 따라 사용되는 사전-형성된 중합체성 필름을 제조하기 위한 다른 바람직한 중합체성 물질은 폴리비닐계 물질, 예컨대 폴리염화비닐, 및 실리콘계 물질을 포함한다. 사전-형성된 중합체성 필름이 폴리염화비닐 또는 규소 고무로부터 제조된 필름인 경우에 우수한 결과가 얻어질 수 있다.
사전-형성된 중합체성 필름의 두께는 바람직하게는 50 ㎛ 이상, 더 바람직하게는 100 ㎛ 이상, 가장 바람직하게는 150 ㎛ 이상이다. 바람직하게는 상기 사전-형성된 중합체성 필름의 두께는 100 ㎛ 내지 25 mm, 더 바람직하게는 200 ㎛ 내지 20 mm, 가장 바람직하게는 300 ㎛ 내지 15 mm이다. 예를 들어, 규소 고무 필름의 경우, 가장 바람직한 두께는 500 ㎛ 내지 15 mm인 반면, 폴리염화비닐 필름의 경우, 가장 바람직한 두께는 1 mm 내지 10 mm이다. 광범위한 두께의 범위를 갖는 규소 고무 및 폴리염화비닐 필름은 상업적으로 입수가능하며, 예컨대 알론(Arlon, 미국 소재) 및 윈 플라스틱 익스트루션(WIN Plastic Extrusion, 미국 소재)으로부터 각각 입수가능하다.
상기 언급된 물질로부터 제조되는 사전-형성된 중합체성 필름은 상업적으로 입수가능하다. 또한 당해 분야 숙련자는 당해 분야에서 일반적으로 공지된 기술, 예컨대 압출, 압출-성형, 고상 압축 또는 필름-블로잉(blowing)을 사용하여 상기 필름을 쉽게 제조할 수 있으며, 필요한 기계적 특성을 수득하는 정도로 이들 필름을 일방향으로 또는 이방향으로 연신할 수 있다.
본 발명의 방법의 단계 c)에 따르면, 상기 층들을 적층하여 상부-적층체 면과 상부-적층체 면과 반대쪽인 하부-적층체 면을 갖는 적층체를 수득한다. 이어서, 하나 이상의 사전-형성된 중합체성 필름을 적어도 상부-적층체 면 위에 위치시켜, 상기 적층체 및 상기 사전-형성된 중합체성 필름을 함유하는 어셈블리를 생성한다. 비록 상부-적층체 면 및 하부-적층체 면이라고 칭하지만, 이들의 명명에는 제한이 없으며, 이들은 서로 교환될 수 있다. 사전-형성된 중합체성 필름을 상부-적층체 면 및 하부-적층체 면 둘 다에 위치시키는 경우에 우수한 결과가 얻어질 수 있다.
본 발명의 방법의 단계 c)의 어셈블리는 바람직하게는 50 바 이상, 더 바람직하게는 100 바 이상, 가장 바람직하게는 150 바 이상의 압력으로 단계 d)에서 압축된다. 본 발명의 방법에 예컨대 WN 안라지프레스(Anlagepress)와 같은 임의의 통상적인 압축 수단이 사용될 수 있다. 이중 벨트 프레스, 특히 등압 이중 벨트 프레스가 사용되는 경우 우수한 결과를 얻을 수 있음이 관찰되었다. 등압 이중 벨트 프레스, 예컨대 태진 사이테이션(TEIJIN CITATION)은 당해 분야에 공지되어 있으며, 예를 들면 하임멘(Hymmen, DE)에 의해서 제조된다.
압축하는 동안의 온도는 일반적으로 주형 온도를 통해 제어되며, 예컨대 층들 사이에 위치한 열전대로 측정될 수 있다. 압축 단계 동안의 온도는 바람직하게는 DSC에 의해 측정된 폴리올레핀 테이프의 용융 온도(Tm) 미만의 온도로 선택된다. 예를 들어, 폴리에틸렌 테이프, 특히 UHMWPE 테이프의 경우, 바람직하게는 135℃ 내지 150℃, 더 바람직하게는 145℃ 내지 150℃의 압축 온도가 선택될 수 있다. 최소 온도는 일반적으로 바람직한 통합 속도가 얻어지도록 선택된다. 이와 관련하여, 50℃가 적절히 낮은 온도 하한이고, 바람직하게는 이러한 하한은 75℃ 이상, 더 바람직하게는 95℃ 이상, 가장 바람직하게는 115℃ 이상이다.
