KR102473358B1 - 경화된 복합재 부품을 정의하기 위해 제1 열경화성 복합재와 제2 열경화성 복합재를 일체접합하는 방법 - Google Patents

경화된 복합재 부품을 정의하기 위해 제1 열경화성 복합재와 제2 열경화성 복합재를 일체접합하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102473358B1
KR102473358B1 KR1020197021885A KR20197021885A KR102473358B1 KR 102473358 B1 KR102473358 B1 KR 102473358B1 KR 1020197021885 A KR1020197021885 A KR 1020197021885A KR 20197021885 A KR20197021885 A KR 20197021885A KR 102473358 B1 KR102473358 B1 KR 102473358B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tsc
partially
temperature
partially cured
cured
Prior art date
Application number
KR1020197021885A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190124705A (ko
Inventor
칼 엠. 넬슨
트래비스 제임스 셔우드
하딕 달랄
펠릭스 엔. 응우옌
이동연
켄이치 요시오카
히데오 앤드류 코야나기
Original Assignee
더 보잉 컴파니
도레이 카부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 더 보잉 컴파니, 도레이 카부시키가이샤 filed Critical 더 보잉 컴파니
Publication of KR20190124705A publication Critical patent/KR20190124705A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102473358B1 publication Critical patent/KR102473358B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/737—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the state of the material of the parts to be joined
    • B29C66/7375—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the state of the material of the parts to be joined uncured, partially cured or fully cured
    • B29C66/73753—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the state of the material of the parts to be joined uncured, partially cured or fully cured the to-be-joined area of at least one of the parts to be joined being partially cured, i.e. partially cross-linked, partially vulcanized
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/18—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated tools
    • B29C65/20—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated tools with direct contact, e.g. using "mirror"
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/02—Preparation of the material, in the area to be joined, prior to joining or welding
    • B29C66/022—Mechanical pre-treatments, e.g. reshaping
    • B29C66/0224—Mechanical pre-treatments, e.g. reshaping with removal of material
    • B29C66/02241—Cutting, e.g. by using waterjets, or sawing
    • B29C66/02242—Perforating or boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/02—Preparation of the material, in the area to be joined, prior to joining or welding
    • B29C66/022—Mechanical pre-treatments, e.g. reshaping
    • B29C66/0224—Mechanical pre-treatments, e.g. reshaping with removal of material
    • B29C66/02245—Abrading, e.g. grinding, sanding, sandblasting or scraping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/02—Preparation of the material, in the area to be joined, prior to joining or welding
    • B29C66/028—Non-mechanical surface pre-treatments, i.e. by flame treatment, electric discharge treatment, plasma treatment, wave energy or particle radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/11—Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
    • B29C66/112—Single lapped joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/13—Single flanged joints; Fin-type joints; Single hem joints; Edge joints; Interpenetrating fingered joints; Other specific particular designs of joint cross-sections not provided for in groups B29C66/11 - B29C66/12
    • B29C66/131—Single flanged joints, i.e. one of the parts to be joined being rigid and flanged in the joint area
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40—General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/47—Joining single elements to sheets, plates or other substantially flat surfaces
    • B29C66/474—Joining single elements to sheets, plates or other substantially flat surfaces said single elements being substantially non-flat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/721—Fibre-reinforced materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/737—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the state of the material of the parts to be joined
    • B29C66/7375—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the state of the material of the parts to be joined uncured, partially cured or fully cured
    • B29C66/73751—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the state of the material of the parts to be joined uncured, partially cured or fully cured the to-be-joined area of at least one of the parts to be joined being uncured, i.e. non cross-linked, non vulcanized
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/737—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the state of the material of the parts to be joined
    • B29C66/7375—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the state of the material of the parts to be joined uncured, partially cured or fully cured
    • B29C66/73755—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the state of the material of the parts to be joined uncured, partially cured or fully cured the to-be-joined area of at least one of the parts to be joined being fully cured, i.e. fully cross-linked, fully vulcanized
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/739—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/7394—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoset
    • B29C66/73941—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoset characterised by the materials of both parts being thermosets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/91—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/914—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/9141—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature
    • B29C66/91411—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature of the parts to be joined, e.g. the joining process taking the temperature of the parts to be joined into account
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/91—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/919—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux characterised by specific temperature, heat or thermal flux values or ranges
    • B29C66/9192—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux characterised by specific temperature, heat or thermal flux values or ranges in explicit relation to another variable, e.g. temperature diagrams
    • B29C66/91951—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux characterised by specific temperature, heat or thermal flux values or ranges in explicit relation to another variable, e.g. temperature diagrams in explicit relation to time, e.g. temperature-time diagrams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/48—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/02—Preparation of the material, in the area to be joined, prior to joining or welding
    • B29C66/022—Mechanical pre-treatments, e.g. reshaping
    • B29C66/0224—Mechanical pre-treatments, e.g. reshaping with removal of material
    • B29C66/02241—Cutting, e.g. by using waterjets, or sawing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/721—Fibre-reinforced materials
    • B29C66/7214—Fibre-reinforced materials characterised by the length of the fibres
    • B29C66/72141—Fibres of continuous length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3076—Aircrafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3076—Aircrafts
    • B29L2031/3082—Fuselages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3076—Aircrafts
    • B29L2031/3085—Wings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

경화된 복합재 부품을 정의하기 위해 제1 열경화성 복합재(TSC)와 제2 TSC를 일체접합하는 방법들이 여기에 개시된다. 방법들은 제1 부분적으로 경화된 TSC를 정의하기 위해 제1 TSC를 목표 경화 상태(SOC)로 부분적으로 경화시키는 단계를 포함한다. 부분적으로 경화시키는 단계는, 적어도 부분적으로, 부분적으로 경화시키는 동안 제1 TSC의 최대 온도 및 제1 TSC의 실제 온도가 임계 온도보다 높은 경과 시간에 기초한다. 방법들은 또한 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리를 정의하기 위해 제1 부분적으로 경화된 TSC를 제2 TSC와 결합하는 단계 및 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리를 가열하여 제1 부분적으로 경화된 TSC를 제2 TSC에 접합하고, 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리를 경화하고, 경화된 복합재 부품을 생산하는 단계를 포함한다.

Description

경화된 복합재 부품을 정의하기 위해 제1 열경화성 복합재와 제2 열경화성 복합재를 일체접합하는 방법
관련 출원
본 출원은 METHODS OF CO-BONDING A FIRST THERMOSET COMPOSITE AND A SECOND THERMOSET COMPOSITE TO DEFINE A CURED COMPOSITE PART을 명칭으로 하여 2017 년 3 월 16 일자로 출원된 미국 특허 가출원 제62/472,404호의 우선권을 주장한다.
