KR101953410B1 - 복합재 준등방성 박편의 압축 성형 - Google Patents
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Abstract
복합재 준등방성 박편 (400)의 압축 성형을 위한 개념 및 기술이 여기에 기재되어 있다. 여기에 기재한 일부 구현예에 따르면 복합성분 재료로부터 형성되는 제1 층 (102) 및 복합성분 재료로부터 형성되는 제2 층 (104)이 준등방성 패널 (200)을 형성하기 위해 함께 합체된다. 준등방성 특성을 가지는 복합재 박편은 (400) ("준등방성 박편")은 준등방성 패널로부터 수득된다. 압축 성형틀 (500)은 준등방성 박편 (400)으로 충전되고 열은 부품을 형성하기 위해 압축 성형틀에 적용된다.
Description
본 발명은 일반적으로 복합재 및 더 특히 복합재 준등방성 박편의 압축 성형에 관한 것이다.
항공기, 자동차, 다른 차량 및/또는 다른 장비, 시스템 또는 구조물의 부품은 금속 및/또는 알루미늄, 강철, 티타늄 등의 합금으로부터 제작될 수 있다. 부품을 형성하기 위해 단조 (forging), 스탬핑, 캐스팅, 기계가공 등을 포함하는 다양한 방법이 사용될 수 있다.
그러나, 일부 예시에서 복합 형상을 가지는 부품은 단조, 스탬핑, 캐스팅, 기계가공, 또는 다른 유사한 공정에 의해 수득하기 어렵거나 실제적이지 못할 수 있다.
마찬가지로 일부 금속 부품은 다른 재료에 비해 무겁고 및/또는 조밀하다. 이와 같이 부품 또는 성분 또는 장비 형성에 대한 다른 접근법은 성분 또는 장비를 구현하는 구조물 또는 장비의 중량을 감소시키기 위해 고안될 수 있다. 그래서, 금속 부품을 다른 제작 공정 및/또는 재료로 수득한 부품로 재료로 대체하기 위한 다양한 접근법이 시도되었다.
하나의 접근법으로, 플라스틱 또는 다른 중합체는 성형틀로 주입되어 부품을 형성할 수 있다. 그러나 플라스틱의 사출 성형은 금속 부품에 비해 더 작은 강도를 가지는 부품을 제공할 수 있다. 그러므로 사출 성형이 상대적으로 저가의 제작 공정인 반면 중량 및/또는 제조 비용의 감소는 구조적 강도, 제작 처리율, 및/또는 신뢰성 저하에 의해 증가될 수 있다.
또 다른 접근법에서 압축성형 공정은 초단 (chopped) 섬유 열가소성 재료를 성형하기 위해 사용된다. 이러한 공정이 비교적 저렴한 방식으로 부품을 형성하기 위해 수용가능하게 수행되는 반면에 이러한 공정을 통해 수득한 부품들은 일반적으로 강도 측면에서 광범위한 가변성을 가진다. 이러한 가변성 때문에, 수득한 각 부품은 강도 요건에 부합하도록 기계적으로 검산시험을 일반적으로 해야 한다.
본원의 기재가 제시되는 이들 및 다른 고려사항에 관한 것이다.
본 요약은 아래 상세한 설명에서 추가로 기재한 개념의 발췌를 간단한 형태로 소개하기 위해 제공되는 것으로 인식되어야 한다. 이 요약은 청구하는 주제의 범위를 제한하기 위해 사용되는 것은 아니다.
여기에 기재한 구현예의 하나의 태양에 따르면, 준등방성 특성을 가지는 성형 부품의 형성방법이 개시된다. 이 방법은 준등방성 패널을 형성하기 위해 제1 방향을 가지는 복합성분 재료로부터 형성되는 제1 층 및 제2 방향을 가지는 제2 복합성분 재료로부터 형성되는 제2 층을 합체하는 것을 포함한다. 이 방법은 또한 준등방성 특성을 가지는 성형부품을 형성하기 위해 준등방성 패널을 다수의 준등방성 박편으로 분할하는 단계, 압축 성형틀을 다수의 준등방성 박편으로 충전시키는 단계, 및 압축 성형틀에 열을 적용하는 단계를 포함한다.