어셈블리를 압축한 후에, 어셈블리를 가압 하에 바람직하게는 실온으로 냉각시키고, 그 후에 압력을 해제한다. 이어서, 사전-형성된 중합체성 필름이 어셈블리로부터 제거되며, 적합한 기계적 특성을 갖는 압축된 적층체가 얻어진다.
본 발명의 방법의 단계 g)에서의 형상화는 당해 분야에 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다. 예를 들면, 패널을 잘라 형상화하여 3면, 4면, 5면, 6면 패널 또는 기타 다면 패널을 얻을 수 있다. 또한 상기 패널에 하나 이상의 방향으로 곡률을 부여할 수 있다. 하나 이상의 방향으로 곡률을 갖는 3차원 형상의 패널을 생성하는 바람직한 방법은 예를 들면 CASE 24242에 공지되어 있다.
이어서, 이렇게 얻어진 형상 패널을 사용하여 본 발명의 레이돔을 제작한다. 이들 패널을 서로 연결하고, 결국에는 당해 분야에 공지된 수단, 예컨대 본원의 참고문헌 US 6,173,547에 기술된 바와 같은 조인트 커넥터(joint connector)를 사용함으로써 프레임에 연결할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라 사용되는 형상 패널의 기계적 특성의 특정 조합으로 인해, 프레임레스(frame-less) 측지선 레이돔이 제조될 수 있음을 관찰하였다. 일반적으로, 프레임 예컨대 금속 프레임은 예를 들면 US 6,098,347에 기술된 바와 같이 측지선 레이돔의 패널들을 지지한다. 그러나, 이러한 금속 프레임은 측지선 레이돔의 특성에 부정적인 영향을 준다. 본 발명의 측지선 레이돔의 경우에는 프레임 없이 제조될 수 있음을 관찰하였다. 따라서 본 발명의 측지선 레이돔은 바람직하게는 프레임레스 레이돔이다.
또한, 본 발명은 안테나 예컨대 위상 배열 안테나 및 본 발명의 측지선 레이돔을 포함하는 레이더 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 통합된 다수의 층을 함유하는 형상 패널에 관한 것으로, 이때 상기 층은 폴리올레핀 테이프를 포함하고, 상기 패널은 상기 언급된 기계적 특성, 특히 10 MPa 내지 100 MPa의 압축 강도, 3 MPa 내지 75 MPa의 층간 전단 강도, 및 1e-6 1/K 내지 50e-6 1/K의 열 팽창을 갖는다. 본 발명의 형상 패널은 둥근 구조물, 예컨대 돔, 구부러진 지붕, 구형 또는 원형 빌딩 등을 건축하기에 매우 적합함을 관찰하였다. 따라서 본 발명은 또한 본 발명의 형상 패널을 포함하는 둥근 구조물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 통합된 다수의 층을 함유하는 망상 구조물에 관한 것으로, 이때 상기 층은 폴리올레핀 테이프를 포함하고, 상기 구조물은 10 MPa 내지 100 MPa의 압축 강도, 3 MPa 내지 75 MPa의 층간 전단 강도, 및 1e-6 1/K 내지 50e-6 1/K의 열 팽창을 갖는다.
본 발명의 프레임 지지된 및 프레임레스 측지선 레이돔 뿐만 아니라 둥근 및 망상 구조물은 적어도 바람에 의해 유발된 부하에 대해 우수한 응답을 가짐을 관찰하였다. 특히, 이들은 허리케인 유형의 바람, 예컨대 약 200 km/h의 속도를 갖는 바람을 견딜 수 있다. 특히, 바람에 의해 유발된 좌굴(buckling), 온도 영향 및 층간 응력 면에서, 본 발명의 레이돔 및 구조물의 성능은 매우 우수함을 관찰하였다.