본 개시는 일반적으로 경화된 복합재 부품을 정의하기 위해 제1 열경화성 복합재와 제2 열경화성 복합재를 일체접합(co-bonding)하는 방법들에 관한 것으로, 특히 일체접합 이전에 적어도 제1 열경화성 복합재를 부분적으로 경화시키는 단계를 포함하는 방법들에 관한 것이다.
열경화성 복합재들은 다양한 부품들(parts), 제품들 및/또는 산업들에서 활용된다. 이러한 열경화성 복합재들의 물질들은 경화되기 전에 수지(resin)로 스윕(sweep) 및/또는 주입될 수 있는 수지 함침 섬유들(resin-impregnated textiles), 또는 섬유 토우들(fiber tows)(예를 들면, 프리프레그(pre-preg)), 및/또는 건조 섬유 베드들(dry fiber beds)(예를 들면, 프리폼들(pre-forms))를 포함할 수 있다. 어느 경우에서든, 본 개시에서 열경화성 수지로 지칭될 수도 있는 수지는 실온, 또는 주위(ambient) 온도들에서 잠재성(latent), 비반응성(non-reactive) 또는 적어도 실질적으로 비반응성일 수 있다.
이러한 열경화성 복합재들은 일반적으로 본 개시에서 녹색 상태로 지칭될 수 있는 가요성 미경화 상태(flexible uncured state)에 있는 동안 레이업 되고(laid-up) 이어서 가열된다. 가열은 수지를 가교 결합(crosslinking)시키는 것과 같은 방법으로 열경화성 복합재를 경화시키고, 열경화성 복합재를 경화된 상태로 전이시킨다. 가교 결합은 또한 본 개시에서 수지를 중합시키는 것으로 지칭될 수도 있다.
항공 우주 산업과 같은 특정 분야들에서는 열경화성 복합재로부터 제작(fabricated)될 수 있는 경화된 열경화성 복합재 부품들이 매우 클 수 있다. 예시로서, 항공기의 동체 배럴(barrel) 섹션들, 항공기의 날개들 및/또는 항공기의 꼬리 섹션들은 열경화성 복합재로 형성될 수 있다. 이러한 대형 열경화성 복합재 부품들은 그것의 레이업을 위해 대형 레이업 맨드럴들(mandrels)을 필요로 할 수 있으며 또한 열경화성 복합재 부품을 경화시키기 위해 오토클레이브(autoclaves), 오븐 및/또는 프레스와 같은 대형 가열 어셈블리들을 필요로 할 수 있다. 대형 레이업 맨드럴들과 대형 가열 어셈블리들은 값이 비싸고 상당한 양의 공장 공간을 필요로 한다. 이와 같이, 경화된 열경화성 복합재 부품의 경제적인 제작은 대형 레이업 맨드럴들 및/또는 대형 가열 어셈블리들이 효율적인 방식으로 이용될 것을 요구한다.
열경화성 복합재 부품들은 제1 열경화성 복합재와 제2 열경화성 복합재가 결합되어 열경화성 복합재 부품을 생산하는 일체접합 프로세스로 제작될 수 있다. 일체접합 프로세스들에서는, 열경화성 복합재들 중 적어도 하나는 일반적으로 나머지 열경화성 복합재와의 결합 이전에 경화된다.
열경화성 복합재를 경화시키는 종래 기술의 방법들은 일반적으로 적어도 경화된 열경화성 복합재 부품을 생산하기 위한 임계 시간 동안 임계 온도보다 높게 미경화된(uncured) 열경화성 복합재를 가열하는 것에 의존한다. 그러한 방법들은 거의 모든 경우에 열경화성 복합재의 완전 경화 또는 거의 완전 경화를 보장하도록 설계되며, 열경화성 복합재를 경화하기 위한 자원 집약적인 방법이며, 공장 장비 및/또는 용량을 가장 잘 활용하지 못할 수 있다. 달리 말하면, 종래 기술의 방법들은 열경화성 복합재 내의 원하는 및/또는 목표하는 기계적 속성들을 생산하기 위해 필요할 수 있는 것보다 오래 열경화성 복합재를 경화할 수 있고, 이러한 추가적인 경화 시간은 이득이 거의 없을 수 있다.
따라서, 이러한 종래 기술의 방법들은 레이업 맨드럴들 및/또는 가열 어셈블리들과 같은 공장 자원들을 효율적으로 가장 잘 활용하지 않을 수 있다. 이러한 비효율적인 경화는, 열경화성 복합재가 효과적으로 두 번 경화될 수 있으므로 일체접합 프로세스에서 열경화성 복합재가 이어서 사용될 때 특히 분명하다.
1. 공개특허공보 제10-2015-0093679호 2. 일본 공개특허공보 특개2016-172437호 3. 공개특허공보 제10-2016-0045776호
따라서, 경화된 열경화성 부품을 정의하기 위해 제1 열경화성 복합재와 제2 열경화성 복합재를 일체접합하는 시간적으로 효율적인 방법들에 대한 필요성이 존재한다.
경화된 복합재 부품을 정의하기 위해 제1 열경화성 복합재(thermoset composite)(TSC)와 제2 TSC를 일체접합하는 방법들이 여기에 개시된다. 방법들은 제1 부분적으로 경화된 TSC를 정의하기 위해 제1 TSC를 목표 경화 상태(state of cure)(SOC)로 부분적으로 경화시키는 단계를 포함한다. 부분적으로 경화시키는 단계는, 적어도 부분적으로, 부분적으로 경화시키는 동안 제1 TSC의 최대 온도 및 제1 TSC의 실제 온도가 임계 온도보다 높은 경과 시간에 기초한다. 방법들은 또한 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리(assembly)를 정의하기 위해 제1 부분적으로 경화된 TSC를 제2 TSC와 결합하는 단계를 포함한다. 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리는 제1 부분적으로 경화된 TSC와 제2 TSC 사이에 경계면 영역(interface region)을 포함한다. 방법들은 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리를 가열하여, 경계면 영역 내에서 제1 부분적으로 경화된 TSC를 제2 TSC에 접합하고, 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리를 경화하고, 경화된 복합재 부품을 생산하는 단계를 더 포함한다.
도 1은 본 개시에 따른 시스템들 및 방법들을 사용하여 형성될 수 있는 복합재 구조물을 포함하는 항공기의 예시이다.
도 2는 도 1의 항공기의 일부를 형성할 수 있는 날개의 예시이다.
도 3은 본 개시에 따라, 경화된 복합재 부품을 정의하기 위해 제1 열경화성 복합재와 제2 열경화성 복합재를 일체접합하는 방법들을 도시한 흐름도이다.
도 4는 도 3의 방법의 일부들을 도시하는 프로세스 흐름이다.
도 5는 복합재 부품을 완전히 경화하기 위해 이용될 수 있는 복수의 시간-온도 궤적들을 본 개시에 따라 복합재 부품을 목표 경화 상태로 부분적으로 경화하기 위해 이용될 수 있는 복수의 시간-온도 궤적들과 비교한다.