여기에 개시하는 구현예의 또 다른 태양에 따르면, 압축 성형을 이용하여 부품을 형성하는 방법이 개시된다. 이 방법은 준등방성 패널을 형성하기 위해 제1 복합성분 재료로부터 형성되는 제1 층, 제2 복합성분 재료로부터 형성되는 제2 층, 및 제3 복합성분 재료로부터 형성되는 제3 층을 조립하는 것을 포함한다. 이 방법은 또한 준등방성 패널로부터 준등방성 박편을 형성하기 위해 준등방성 패널을 분할하는 것을 포함한다. 각 준등방성 박편은 제1 층의 제1 부위, 제2 층의 제2 부위, 및 제3 층의 제3 부위를 포함한다. 이 방법은 또한 압축 성형틀을 준등방성 박편으로 부분적으로 충전하는 단계 및 부품을 형성하기 위해 압축 성형틀에 열과 압력을 적용하는 단계를 포함한다.
여기에 개시하는 구현예의 또 다른 태양에 따르면 준등방성 특성을 가지는 준등방성 박편으로부터 부품을 형성하는 방법이 개시한다. 이 방법은 준등방성 패널을 형성하기 위해 제1 복합성분 재료로부터 형성되고, 제1 방향으로 배열된 매립된 섬유를 가지는 제1 층, 제2 복합성분 재료로부터 형성되고 제2 방향으로 배열된 매립된 섬유를 가지는 제2 층, 및 제3 복합성분 재료로부터 형성되고 그리고 제3 방향으로 배열된 매립된 섬유를 가지는 제3 복합성분 재료를 합체하는 단계를 포함한다. 이 방법은 준등방성 패널로부터 준등방성 박편을 형성하기 위해 준등방성 패널을 분할하는 단계를 포함한다. 각 준등방성 박편은 제1 층의 제1 부위, 제2 층의 제2 부위, 및 제3 층의 제3 부위를 포함할 수 있다. 이 방법은 또한 부품을 형성하기 위해 압축 성형틀을 준등방성 박편으로 충전시키는 단계, 및 압축 성형틀에 열과 압력을 적용하는 단계를 포함한다.
여기에 논의하는 특징, 기능 및 이점은 여기에 개시하는 개념 및 기술의 다양한 구현예에서 독립적으로 얻을 수 있거나, 다른 구현예에서 결합될 수 있고, 더 상세한 설명은 다음의 설명 및 도면을 참고로 알 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 구현예에 따른 준등방성 패널의 제작을 개략적으로 설명하는 선형도이다.
도 2는 예시적인 구현예에 따른 준등방성 패널을 나타내는 선형도이다.
도 3은 예시적인 구현예에 따른 준등방성 패널의 평면도를 나타내는 선형도이다.
도 4는 예시적인 구현예에 따른 준등방성 박편의 제작을 개략적으로 설명하는 선형도이다.
도 5A는 예시적인 구현예에 따른 준등방성 박편의 압축 성형의 태양을 설명하는 선형도이다.
도 5B는 예시적인 구현예에 따른 준등방성 박편의 압축 성형의 추가 태양을 설명하는 선형도이다.
도 6은 예시적인 구현예에 따른 준등방성 박편의 압축 성형 방법의 태양을 설명하는 흐름도다.
도 2는 예시적인 구현예에 따른 준등방성 패널을 나타내는 선형도이다.
도 3은 예시적인 구현예에 따른 준등방성 패널의 평면도를 나타내는 선형도이다.
도 4는 예시적인 구현예에 따른 준등방성 박편의 제작을 개략적으로 설명하는 선형도이다.
도 5A는 예시적인 구현예에 따른 준등방성 박편의 압축 성형의 태양을 설명하는 선형도이다.
도 5B는 예시적인 구현예에 따른 준등방성 박편의 압축 성형의 추가 태양을 설명하는 선형도이다.
도 6은 예시적인 구현예에 따른 준등방성 박편의 압축 성형 방법의 태양을 설명하는 흐름도다.
다음의 상세한 설명은 복합재 준등방성 박편 ("준등방성 박편")의 압축 성형에 관한 것이다. 여기에 개시하는 개념 및 기술에 따르면, 복합 섬유 재료는 섬유 재료의 3개 이상의 층으로부터 조립된다. 다양한 구현예에서, 각 층의 섬유는 섬유 방향에 해당하는 수개의 방향 중 하나의 방향으로 강도를 제공하기 위해 특정 방향으로 배열된다. 예를 들어 3개층 준등방성 패널의 섬유는 다양한 방향으로 강도를 제공하기 위해 각각 0°, +60°, 및 -60°로 배열될 수 있다. 마찬가지로 4개층 준등방성 패널의 섬유는 다양한 방향으로 강도를 제공하기 위해 각각 0°, +45°및 -45°로 배열될 수 있다.