측정 방법
- 형상 패널의 파단시 인장 응력은 ASTM D 638-10에 따라 측정하였다.
- 형상 패널의 파단 신율은 ASTM D 638-10에 따라 측정하였다.
- 형상 패널의 탄성 모듈러스는 ASTM D 638-10에 따라 측정하였다.
- 형상 패널의 압축 강도는 ASTM D 695-10에 따라 측정하였다.
- 형상 패널의 층간 전단 강도는 ASTM 2344/D2344M-00 2006에 따라 측정하였다.
- 형상 패널의 열 팽창은 ASTM D 696/DIN 53752에 따라 측정하였다.
- 폴리올레핀 테이프의 인장 특성: 인장 강도, 파단 신율 및 인장 모듈러스는 440 mm의 테이프의 공칭 게이지 거리(nominal gauge length) 및 50 mm/분의 크로스헤드(crosshead) 속도를 사용하여 ASTM D882에 명시된 2 mm 폭의 테이프에 대해 25℃에서 정의하고 측정한다.
- 폴리올레핀의 용융 온도(융점이라고도 함)는 10℃/분의 가열 속도로 인듐 및 주석으로 보정된 전력-보상 퍼킨엘머(PerkinElmer) DSC-7 기구 상에서 DSC에 의해 측정한다. DSC-7의 보정(2점 온도 보정)을 위해, 약 5 mg의 인듐 및 약 5 mg의 주석을 사용하고, 이때 이들의 중량은 적어도 소수점 둘째 자리로 칭량된다. 인듐은 온도 및 열 흐름 보정 모두에 사용되고, 주석은 온도 보정에만 사용된다.

Claims (15)

  1. 통합된 다수의 층(ply)을 함유하는 형상 패널을 포함하되, 이때 상기 층이 폴리올레핀 테이프를 포함하고, 상기 형상 패널이 ASTM D 695-10에 따라 측정시 10 MPa 내지 100 MPa의 압축 강도, ASTM 2344/D2344M-00 2006에 따라 측정시 3 MPa 내지 75 MPa의 층간(interlaminar) 전단 강도, 및 ASTM D 696/DIN 53752에 따라 측정시 1e-6 1/K 내지 50e-6 1/K의 열 팽창을 갖는, 측지선 레이돔(geodesic radome).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 형상 패널이, 삼각형, 직사각형, 정사각형, 육각형, 팔각형, 또는 상기 삼각형, 직사각형, 정사각형, 육각형 및 팔각형 이외의 직선 또는 곡선 면을 갖는 다면(multi-sided) 형상, 오렌지 껍질과 같은 형상, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 형상을 갖는, 레이돔.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이돔이 전체적으로 삼각형 패널들로 맵핑(mapping)될 수 있는 구조물인, 레이돔.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이돔이 고어(gore)-형상 패널을 포함하는, 레이돔.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이돔이 5면 패널 및 6면 패널을 포함하는, 레이돔.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이돔이 3 m 이상의 지면 직경(ground diameter)을 갖는, 레이돔.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이돔이 3 m 이상의 높이를 갖는, 레이돔.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이돔이 0.1 내지 100의 지면 직경/높이 비를 갖는, 레이돔.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 테이프가 1 mm 내지 2000 mm의 폭을 갖는, 레이돔.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리올레핀 테이프가 폴리에틸렌 테이프인, 레이돔.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리올레핀 테이프가 폴리에틸렌 테이프이고, 상기 폴리에틸렌 테이프가 고상(solid-state) 공정에 의해 제조된, 레이돔.
  12. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리올레핀 테이프가 0.5 GPa 이상의 인장 강도를 갖는, 레이돔.
  13. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리올레핀 테이프가 30 GPa 이상의 인장 모듈러스(tensile modulus)을 갖는, 레이돔.
  14. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층이 직조(woven) 직물, 니트(knitted) 직물, 플래트(plaited) 직물, 브레이드(braided) 직물 및 부직(non-woven) 직물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 직물(fabric)을 함유하는, 레이돔.
  15. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형상 패널이 임의의 결합제 또는 매트릭스 물질을 갖지 않는, 레이돔.
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