도 6은 본 개시에 따라, 열경화성 복합재를 목표 경화 상태로 경화시키는 방법들을 도시한 흐름도이다.
도 7는 본 개시에 따른 방법들과 함께 이용될 수 있는 모델 열경화성 복합재의 예시적인 단면도이다.
도 8는 특정 프로세스 조건 세트 하에서 도 7의 모델 열경화성 복합재에 대한 경화 시간 궤적의 정도(degree) 및 온도의 예시이다.
도 9은 복수의 구별되는 프로세스 조건들 하에서 도 7의 모델 열경화성 복합재에 대해 생성된 복수의 온도 - 시간 궤적들의 예시이며, 복수의 온도 시간 궤적의 각각은 모델 열경화성 복합재에 대해 동일한 경화 상태를 생산한다.
도 10은 열경화성 복합재의 실제 온도가 도 7의 모델 열경화성 복합재에 대한 임계 온도보다 높은 경과 시간(elapsed time), 최대 온도 및 임계 온도를 도시하는 도 7의 모델 열경화성 복합재에 대한 온도 - 시간 궤적의 예시이다.
도 11은 도 7의 모델 열경화성 복합재에 대한 목표 경화 상태를 생성하기 위한 경과 시간 대(vs.) 최대 온도의 플롯(plot)이다.
도 12는 항공기 생산 및 서비스 방법론의 흐름도이다.
도 13은 항공기의 블록도이다.
도 1 내지 13은 본 개시에 따른 방법들(150 및 200)의, 방법들(150 및/또는 200)을 활용하여 제작될 수 있는 열경화성 복합재들의, 방법들(150)에 대한 프로세스 흐름들의, 및/또는 방법들(150 및/또는 200) 동안에 생성 및/또는 활용될 수 있는 데이터 및/또는 정보의 예시적이고 비배타적인(non-exclusive) 예시들을 제공한다. 유사하거나 또는 적어도 실질적으로 유사한 목적을 제공하는 요소들(elements)은 도 1 내지 13의 각각에서 비슷한 번호로 표시되며, 이들 요소들은 도 1 내지 13의 각각을 참조하여 본 개시에서 상세히 논의되지 않을 수 있다. 유사하게, 도 1 내지 13의 각각에서 모든 요소들이 표시되지 않을 수 있으나, 그와 연관된 참조 번호들은 일관성을 위해 본 개시에서 사용될 수 있다. 본 개시에서 도 1 내지 13의 하나 이상을 참조하여 논의된 요소들, 구성요소들(components) 및 특징들은 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 도 1 내지 13 중 어느 하나에 포함되거나 이와 함께 활용될 수 있다.
일반적으로, 주어진(즉, 특정의) 실시예에 포함될 가능성이 있는 요소들은 실선으로 도시되어 있고, 주어진 실시예에서 선택적인 요소들은 점선으로 도시되어 있다. 그러나, 실선으로 도시된 요소들이 모든 실시예에 필수적인 것은 아니며, 실선으로 도시된 요소는 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 특정 실시예에서 생략될 수 있다.
도 1은 경화된 열경화성 복합재 부품(100)을 포함할 수 있는 복합재 구조물(800)을 포함하는 항공기(700)의 예이다. 열경화성 복합재 부품(100)은 본 개시에 따라, 열경화성 복합재로부터 및/또는 방법들(150 및/또는 200)을 활용하여 적어도 부분적으로 구조화(constructed)될 수 있다. 도 2는 항공기(700)의 일부를 형성할 수 있는 날개(740)의 예이다. 항공기(700)는 기체(710), 동체(720), 동체 배럴(730), 날개(740) 및/또는 안정기(stabilizer)(750)를 포함하는 복수의 구성요소들을 포함할 수 있다.
항공기(700)의 복합재 구조물(800)은 경화된 열경화성 복합재 부품(100)을 형성할 수 있고 및/또는 항공기(700)의 임의의 적합한 구성요소의 일부를 형성할 수 있는 복수의 플라이들(plies)의 복합재 물질(102)을 포함할 수 있다. 예시로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 항공기(700)는 항공기(700)의 임의의 적합한 일부의 외부 표면이거나 및/또는 이를 형성 및/또는 커버할 수 있는 스킨 세그먼트들(skin segments)(790) 및/또는 복수의 프레임들(780)과 함께 스킨 세그먼트들(790)의 내부 표면을 지지할 수 있는 복수의 스트링거들(stringers)(770)을 포함할 수 있다. 다른 예시로서, 그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 날개(740)는 날개의 길이를 따라 연장될 수 있는 복수의 날개 스트링거들(742)을 포함할 수 있다. 날개(740)는 또한 복수의 리브들(ribs)(744)을 포함할 수 있다. 날개 스트링거들(742) 및 리브들(744)은 날개(740)를 덮는 스킨 세그먼트들(790)의 내부 표면(748)을 지지할 수 있는, 날개(740)에 대한 내부 지지 구조물(746)의 적어도 일부를 함께 형성 및/또는 정의할 수 있다. 이들 스킨 세그먼트들은 또한 본 개시에서 날개 스킨 세그먼트들(790)로 지칭될 수 있다. 스킨 세그먼트들(790)(또는 날개 스킨 세그먼트들(790)), 스트링거들(770), 프레임들(780), 날개 스트링거들(742), 리브들(744) 및/또는 내부 지지 구조물(746)은 적어도 부분적으로, 또는 심지어 완전히, 복합재 물질의 플라이들(102)로부터 형성될 수 있고 및/또는 본 개시에 개시된 방법(200)을 활용하여 형성될 수 있는 경화된 열경화성 복합재 부품(100)일 수 있다.
도 3은 본 개시에 따라 경화된 복합재 부품을 형성 및/또는 정의하기 위해 제1 열경화성 복합재와 제2 TSC를 (서로에 대해) 일체접합하는 방법들(150)을 도시하는 흐름도이며, 반면 도 4는 도 3의 방법의 일부들을 도시하는 프로세스 흐름이다. 방법들(150)은 제1 및/또는 제2 TSC를 부분적으로 경화시키는 단계(155)를 포함하고 제1 및/또는 제2 TSC로부터 필 플라이(peel ply)를 분리하는 단계(160)를 포함할 수 있다. 방법들(150)은 또한 제1 및/또는 제2 부분적으로 경화된 TSC를 전처리(pre-process)하는 단계(165) 및/또는 제2 TSC를 완전히 경화시키는 단계(170)를 포함할 수 있다. 방법들(150)은 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리를 정의하기 위해 제1 부분적으로 경화된 TSC를 제2 TSC와 결합하는 단계(175) 및 경화된 복합재 부품을 생산하기 위해 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리를 가열하는 단계(180)를 더 포함한다.