준등방성 패널은 준등방성 박편을 제작하기 위해 절단, 분할 또는 다른 한편으로 가공된다. 여기에 사용되는 바와 같이 "준등방성 특성"을 가지는 준등방성 박편 또는 다른 복합 박편은 하나의 방향뿐만 아니라 수개의 방향으로 구조적 강도를 제공한다. 이와 같이 여기서 기재한 준등방성 박편의 압축 성형을 통하여 형성된 부품은 열가소성 재료 박편으로 함침된 섬유의 단일층으로부터 형성된 부품보다 더 강할 수 있다. 준등방성 박편은 압축 성형틀에 배치될 수 있고 열과 압력이 준등방성 박편으로부터 부품을 수득하기 위해 압축 성형틀로 제공된다.
일부 실시에 따르면, 여기서 개시한 준등방성 박편의 압축 성형을 사용하여 수득한 부품은 단일-플라이 (ply) 섬유 열가소성 재료를 사용하여 수득한 부품보다 더 강할 수 있다. 일부 구현예에서, 증가된 강도는 적어도 부분적으로 준등방성 박편의 다양한 층의 섬유 방향으로부터 기인한다. 또한 개시한 공정에 의해 수득한 부품은 구조적 강도 및/또는 다른 성질 관점에서 서로 더 일치할 수 있다. 이와 같이 여기서 개시하는 개념 및 기술의 구현예는 부품이 다양한 품질 요건 및/또는 규격에 부합하도록 사용될 수 있다. 이들 및 다른 이점 및 특징은 아래 다양한 구현예의 설명으로부터 명백해질 것이다.
다음의 상세한 설명에서 그의 부품을 형성하고 그리고 도해, 특정 구현예 또는 예시에 의해 나타내는 첨부도면을 참조로 한다. 도면과 관련하여 여러 도면 전체적으로 동일한 부호는 동일한 부품을 나타낸다.
도 1-2는 여기서 개시하는 바와 같이 사용하기 위한 준등방성 박편 형성용 준등방성 패널 형성 태양을 나타낸다. 도 1-2에 나타낸 바와 같이 재료의 3개 이상의 층들 ("층들") (102, 104, 106)은 준등방성 특성을 가지는 준등방성 패널 (이하에서 "준등방성 패널"이라고 칭함) (200)을 형성하기 위해 함께 조립되거나 합체될 수 있다. 도 1-2가 3개 층의 준등방성 패널 (200)을 설명하고 있지만 이 구현예는 단지 예시하기 위한 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되어서는 안 되는 것으로 이해되어야 한다. 특히 다양한 구현예에 따르면 준등방성 패널 (200)은 3개의 층, 4개의 층, 5 내지 8개의 층, 또는 8개의 층 이상을 포함한다.
예시적인 구현예로서, 층 (104)은 제1 방향으로 배향된 섬유를 가지는 재료 층이다. 다양한 구현예에 따르면 층 (104)은 미리-함침되거나 매립된 단방향 섬유로 된 베이스 재료로부터 형성된다. 일부 구현예에서 층 (104)은 본 경우에 필수적이지는 않지만 연속 섬유 열가소성 복합 단방향 테이프 프리프레그 (prepreg)로부터 형성된다. 베이스 재료는 다양한 실시에서 예를 들어 폴리페닐렌 설파이드 ("PPS"), 폴리에테르이미드 ("PEI"), 예를 들어 폴리에테르 에테르 케톤 ("PEEK") 또는 폴리에테르케톤케톤 ("PEKK") 등의 폴리아릴에테르케톤 ("PAEK")등의 열가소성 수지, 또는 다른 열가소성 수지; 직물 재료; 또 다른 재료 등을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 층(104)은 매립 또는 미리-함침된 섬유를 포함한다. 섬유는 어느 적절한 재료를 포함할 수 있거나 그로부터 형성될 수 있다. 다양한 실시에서, 섬유는 탄소, 유리섬유, 아라미드, 흑연, 세라믹, 및/또는 다른 재료로부터 형성된다.
다른 구현예에서 층 (104)은 많은 공정을 통해 수득할 수 있는 다른 재료로부터 형성된다. 예를 들어 층 (104), 및 준등방성 패널 (200)의 다른 층을 형성하기 위해 사용되는 재료는 이에 한정하는 것은 아니지만, 섬유막을 열가소성 수지 또는 다른 베이스 재료, 그의 조합물 등에 화학적 또는 열적으로 조립시켜 수득되는 건식 섬유 및/또는 필름-적재 재료, 세미-프레그를 포함한다. 준등방성 패널 (200)의 층을 형성하기 위해 다양한 재료가 사용될 수 있기 때문에 예시된 그리고 설명된 재료는 여기에서 개시한 개념 및 기술이 단지 예시하기 위한 개념으로서, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다. 예시된 구현예에서, 층 (104)의 섬유는 제1 방향으로 배향된다. 제1 방향은 원한다면 제로 방향에 해당할 수 있다. 도 3은 준등방성 패널 (200)의 평면도를 나타낸 것이고, 도 1-2에 예시된 3개의 층 (102, 104, 106)와 관련된 섬유의 방향을 예시한 것이다. 도 3에 잘 나타낸 바와 같이 층 (104)의 섬유의 0℃ 방향은 도 3의 왼쪽에서 오른쪽 또는 오른쪽에서 왼쪽, 또는 다른 방향으로 준등방성 패널 (200)의 길이를 따라 연장되어 있는 제1축 (a 1) 을 따라 연장될 수 있다. 이들 구현예들을 예시하기 위한 것으로, 어느 방식으로든 제한하는 것으로 구성되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
도 1-2을 다시 참조하면, 예시한 구현예의 층 (102)은 제2 방향으로 배향된 섬유를 가지는 재료의 층이다. 층 (102)은 반드시 그런것은 아니지만 층 (104)을 형성하는데 사용되는 동일한 재료로부터 형성될 수 있다. 예시된 구현예에서, 층 (102)의 섬유는 층 (104)의 섬유 방향에 대해 ±60°방향 및/또는 상기 기재한 제로 방향으로 배향될 수 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이 제2 방향은 제2축 a2 , 제3축 a3 , 또는 도3에 도시하지 않은 다른 축을 따라 연장될 수 있다. 여기에 기재한 60° 또는 다른 각 측정은 어느 방향으로 연장되는 어느 축을 따라 측정될 수 있다.
앞에서 알 수 있는 바와 같이, 이 구현예가 예시적이더라도 특정 구현에에서상기 기재한 바와 같은 층 (104)의 길이를 따라 연장되어 있는 도 3에 예시된 축 (a1)에 관하여 60°가 측정되었다. 다른 구현예에서, 층 (102)의 섬유는 층 (104)의 섬유 방향에 대하여 ±45° 방향으로 배향된다. 또 다른 구현예에서 층 (102)의 섬유는 층 (104)의 섬유 방향에 대하여 90° 방향으로 배향된다. 이들 구현예는 단지예시적인 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
마찬가지로 층 (106)은 제3 방향으로 배향된 섬유를 가지는 재료의 층이다. 층 (106)은 반드시 그런것은 아니지만 층 (102) 및/또는 층 (104)을 형성하기 위해 사용되는 동일한 재료로 형성될 수 있다. 예시된 구현예에서, 층 (106)의 섬유는 층 (104)의 섬유 방향에 대해 ±60° 방향으로 배향된다. 이와 같이 제3 방향은 제2축 (a2), 제3축 (a3), 또는 도 3에 나타내지 않은 다른 축을 따라 연장될 수 있다. 도 1-3에 나타낸 3개의 층에 관한 구현예에서, 층 (106)의 섬유는 층 (102)의 섬유에 대해 120°로 배향된다. 이 구현예가 예시하기 위한 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
상기에서 알 수 있는 바와 같이 다른 구현예에서, 층 (106)의 섬유는 층 (104)의 섬유 방향에 대하여 ±45° 방향으로 배향될 수 있다. 그러나 다른 구현예에서, 층 (102)의 섬유는 층 (104)의 섬유 방향에 대해 90° 방향으로 배향될 수 있다. 이들 구현예가 예시하기 위한 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
하나의 실시 (도면에 나타내지 않음)에서, 준등방성 패널 (200)은 4개의 층을 포함한다. 4개의 층 중의 제1 층의 섬유는 층의 길이를 따라서 제1 방향으로 배향된다. 4개의 층 중의 제2 층의 섬유는 제1 방향에 대해 90° 방향으로 배향된 제2 방향으로 배향된다. 4개의 층 중의 제3 층의 섬유는 제1 방향에 대해 +45° 방향으로 배향된 제3 방향으로 배향된다. 4개의 층 중의 제4층의 섬유는 제1 방향에 대해 -45° 방향으로 배향된 제4 방향으로 배향된다. 이 구현예가 예시하기 위한 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