제1 TSC 및/또는 제2 TSC를 부분적으로 경화시키는 단계(155)는 원하는 및/또는 목표 경화 상태(SOC)로 부분적으로 경화시키는 단계 및/또는 각각 제1 부분적으로 경화된 TSC 및/또는 제2 부분적으로 경화된 TSC를 생산 및/또는 생성하기 위해 부분적으로 경화시키는 단계를 포함할 수 있다. 제1 TSC 및/또는 제2 TSC는 일반적으로 본 개시에서 TSC로 지칭될 수 있다. 제1 부분적으로 경화된 TSC 및/또는 제2 부분적으로 경화된 TSC는 일반적으로 본 개시에서 부분적으로 경화된 TSC로 지칭될 수 있다.
목표 SOC는 부분적으로 경화시키는 단계(155) 동안 경험되는 제1 TSC 및/또는 제2 TSC 각각의 최대 온도에 적어도 부분적으로 기초하여 설정, 결정 및/또는 특정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로(alternatively) 목표 SOC는, 부분적으로 경화시키는 단계(155) 동안 제1 TSC의 및/또는 제2 TSC의 실제 온도가 각각 임계 온도보다 높은 경과 시간에 적어도 부분적으로 기초하여 설정, 결정 및/또는 특정될 수 있다. 도 6에 부분적으로 경화시키는 단계(155)의 더 구체적인 예시들이 도시되고 본 개시에서 더 상세히 논의된다.
부분적으로 경화시키는 단계(155)가 도 4에 개략적으로 도시되어 있다. 여기에서, (130)으로 표시된 미경화된 TSC는 (132)로 표시된 부분적으로 경화된 TSC를 형성 및/또는 정의하기 위해 부분적으로 경화된다. 본 개시에 따른 방법들(150)의 일 예시에서, 도 4에서 (130)으로 표시된 미경화된 TSC는 제1 TSC이고 및/또는 제1 TSC를 포함할 수 있고 도 4에서 (132)로 표시된 부분적으로 경화된 TSC는 제1 부분적으로 경화된 TSC이고 및/또는 제1 부분적으로 경화된 TSC를 포함할 수 있다.
부분적으로 경화시키는 단계(155)를 포함하는 방법들(200)은 결합하는 단계(175) 이전에 제1 TSC를 완전히 경화시키는 종래 기술의 방법들과 비교할 때 상당히 짧은 시간이 걸릴 수 있다. 이러한 시간 절약의 예시로서, 도 5는 열경화성 복합재를 완전히 경화하기 위해 활용될 수 있는 복수의 시간-온도 궤적들을 TSC를 목표 SOC로 경화시키기 위해 활용될 수 있는 본 개시에 따른 복수의 시간-온도 궤적들과 비교한다. TSC를 완전히 경화시키기 위해 활용되는 보통의 시간-온도 궤적들의 예시들이 도 5의 (145)에 표시되어 있는 반면, TSC를 부분적으로 경화시키는 본 개시에 따른 예시적인 시간-온도 궤적들은 (146)에 표시되어 있다. 궤적들(146)을 생산하기 위해 이용되는 가열된 환경의 온도의 예시는 (147)에 표시되어 있다. 도시된 바와 같이, 방법들(150)을 이용하는 것과 관련된 시간 절약은 상당할 수 있다. 예시들로서, 시간 절약은 적어도 30%, 적어도 35%, 적어도 40%, 적어도 45%, 적어도 50%, 적어도 55% 및/또는 적어도 60%일 수 있다. 이러한 시간 절약은 종래 기술 방법들과 비교할 때 더 효율적인 장비 활용, 감소된 제조 비용, 감소된 노동 비용 및/또는 감소된 공공재 비용(utility costs)을 가져올 수 있다.
경화된 복합재 부품은 본 개시에 개시된 방법들을 활용하여 형성, 제작 및/또는 경화될 수 있는, 도 1 및 2의 열경화성 복합재 부품(100)과 같은 임의의 적합한 열경화성 복합재 부품의 일부를 형성하거나 및/또는 이에 포함될 수 있다. 예시로서, 제1 TSC, 제2 TSC 및/또는 경화된 복합재 부품은 복합재 물질의 복수의 플라이들 또는 층들(layers)을 포함할 수 있다. 플라이들은 복수의 섬유들을 포함할 수 있고 및/또는 복수의 섬유들로부터 형성될 수 있다. 섬유들은 열경화성 수지에 의해 코팅 및/또는 함침(impregnated) 될 수 있다. 이러한 조건들 하에서, TSC는 또한 미리 함침된 또는 프리프레그(pre-preg) 물질로 지칭될 수 있다. 그러나, 다른 TSC들도 본 개시의 범위 내에 있다. 예시로서, TSC는 열경화성 수지로 코팅, 투입(infuse) 및/또는 주입(inject)되는 직물 및/또는 건조 섬유 베드를 포함할 수 있다.
섬유들의 예시는 임의의 적합한 탄소 섬유, 중합체 섬유, 유리 섬유, 유기 섬유, 무기 섬유, 아라미드(aramid) 섬유, 실리콘 섬유, 금속 섬유, 알루미늄 섬유, 붕소 섬유, 탄화텅스텐 섬유, 자연 발생 섬유 및/또는 인조(man-made) 섬유를 포함한다. 섬유들은 임의의 적합한 방식으로 서로에 대해 배열될 수 있다. 예시는 무작위 배향의 세단 섬유들(chopped fibers), 단일 토우(tow), 좁은 토우, 직물들, 매트들, 편물들(knitted fabrics), 번들들(bundles) 및/또는 브레이드들(braids)을 포함한다. 섬유들은 길거나(예를 들면, 길이가 10 밀리미터 넘음) 또는 짧을 수 있다(예를 들면, 길이가 10 밀리미터 미만).
열경화성 수지의 예시들은 3 차원 가교 결합된 네트워크를 형성 및/또는 정의하기 위해 외부에서 인가된 에너지원을 활용하여 가교 결합 화합물 및/또는 경화제로 경화될 수 있는 임의의 적합한 수지를 포함한다. 열경화성 수지들의 예시는, 열경화성 에폭시(epoxy), 열경화성 접착제, 열경화성 중합체, 에폭시 수지들, 에폭시 노볼락(novolac) 수지들, 에스테르 수지들, 비닐 에스테르 수지들, 시안산(cyanate) 에스테르 수지들, 말레이미드(maleimide) 수지들, 비스말레이미드(bismaleimide) 수지들, 비스말레이미드 트리아진(trizaine) 수지들, 페놀 수지들, 노볼락 수지들, 레조르시놀(resorcinolic) 수지들, 불포화 폴리에스테르 수지들, 프탈산디알릴(diallyl phthalate) 수지들, 요소(urea) 수지들, 멜라민 수지들, 벤조옥사진(benzoxazine) 수지들, 폴리우레탄들 및/또는 이들의 혼합물들을 포함한다.