다양한 실시에 따르면, 준등방성 패널 (200)은 두께 ( t) 을 가진다. 다양한 실시에 따르면, 두께 ( t) 는 약 5000분의 1인치 (~0.005 인치)에서 약 400분의 1인치 (~0.040 인치)의 범위에 있다. 다른 두께가 가능하고 고려될 수 있다. 일부 구현예에서, 준등방성 패널은 폭 ( w) 을 가진다. 다양한 실시에 따르면 폭 ( w )은약 4분의 1인치 (~0.25 인치) 내지 약 2와 2분의 1인치 (~2.5 인치)의 범위에 있다. 다른 폭도 가능하고 고려될 수 있다. 준등방성 패널 (200)은 재료의 실질적으로 연속적인 테이프로 구성될 수 있고, 그러므로 준등방성 패널 (200)의 길이 (l) 는 광범위하게 변할 수 있다. 준등방성 패널 (200)의 다른 치수 및/또는 배열이 가능하다. 이들 구현예는 예시하기 위한 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
도 4로 돌아와서, 준등방성 패널 (200)으로부터 준등방성 복합재 박편 ("준등방성 박편")을 제작하는 태양을 상세히 기재할 것이다. 도 4에 나타낸 바와 같이 준등방성 박편 (400)은 본 경우에 필수적인 것은 아니지만 준등방성 패널 (200)로부터 형성되거나 제작될 수 있다. 특히 준등방성 박편 (400)은 여기에 기재한 어느 복합재로부터 형성될 수 있고 그리고 도면에 예시된 3개의 층 준등방성 패널 (200)에 국한되지 않는다. 이와 같이 예시한 구현예는 예시하기 위한 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 절단공구 (402) 또는 다른 공구가 준등방성 박편 (400)을 준등방성 패널 (200)로부터 절단하고, 분할하거나 그렇지 않으면 형성하고, 제작하거나 수득하는 데 사용될 수 있다. 원한다면 준등방성 박편 (400)을 형성하기 위해 펀치, 레이저, 톱과 같은 다른 공구, 및/또는 다른 구조물 또는 장비가 사용될 수 있다. 다양한 구현예에 따르면 준등방성 박편 (400)은 다양한 치수 및/또는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 일부 구현예에서 준등방성 박편 (400)은 정사각형, 타원형, 원형, 직사각형, 삼각형 등의 다양한 형상으로 형성된다. 준등방성 패널 (200)의 두께가 변할 수 있기 때문에 준등방성 박편 (400)은 도 4에 예시된 구현예와 같이 일부 구현예에서는 입방체에 가까울 수 있다. 이 구현예가 예시하기 위한 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
일부 실시예에서, 준등방성 패널 (200)은 일반적으로 부호 404로 나타낸 바와 같은 컨베이어 또는 다른 피드 (feed) 표면 또는 메커니즘을 따라 절단공구 (402)에 공급된다. 그러므로 여기에 기재한 개념 및 기술의 일부 구현예는 준등방성 패널 (200)의 실질적으로 연속 피드로부터 준등방성 박편 (400) 형성방법을 제공한다. 일부 구현예에서, 준등방성 패널 (200)은 연속 롤 또는 다른 구조물 위에 배치되고 그리고 피드 표면 또는 메커니즘을 따라 절단공구 (402)에 공급된다. 구현예는 예시하기 위한 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
도 5A-5B로 돌아와서, 준등방성 박편 (400)의 압축 성형의 태양을 하나의 예시적인 구현예에 따른 상세히 기재할 것이다. 도 5A에 나타낸 바와 같이 압축 성형틀 (500)이 제공될 수 있다. 압축 성형틀 (500)은 본 경우가 필수적인 것은 아니지만 상부 (502A) 및 하부 (502B)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 압축 성형틀 (500)는 예를 들어 암형부와 해당 암형부에 메워지도록 구성된 수형부를 포함한다. 압축 성형틀 (500)의 다른 구현예가 고려되고 가능하다. 이와 같이 예시적인 구현예는 예시하기 위한 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다. 도 5A에 나타나지 않더라도 가열 메커니즘, 모터, 진공 라인, 압축 공기 라인, 윤활 라인 등의 다양한 구조물, 및/또는 다른 구조물과 같은 다양한 구조물들이 압축 성형틀 (500)에 포함되거나 근접시킬 수 있다는 것으로 이해되어야 한다.
예시한 구현예에서 압축 성형틀 (500)은 도 5B에 나타낸 바와 같이 구형부 (504)를 제작하기 위해 사용된다. 압축 성형틀 (500)은 어느 원하는 형태로 설정될 수 있기 때문에 이 구현예는 예시하기 위한 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되서는 안되는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어 하나의 구현예에서 성형틀 (500)은 일리노이스의 시카고에 위치한 보잉사의 787 항공기용 스토빈 피팅 (stowbin fitting)을 형성하기 위한 압축 성형으로서 구성되어 있다. 압축 성형틀 (500)은 어느 원하는 부품을 형성하기 위해 사용될 수 있기 때문에 이들 구현예는 예시적인 것으로 이해되어야 한다.