논의된 바와 같이, 미경화된 TSC를 경화시키기 위한 종래 기술의 방법들은 일반적으로 완전히 경화된 TSC 또는 적어도 실질적으로 완전히 경화된 TSC를 생산 및/또는 생성하도록 구성되며, 미경화된 TSC를 비효율적으로 경화시킬 수 있어서, 공장 자원을 가장 잘 활용하지 못할 수 있다. 이것은 특히 완전히 경화된 제1 TSC가 미경화된 제2 TSC와 조립되어 TSC 어셈블리를 생산하고 TSC 어셈블리가 두 번째로 경화되어 경화된 복합재 부품을 생산하고 제 1 TSC 및 제 2 TSC를 함께 접합시키는 일체접합 프로세스의 일부로 활용되는 TSC에 해당될 수 있다.
요구되지는 않지만, 달리 말하면, 본 개시에 개시된 방법들은 일반적으로 완전 경화되거나 또는 실질적으로 완전히 경화된 종래 기술의 TSC와 다른 타겟 SOC로 제1 TSC 및/또는 제2 TSC와 같은 미경화된 TSC를 경화시키기 위해 활용된다. 본 개시에서 목표 SOC를 갖는 부분적으로 경화된 TSC를 생산 및/또는 생성하는 것으로 지칭될 수 있는 이러한 방법은 도 3 및 4에 도시되고 본 개시에서 논의되는 일체접합 프로세스와 같은 제조 프로세스의 중간 단계일 수 있다. 본 개시에 개시된 방법들(150 및/또는 200)은 TSC를 경화시키기 위한 및/또는 경화된 복합재 부품을 생산하기 위한 군살을 뺀(lean), 시간적으로 최적화된 및/또는 시간을 보존하는 방법들을 나타낼 수 있고 또는 본 개시에서 이들로 지칭될 수 있다.
부분적으로 경화된 TSC에 대한 목표 SOC는 또한 본 개시에서 부분적으로 경화된 TSC에 대한 경화 상태, 목표 경화 상태, 경화도 및/또는 목표 경화도로서 지칭될 수 있으며, 임의의 적합한 방식으로 정의될 수 있다. 예시로서, 목표 SOC는 수지의 원하는 및/또는 목표하는 퍼센트 반응 전환율 및/또는 부분적으로 경화된 TSC를 포함하는 수지 내의 가교 결합의 원하는 및/또는 목표하는 백분율로서 또는 그에 의해 정의될 수 있다. 목표 SOC의 예시들은 적어도 10%, 적어도 20%, 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 적어도 90%, 최대 95%, 최대 90%, 최대 85%, 최대 80%, 최대 75%, 최대 70%, 최대 65%, 최대 60%, 최대 50% 및/또는 최대 40%의 SOC를 포함한다. TSC가 목표 SOC를 가질 때, 자외선 빛에 대한 노출은 추가적인 경화 및/또는 TSC의 악화(degradation)을 초래할 수 있다. 이와 같이, 부분적으로 경화시키는 단계(155)는 부분적으로 경화된 TSC를 목표 SOC에서 유지하기 위해 및/또는 부분적으로 경화된 TSC를 악화로부터 보호하기 위한 것과 같이, TSC 또는 부분적으로 경화된 TSC를 자외선 빛으로부터 차단하는 단계를 포함할 수 있다. 이 차단하는 단계는 적어도 결합하는 단계(175) 이전에 및/또는 가열하는 단계(180) 이전에 유지될 수 있다.
본 개시에서 사용된 "미경화된 TSC" 및/또는 "녹색 TSC"라는 문구는 미경화이고, 적어도 실질적으로 미경화되고, 의도적으로 경화되지 않았으며, 가요성 상태에 있고, 열경화성 복합재가 레이업, 몰드 및/또는 성형될 수 있는 상태에 있고, 가열되지 않았고 및/또는 열경화성 복합재를 포함하는 수지 내에서 가교 결합이 임계 백분율 미만인 열경화성 복합재를 지칭할 수 있다. 예시로서, 미경화된 TSC의 가교 결합 백분율은 20% 미만, 15% 미만, 10% 미만, 5% 미만 및/또는 1% 미만일 수 있다.
본 개시에서 사용된 "경화된 TSC" 및/또는 "경화된 열경화성 복합재 부품"이라는 문구는 완전히 또는 적어도 실질적으로 완전히 경화된 열경화성 복합재를 지칭할 수 있다. 예시로서, 경화된 TSC의 SOC는 부분적으로 경화된 TSC의 SOC보다 클 수 있고 및/또는 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 99% 및/또는 적어도 실질적으로, 또는 효과적으로, 100%일 수 있다.
본 개시에서 사용된 "부분적으로 경화된 TSC"라는 문구는 본 개시에 개시된 방법들을 이용하여 목표 SOC로 부분적으로 경화된 열경화성 복합재를 지칭할 수 있다. 본 개시에서 보다 상세히 논의되는 바와 같이, 이러한 부분적으로 경화된 TSC는 경화된 TSC의 많은 물리적 특성을 나타낼 수 있는 동시에, 비교될 수 있는(comparable) 완전히 경화된 TSC의 SOC 미만이고 및/또는 불완전한 대응 SOC를 나타낸다.
본 개시에서 사용되는 "열경화성 복합재"라는 문구 또는 "TSC"라는 약어는 임의의 적합한 SOC를 갖는 임의의 적합한 열경화성 복합재를 지칭할 수 있다. 이와 같이, "열경화성 복합재"라는 문구 및/또는 약어 "TSC"는 일반적으로 미경화된 TSC, 경화된 TSC 및/또는 부분적으로 경화된 TSC를 지칭하는데 이용될 수 있다.
본 개시에 개시된 방법들은 일반적으로 열경화성 복합재들에 적용 가능한 것으로 기술되어 있으며, 이러한 열경화성 복합재의 예시들이 본 개시에 개시되어 있다. 그러나, 이 방법들은 또한 필수적으로 복합재는 아닌 벌크(bulk) 열경화성 물질들과 이용되거나 이들에 적용될 수 있다는 것은 본 개시의 범위 내에 있다. 이러한 벌크 열경화성 물질의 예시는 본 개시에 개시된 TSC들에서 사용되는 수지이다. 이를 염두에 두면, "열경화성 복합재"라는 문구 및/또는 "TSC"라는 약어는 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 본 개시에서 "벌크 열경화성 물질"이라는 문구로 대체될 수 있다.