압축 성형틀 (500)의 작동시 준등방성 박편 (400)은 압축 성형틀 (500)에 배치된다. 상부 (502A) 및 하부 (502B)는 압축 성형틀 (500)을 밀봉하기 위해 폐쇄되거나 함께 결합된다. 압축 성형틀 (500)을 밀봉시킨 후, 열과 압력을 압축 성형틀 (500) 또는 압축 성형틀 (500) 내의 준등방성 박편 (400)에 적용한다. 압축 성형틀 (500) 또는 압축 성형틀 (500)의 준등방성 박편 (400)에 제공된 열과 압력은 준등방성 박편 (400)을 압축 성형틀 (500)의 형태로 성형되게 한다. 그러므로 도 5B에 나타낸 바와 같이 부품 (504)은 준등방성 박편 (400)으로부터 형성될 수 있다.
다양한 실시에 따르면 여기에 기재한 개념 및 기술은 다양한 방향으로 예측 가능한 및/또는 일치하는 구조적 강도 및/또는 다른 성질을 가지는 부품 (504)을 제공하기 위해 사용된다. 상기 실시예에서, 준등방성 박편 (400)은 다양한 방향으로 부품 (504)내에서 분포될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 그러나 준등방성 박편 (400)이 3개 이상의 방향으로 배향된 섬유를 가지기 때문에 최종 부품 (504)의 한 부위가 특정 준등방성 박편 (400)의 적어도 일부 섬유가 인접 준등방성 박편 (400)의 섬유와 유사한 방향으로 배향될 수 있다는 점에서 실질적으로 준등방성 특성을 가질 수 있다. 그러므로 여기서 기재한 개념 및 기술의 구현예는 예측할 수 없는 및/또는 불일치하는 섬유 방향, 그리고 결과적으로 구조적 강도 및/또는 다양한 방향에서 다른 성질을 야기시키는 섬유 열가소성 압축 성형 공정에 내재하는 일부 예측불가능성을 제거하도록 할 수 있다. 이들 구현예는 예시적인 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
도 6에서 준등방성 박편 (400)의 압축 성형용 방법 (600)의 태양을 예시적인 구현예에 따라 상세히 기재할 것이다. 여기에 기재한 방법 (400)의 작동이 반드시 어떤 특정한 순서로 존재하는 것은 아니며 일부 또는 모든 작동이 다른 방식으로 수행되는 것이 가능하고 고려된다. 이 작동은 설명 및 예시의 용이성을 위하여 입증된 순서로 제공하기로 한다. 작동은 첨부하는 청구항의 범위를 벗어남이 없이 추가, 생략 및/또는 동시에 수행될 수 있다. 또한 예시된 방법 (600)은 어느 때나 종결될 수 있고 그 전체가 수행될 필요가 없다는 것으로 이해되어야 한다.
방법 (600)은 작동 (602)에서 시작하고 여기서 준등방성 패널 형성용 성분 재료가 수득된다. 여기에서 사용되는 바와 같이 성분 재료를 포함하는 "수득" 재료는 저장 위치로부터, 제3자로부터, 및/또는 어느 다른 근원지 또는 위치로부터 재료를 제조하고, 수득하고, 및/또는 회수하는 것을 포함한다. 상기 설명된 바와 같이, 성분 재료는 열플라스틱, 플라스틱, 및/또는 이에 한정되는 것은 아니지만 프리프레그를 포함하는 다른 재료를 포함할 수 있다. 재료는 또한 탄소, 섬유유리, 세라믹, 아라미드, 및/또는 다른 재료로부터 형성된 매립되거나 미리-함침된 섬유를 포함할 수 있다. 그러므로 성분 재료는 섬유 열가소성 수지 및/또는 다른 재료를 포함할 수 있다. 도 1를 참고로 하여 예를 들어 성분 재료는 준등방성 패널 (200)의 각 층 (102, 104, 106)을 형성하기 위해 사용되는 재료에 해당할 수 있다. 추가적 또는 대안적 재료가 작동 (602)에서 형성, 수득, 회수 및/또는 다른 한편으로 수득될 수 있기 때문에 이 구현예는 예시하기 위한 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
방법 (600)은 작동 (602)으로부터 작동 (604)으로 진행되고 여기서 작동 (602)에서 얻는 재료는 준등방성 패널을 형성하기 위해 함께 조립되거나 합체된다. 성분 재료는 점착제, 오토클레이브, 및/또는 다른 공정 및/또는 장비를 이용하여 다양한 성분 재료의 프레스성형, 연속 압축 성형 공정, 스탬프 형성을 사용하여 조립될 수 있다. 도 1-2에 예시된 구현예에서, 작동 (604)은 준등방성 패널 (200)을 형성하기 위해 하나 이상의 상기 공정을 사용하여 층 (102, 104, 106)을 함께 조립시키는 단계에 해당할 수 있다. 이 구현예는 예시하기 위한 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
방법 (600)은 작동 (604)에서 작동 (606)으로 진행되고 여기서 준등방성 박편은 작동 (604)에서 형성된 준등방성 박편 패널로부터 형성된다. 예시한 구현예를 참고로 하여 작동 (606)을 참고로 하여 여기에 기재한 기능성은 준등방성 박편 (400)을 형성하기 위해 공구 (402)를 사용하여 준등방성 박편 패널 (200)을 절단하거나 다른 한편으로 분할하는 단계에 해당할 수 있다. 본 구현예는 예시하기 위한 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
방법 (600)은 작동 (606)에서 작동 (608)으로 진행되고 여기서 압축 성형틀은 작동 (606)에서 형성된 준등방성 박편으로 충전된다. 작동 (608)에 충전된 압축 성형틀은 원하는 형태 또는 배열을 가질 수 있고 및/또는 어느 원하는 크기를 가질 수 있다. 예시한 구현예를 참고로 하여 작동 (608)을 참고로 하여 여기에 기재한 기능성은 압축 성형틀 (500)을 준등방성 박편 (400)으로 충전하는 단계에 해당할 수 있다. 본 구현예는 예시하기 위한 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
방법 (600)은 작동 (608)에서 작동 (610)으로 진행되고 여기서 열 및/또는 압력은 준등방성 박편이 작동 (608)에 배치되는 압축 성형틀에 제공된다. 준등방성 패널을 형성하기 위해 사용되는 재료에 따라 준등방성 박편 (400)에 제공되는 압력 및/또는 열의 양은 광범위하게 다를 수 있다. 예를 들어 하나의 고려된 구현예에서 준등방성 박편 (400)은 준등방성 패널로부터 형성된다. 반면에 준등방성 패널이 CYTEC ENGINEERED MATERIALS사 (뉴저지, 우드랜드 파크)로부터 APC 브랜드 PEKK 열가소성 중합체와 같은 재료의 3개 이상의 층으로부터 형성될 수 있고, 약 250℃의 유리전이온도 및 약 400℃까지의 작동온도를 가진다. 이와 같이 준등방성 박편은 약 250℃ 내지 약 400℃의 작동온도를 가질 수 있다. 다른 재료가 사용될 수 있기 때문에 작동온도범위가 예시적인 것으로 이해되어야 하며 그리고 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되어서는 안된다. 그러므로 작동 (610)은 준등방성 박편 (400)에 열을 적용하는 동시에 압력을 준등방성 박편 (400)에 제공하는 단계를 포함한다. 본 구현예는 예시하기 위한 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
방법 (600)은 작동 (610)에서 작동 (612)으로 진행되고 여기서 최종 부품은 압축 성형틀로부터 제거된다. 도 6에 도시하지 않더라도 압축 성형틀이 그로부터 최종 부품이 제거되기 전에 냉각될 수 있다. 예시한 구현예와 관련하여 작동 (612)에 대해 여기에 기재한 기능성은 부품 (504)을 압축 성형틀 (500)으로부터 제거하는 단계에 해당할 수 있다. 본 구현예는 예시하기 위한 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
방법 (600)은 작동 (612)에서 작동 (614)로 진행된다. 방법 (600)은 작동 (614)에서 종결된다. 도 6에 예시되지 않더라도 방법 (600)의 다양한 작동 및/또는 전체에서 방법 (600)이 여러번 반복될 수 있다. 도 6에 나타내지 않더라도 다양한 후-처리 작동이 예를 들어 부품을 기계가공, 부품을 페인팅, 부품을 라벨링 또는 부품을 패킹, 다른 작동 등을 수행할 수 있다.
하나의 실시구현예에서 준등방성 특성을 가지는 준등방성 박편으로부터의 부품 형성 방법은 준등방성 패널을 형성하기 위해 제1 복합 성분 재료로부터 형성되고 제1 방향으로 배열된 매립된 섬유를 가지는 제1 층, 제2 복합 성분 재료로부터 형성되고 제2 방향으로 배열된 매립된 섬유를 가지는 제2 층, 및 제3 복합성분 재료로부터 형성되고 제3 방향으로 배열된 매립된 섬유를 가지는 제3 층을 합체하는 단계; 준등방성 패널로부터 준등방성 박편을 형성하기 위해 준등방성 패널을 분할하되, 각 준등방성 박편은 제1 층의 제1 부위, 제2 층의 제2 부위, 및 제3 층의 제3 부위를 포함하고; 압축 성형틀을 준등방성 박편으로 충전시키는 단계: 및 부품을 형성하기 위해 압축 성형틀에 열과 압력을 적용하는 단계를 포함한다.