TSC를 위한 목표 SOC는 목표 SOC로 경화된 결과적인 부분적으로 경화된 TSC가 적어도 TSC 어셈블리들을 생산하기 위해 이용될 수 있는 일체접합 프로세스들에 관하여, 비교될 수 있는 완전히 경화된 TSC와 기능적으로 유사하도록 선택 및/또는 설정될 수 있다. 예시로서, 부분적으로 경화된 TSC는 비교될 수 있는 완전히 경화된 TSC의 강도(rigidity), 경도(hardness) 및/또는 모듈러스(modulus)의 10% 이내, 5% 이내 및/또는 1% 이내인 강도, 경도 및/또는 모듈러스와 같이, 비교될 수 있는 완전히 경화된 TSC와 유사한 기계적 속성들을 나타낼 수 있다. 다른 예시로서, 부분적으로 경화된 TSC는 부분적으로 경화된 TSC 및/또는 비교될 수 있는 완전히 경화된 TSC를 이용하는 제조 프로세스 내에서 비교될 수 있는 완전히 경화된 TSC의 적합한 대체제일 수 있다. 이러한 유사한 기계적 속성들은 일체접합 프로세스들의 맥락에서 부분적으로 경화된 TSC가 비교될 수 있는 완전히 경화된 TSC와 유사하게 또는 심지어 동일하게 기능하도록 하기에 충분할 수 있다. 그러나, 이러한 유사한 기능적 속성들은 비교될 수 있는 완전히 경화된 TSC의 속성들과 여전히 다를 수 있고, 또는 부분적으로 경화된 TSC가 비교될 수 있는 완전히 경화된 TSC를 대신하여 동작하도록 배치되는 것을 허용하지 않을 수 있다.
더 구체적인 예시로서, 부분적으로 경화된 TSC는, 손상 없이, 제조 환경에서 다운스트림(downstream) 프로세싱 동안에 비교될 수 있는 완전히 경화된 TSC와 동일한 방식으로 다루어질 수 있다. 추가적인 예시로서, 부분적으로 경화된 TSC는 일체접합에 대해 비교될 수 있는 완전히 경화된 TSC와 유사하거나 심지어 동일한 방식으로 처리되고, 트리밍되고(trimmed), 드릴링되고(drilled), 검사되고(inspected), 기계 가공되고(machined) 및/또는 준비될 수 있다.
부분적으로 경화된 TSC와 비교될 수 있는 완전히 경화된 TSC 사이의 상술한 기계적 및/또는 프로세싱 유사성들에 더불어, 부분적으로 경화된 TSC는 비교될 수 있는 완전히 경화된 TSC와 비교할 때 다른 유리한 또는 심지어 개선된 특성들을 나타낼 수 있다. 예시로서, 부분적으로 경화된 TSC는 비교될 수 있는 완전히 경화된 TSC보다 더 낮은 수분 흡수를 보일 수 있다. 더 구체적인 예시로서, 부분적으로 경화된 TSC에 의한 수분 흡수는 비교될 수 있는 완전히 경화된 TSC에 의해 나타나는 수분 흡수보다 0.05 중량%(wt%), 0.1 wt%, 0.15 wt% 및/또는 0.2 wt% 적을 수 있고, 이 수분 흡수의 차이는 부분적으로 경화된 TSC의 SOC와 비교될 수 있는 완전히 경화된 TSC의 SOC 사이의 차이가 클수록 증가할 수 있다.
제1 TSC 및/또는 제2 TSC가 제1 TSC 및/또는 제2 TSC의 영역을 각각 적어도 부분적으로 또는 심지어 완전히 덮는 필 플라이를 포함할 수 있다는 것은 본 개시의 범위 내에 있다. 이러한 영역은 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리 내에 제1 TSC와 제2 TSC 사이의 경계면 영역 내에서 연장될 수 있다. 이러한 조건들 하에서, 부분적으로 경화시키는 단계(155)는 필 플라이가 제1 TSC 및/또는 제2 TSC의 영역을 각각 덮는 동안 부분적으로 경화시키는 단계를 포함할 수 있고; 방법들(150)은 (160)에 표시된 바와 같이, 각각 제1 TSC로부터 및/또는 제2 TSC로부터 필 플라이를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 수행될 때, 분리하는 단계(160)는 부분적으로 경화시키는 단계(155) 이후 및/또는 결합하는 단계(175) 이전일 수 있고 결합하는 단계(175) 동안 제1 부분적으로 경화된 TSC와 제2 TSC 사이의 직접적인 물리적 접촉을 허용하기 위해 분리하는 단계를 포함할 수 있다. 필 플라이는 경계면 영역의 환경적 오염을 줄이기 위해 및/또는 경계면 영역 내에 표면 텍스쳐(texture) 및/또는 표면 활성화를 유도(induce)하기 위해 활용될 수 있다.
필 플라이는 중합체 필 플라이 및/또는 폴리에스테르 필 플라이이거나 및/또는 이를 포함할 수 있다. 필 플라이가 이용될 때, 필 플라이의 제거 시, 제1 및/또는 제2 부분적으로 경화된 TSC 상에 존재하는 잔여물 및/또는 오염의 양은 최대 온도 및/또는 경과 시간에 직접적으로 관련되거나 비례할 수 있다. 이와 같이, 필 플라이의 분리 이후에 및/또는 필 플라이로부터의 잔여물 때문에 경계면 영역의 및/또는 제1 및/또는 제2 부분적으로 경화된 TSC의 오염에 대한 잠재성을 낮추기 위해서와 같이, 부분적으로 경화시키는 단계(155)는 최대 온도를 제한하는 단계 및/또는 경과 시간을 제한하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 부분적으로 경화된 TSC 및/또는 제2 부분적으로 경화된 TSC를 전처리하는 단계(165)는 임의의 적합한 방식으로 전처리하는 단계를 포함할 수 있고 부분적으로 경화시키는 단계(155) 이후에 그리고 결합하는 단계(175) 이전에 수행될 수 있다. 전처리하는 단계(165)의 예시들은 부분적으로 경화된 TSC를 트리밍하는 단계, 부분적으로 경화된 TSC를 검사하는 단계, 부분적으로 경화된 TSC를 기계 가공하는 단계 및/또는 부분적으로 경화된 TSC를 드릴링(drilling)하는 단계 중 하나 이상을 포함한다.
전처리하는 단계(165)의 다른 예시는 부분적으로 경화된 TSC를 세척하는 단계 및/또는 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리에서 제1 부분적으로 경화된 TSC와 제2 TSC 사이의 경계면 영역 내에서 연장되는 부분적으로 경화된 TSC의 영역(예를 들면, 제1 부분적으로 경화된 TSC와 제2 TSC 사이의 접합이 발생하는 영역)을 세척하는 단계를 포함한다. 전처리하는 단계(165)의 추가적인 예시들은 부분적으로 경화된 TSC의 영역으로부터 필 플라이를 제거하는 단계, 부분적으로 경화된 TSC의 영역을 플라즈마 에칭(plasma etching)하는 단계, 부분적으로 경화된 TSC의 영역을 사포질(sanding)하는 단계 및/또는 부분적으로 경화된 TSC의 영역을 용제로 닦는(solvent wiping) 단계 중 하나 이상을 포함한다.
제2 TSC를 완전히 경화시키는 단계(170)는 제2 TSC를 완전히 또는 적어도 실질적으로 완전히 경화된 SOC로 경화시키는 단계를 포함할 수 있고 결합하는 단계(175) 이전에 수행될 수 있다. 달리 말하면, 완전히 경화시키는 단계(170)는 제2 완전히 경화된 TSC를 생산 및/또는 생성하기 위해 완전히 경화시키는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 조건들 하에서, 결합하는 단계(175)는 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리를 생산 및/또는 생성하기 위해 제1 부분적으로 경화된 TSC를 제2 완전히 경화된 TSC와 결합하는 단계를 포함할 수 있다. 완전히, 또는 실질적으로 완전히 경화된 SOC의 예시들은 적어도 90%, 적어도 92.5%, 적어도 95%, 적어도 97.5% 또는 적어도 실질적으로 100%의 SOC들을 포함한다.
부분적으로 경화된 TSC 어셈블리를 정의하기 위해 제1 부분적으로 경화된 TSC를 제2 TSC와 결합하는 단계(175)는 제1 부분적으로 경화된 TSC와 제2 TSC 사이에 연장되는 경계면 영역을 형성 및/또는 정의하기 위해 임의의 적합한 수의 부분적으로 경화된 TSC들을 임의의 적합한 수의 미경화된, 부분적으로 경화된 및/또는 완전히 경화된 TSC들과 결합하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 부분적으로 경화된 TSC와 제2 TSC는 경계면 영역 내에서 서로와 접촉 또는 직접 접촉할 수 있다.
결합하는 단계(175)가 경계면 영역에 접착제를 적용하는 단계를 포함할 수 있다는 것은 본 개시의 범위 내에 있다. 그러나, 요구되지는 않지만, 결합하는 단계(175)가 경계면 영역에 접착제를 적용하지 않고 결합하는 단계를 포함할 수 있다는 것도 본 개시의 범위 내에 있다. 달리 말하면, 결합하는 단계(175) 후에, 경계면 영역은 제1 부분적으로 경화된 TSC와 제2 TSC 사이에서 연장되는 접착제를 갖지 않을 수 있다.
도 4에 결합하는 단계(175)가 개략적으로 도시되어 있다. 여기에서, (136)과 (138)로 표시된 바와 같이, TSC(132)와 TSC(134) 사이에 연장되는 경계면 영역(143)을 포함하는 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리(142)를 형성 및/또는 정의하기 위해 부분적으로 경화된 TSC(132)는 다른 TSC(134)와 결합될 수 있다. (136)에서 표시된 바와 같이, 경계면 영역(143)은 접착제를 갖지 않을 수 있으나, (138)에서 표시된 바와 같이, 접착제(140)는 경계면 영역 내에서 연장될 수 있다.
본 개시에 따른 방법들(150)의 일 예시에서, 부분적으로 경화된 TSC(132)는 제1 부분적으로 경화된 TSC이거나 및/또는 이를 포함할 수 있는 반면, 다른 TSC(134)는 제2 TSC이거나 및/또는 제2 TSC를 포함할 수 있다. 결합하는 단계(175) 동안 및/또는 가열하는 단계(180) 이전에 제2 TSC가 임의의 적합한 SOC를 갖거나 이를 정의할 수 있다는 것은 본 개시의 범위 내에 있다. 예시로서, 제2 TSC는 가열하는 단계(180) 이전에는 미경화될 수 있다. 다른 예시로서, 제2 TSC는 임계 SOC보다 낮은 SOC를 가질 수 있다. 임계 SOC의 예시들은 50% 미만, 40% 미만, 30% 미만, 20% 미만, 10% 미만, 5% 미만 및/또는 1% 미만의 SOC들을 포함한다.
또 다른 예시로서, 방법들(150)은 결합하는 단계(175) 이전에, 부분적으로 경화하는 단계(155)를 통해 및/또는 이를 이용해서와 같이 제2 TSC를 부분적으로 경화시키는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 조건들 하에서, 제2 TSC는 제2 부분적으로 경화된 TSC를 정의하기 위해 제2 SOC로 부분적으로 경화될 수 있으며, 제2 SOC는 제1 부분적으로 경화된 TSC의 SOC와 동일하거나 다를 수 있다. 다른 예시로서, 방법들(150)은 결합하는 단계(175) 이전에, 완전히 경화시키는 단계(170)를 수행하는 것에 의해서와 같이 제2 TSC를 완전히 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.
경화된 복합재 부품을 생산하기 위해 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리를 가열하는 단계(180)는 경계면 영역 내에서 제1 부분적으로 경화된 TSC를 제2 TSC에 접합하기 위해 및/또는 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리를 경화하기 위해 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 달리 말하면, 가열하는 단계(180)는 경화된 복합재 부품을 형성 및/또는 정의하기 위해 가열하는 단계를 포함할 수 있고, 경화된 복합재 부품은 적어도 제1 부분적으로 경화된 TSC와 제2 TSC의 어셈블리, 경화된 어셈블리 및/또는 접합된 어셈블리일 수 있다. 그러나, 경화된 복합재 부품에서, 제1 부분적으로 경화된 TSC와 제2 TSC는 모두 완전히 경화된다. 가열하는 단계(180)는 도 6의 방법들(200)에 관하여 본 개시에서 논의된 것들을 포함하여 임의의 적합한 방식으로 수행될 수 있다. 도 4에서 (144)에 경화된 복합재 부품의 예시가 도시되어 있다.
도 6은 본 개시에 따라 도 3 및 4의 제1 열경화성 복합재 및/또는 제2 열경화성 복합재와 같은 열경화성 복합재(TSC)를 목표 경화 상태(SOC)로 경화시키는 방법들(200)을 도시하는 흐름도이다. 이것은 도 3 및 4의 제1 및/또는 제2 부분적으로 경화된 TSC와 같이 부분적으로 경화된 TSC를 생산 및/또는 생성하기 위해 경화시키는 단계를 포함할 수 있다. 논의된 바와 같이, 방법들(200)은 도 3을 참조하여 본 개시에서 논의되는 부분적으로 경화시키는 단계(155)의 더 구체적인 설명일 수 있다. 이와 같이, 부분적으로 경화시키는 단계(155)는 방법들(200)을 참조로 하여 본 개시에서 설명된 임의의 적합한 단계 및/또는 단계들을 포함할 수 있다. 유사하게, 방법들(200)은 부분적으로 경화시키는 단계(155)를 참조로 하여 본 개시에서 설명된 임의의 적합한 단계 및/또는 단계들을 포함할 수 있다.