이와 관련하여 제1 복합성분 재료, 제2 복합성분 재료, 또는 제3 복합성분 재료 중 하나 이상은 열가소성 수지를 포함한다.
이와 관련하여 열가소성 수지는 폴리아릴에테르케톤, 폴리에테르이미드, 또는 폴리페닐렌 설파이드를 포함할 수 있다.
상기를 근거로 하여 준등방성 박편의 압축 성형용 개념 및 기술은 여기에 제공되는 것을 인지해야 한다. 여기에 제시된 실질적인 내용이 구조적 특징 및 방법론적 작용에 대해 특정한 언어로 기재되었더라도 첨부된 청구항에 정의된 발명이 여기에 기재한 특정 성질 또는 작용에 반드시 제한되는 것이 아님을 이해해야 한다. 특정 성질 및 작용은 청구항을 실시하는 실시예 형태로 기재되어 있다.
상기에 기재한 주제는 단지 예시한 것으로 제공한 것으로 제한하는 것으로 구성되어서는 안된다. 여기서 예시하고 기재한 실시구현예 및 적용을 따르지 않고, 그리고 다음 청구항에 기재한 본 발명의 진정한 정신 및 범위를 벗어남이 없이 여기에 기재한 주제에 대해 다양한 개조 및 변경이 가능할 수 있다.
102, 104, 106: 층
200: 준등방성 패널
400: 준등방성 박편
402: 절단공구
500: 압축 성형틀
502A: 상부
502B: 하부
504: 구형부
600: 방법
602, 604, 606, 608, 610, 612, 614: 작동
200: 준등방성 패널
400: 준등방성 박편
402: 절단공구
500: 압축 성형틀
502A: 상부
502B: 하부
504: 구형부
600: 방법
602, 604, 606, 608, 610, 612, 614: 작동
Claims (14)
- 다양한 방향으로 강도를 제공하는 준등방성 패널 (200)을 제조하기 위해 제1 방향으로 배향된 섬유를 가지는 제1 복합성분 재료로부터 형성된 제1 층 (102) 및 제2 방향으로 배향된 섬유를 가지는 제2 복합성분 재료로부터 형성되는 제2 층 (104)을 합체하는 단계 (604);
상기 준등방성 패널 (200)을 다수의 준등방성 박편 (400)으로 분할하는 단계 (606)로서, 상기 준등방성 박편은 다양한 방향으로 강도를 제공하는 단계;
압축 성형틀 (500)을 다수의 준등방성 박편으로 충전하는 단계 (608); 및
압축 성형틀 (500)에 열을 적용하여 준등방성 특성을 가지는 성형 부품을 형성하는 단계를 포함하는 준등방성 특성을 가지는 성형 부품을 형성하기 위한 방법 (600). - 제1 항에 있어서, 상기 제1 복합성분 재료 또는 상기 제2 복합성분 재료 중 하나 이상이 단방향 미리-함침된 열가소성 수지의 테이프를 포함하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 준등방성 패널 (200)을 제조하기 위해 제1 층 (102)과 제2 층 (104)을 합체하는 단계는 프레스 성형 공정 또는 연속 압축 성형 공정 중 하나 이상을 사용하여 제1 층과 제2 층을 함께 조립하는 단계를 포함하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 제1 복합성분 재료 또는 제2 복합성분 재료 중 하나 이상이 열가소성 수지를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 섬유는 탄소로부터 형성되는 방법.
- 제1항에 있어서, 제1 방향은 제2 방향에 대하여 60°로 회전하는 방법.
- 제1항에 있어서, 제1 방향은 제2 방향에 대하여 45°로 회전하는 방법.
- 제1항에 있어서, 준등방성 패널 (200)은 제3 방향으로 배향된 섬유를 가지는 제3 복합성분 재료로부터 형성되는 제3 층 (106)을 포함하는 방법.
- 제4 항에 있어서, 열가소성 수지는 하나 이상의 폴리페닐렌 설파이드 또는 폴리에테르이미드 중 하나를 포함하는 방법.
- 제4항에 있어서, 열가소성 수지는 폴리아릴에테르케톤을 포함하는 방법.
- 제10항에 있어서, 폴리아릴에테르케톤은 폴리에테르 에테르 케톤 또는 폴리에테르케톤케톤 중 하나인 방법.
- 제8항에 있어서, 부품은 항공기용 스토빈 피팅을 포함하고, 여기서 제1 복합성분 재료, 제2 복합성분 재료, 및 제3 복합성분 재료는 동일한 재료인 방법.
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