방법들(200)은 프로세스 상관관계를 제공하는 단계(210) 및/또는 상한 온도 임계치를 선택하는 단계(220)를 포함할 수 있다. 방법들(200)은 열경화성 복합재(TSC)를 가열하는 단계(230) 및 TSC의 가열을 중지하는 단계(240)를 포함한다. 제공하는 단계(210)는 복수의 열적 시뮬레이션들을 수행하는 단계(212) 및/또는 프로세스 상관관계를 생성하는 단계(214)를 포함할 수 있다. 가열하는 단계(230) 동안, 방법들(200)은 TSC의 실제 온도를 모니터링하는 단계(232), TSC의 최대온도를 결정하는 단계(234) 및 TSC가 임계 온도보다 높은 경과 시간을 결정하는 단계(236)를 포함한다.
프로세스 상관관계를 제공하는 단계(210)는 TSC를 위해 및/또는 TSC의 경화를 위해 임의의 적합한 프로세스 상관관계 또는 교정(calibration)을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 프로세스 상관관계는 부분적으로 경화된 TSC에서 목표 SOC를 생산 및/또는 생성하기 위해 TSC에 의해 취해질 수 있는 복수의 시간 - 온도 궤적들을 기술할 수 있다. 예시로서, 프로세스 상관관계는 주어진 임계 온도에 대해 부분적으로 경화된 TSC 내에서 목표 SOC를 생산 및/또는 생성하는, 결정하는 단계(236) 동안 결정된 경과 시간과 결정하는 단계(234)동안 결정된 최대 온도의 조합들을 기술할 수 있다.
프로세스 상관관계는 TSC의 변화, 임계 온도의 변화 및/또는 목표 SOC의 변화에 따라 다를 수 있다. 달리 말하면, 프로세스의 상관관계는, 주어진 구성(예를 들어, 주어진 TSC 화학성질, 주어진 TSC 두께, 주어진 레이업 맨드럴 구성 등)에서 주어진 TSC, 주어진 임계 온도 및 주어진 목표 SOC에 특정할 수 있다(specific to). 프로세스 상관관계의 예시는 목표 SOC를 생산하는 최대 온도의 값들과 경과 시간의 대응하는 값들 사이의 함수 관계를 설명 및/또는 도시하는 프로세스 상관관계 곡선, 목표 SOC를 생산하는 짝지어진(paired) 최대 온도의 값들과 경과 시간의 대응하는 값들을 설명하는 프로세스 상관관계 룩업 테이블(lookup table) 및/또는 목표 SOC를 생산하는 최대 온도의 값들과 경과 시간의 대응하는 값들 사이의 함수 관계를 설명하거나 그에 피팅된(fit) 프로세스 상관관계 함수를 포함한다.
임계 온도는 임의의 적합한 방식으로 선택 및/또는 설정될 수 있다. 예시로서, 임계 온도는 적어도 부분적으로 TSC의 조성(composition) 또는 화학 조성에 기초하여 선택될 수 있다. 다른 예시로서, 임계 온도는 그 위의 온도에서 합리적이거나 경제적으로 실행 가능한 시간 프레임 내에서 TSC의 처리 또는 경화를 허용하기에 충분한 속도로 TSC 내의 가교 결합이 일어나는 온도이거나 이를 포함할 수 있다. 또 다른 예시로서, 임계 온도는 TSC의 가교 결합을 위한 최소 온도이거나 이를 포함할 수 있다. 또 다른 예시로서, 임계 온도는 TSC의 결과적인 경화 속도가 경화된 TSC 및/또는 부분적으로 경화된 TSC에서 허용되는 기계적 성질들을 생산하는 온도이거나 이를 포함할 수 있다. 임계 온도의 예시들은 적어도 70 ℃, 적어도 80 ℃, 적어도 90 ℃, 적어도 100 ℃, 적어도 110 ℃, 적어도 120 ℃, 적어도 130 ℃, 적어도 135 ℃, 적어도 140 ℃, 적어도 145 ℃, 적어도 150 ℃, 적어도 155 ℃, 적어도 160 ℃, 적어도 165 ℃, 적어도 170 ℃, 최대 200 ℃, 최대 195 ℃, 최대 190 ℃, 최대 185 ℃, 최대 180 ℃, 최대 175 ℃, 최대 170 ℃, 최대 165 ℃, 최대 160 ℃ 및/또는 최대 155 ℃의 임계 온도들을 포함한다.
제공하는 단계(210)는 임의의 적절한 방식으로 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 예시로서, 제공하는 단계(210)는 TSC의 반경험적(semi-empirical) 모델들로부터, TSC의 경화 동역학(cure kinetics)으로부터 및/또는 TSC의 열 전달 모델들로부터 프로세스 상관관계를 도출하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 예시로서, 제공하는 단계(210)는 특정 조건들 및/또는 경화 프로세스 파라미터들 하에서 목표 SOC로 TSC를 경화시키는 것을 통해서와 같이, 실험적으로 프로세스 상관관계를 도출하는 단계를 포함할 수 있다. 특정 조건들 및/또는 경화 프로세스 파라미터들의 예시는 임계 온도, 경과 시간, 온도 램프(ramp) 또는 변화, 속도 및/또는 최대 온도를 포함한다. 제공하는 단계(210)가 프로세스 상관관계를 실험적으로 도출하는 단계를 포함할 때, TSC의 SOC도 실험적으로 및/또는 임의의 적합한 방식으로 결정될 수 있다.
보다 구체적인 예시로서, 제공하는 단계(210)는 프로세스 상관관계를 제공하기 위해 수행하는 단계(212)와 생성하는 단계(214)를 이용하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 방법에서, 모델 시뮬레이션 TSC가 제공 및/또는 설정될 수 있다. TSC의 그러한 모델(70)의 예시가 도 7에 도시되어 있는데, 여기서 복수의 플라이들(82)을 포함하는 미경화된 열경화성 복합재 레이업(layup)(80)의 형태인 TSC는 지지체, 레이업 및/또는 경화 맨드럴(90) 상에, 또는 도 7에서 점선으로 도시된 바와 같이 두 개의 레이업 맨드럴들(90) 사이에 위치된다. 도 7에서 점선으로 더 도시된 바와 같이, 방법들(200)은 오븐 및/또는 오토클레이브와 같은 가열 어셈블리(60) 내에서 모델(70)을 경화시키는 단계를 포함할 수 있다. 가열 어셈블리(60)는 가열된 환경(62)을 정의할 수 있다.
도 7에서 점선으로 도시된 바와 같이, 제어기(50)는 본 개시에 개시된 방법들(200)을 통해 및/또는 이들을 이용해서와 같이, 가열 어셈블리(60)의 동작을 제어하도록 적응(adapted), 구성, 설계, 구조화(constructed) 및/또는 이용될 수 있다. 도 7에서 또한 점선으로 도시된 바와 같이, 하나 이상의 온도 검출기들(52)은 열경화성 복합재 레이업(80)의 온도를 모니터링하기 위해 이용될 수 있다. 온도 검출기들(52)은, 존재할 때, 열경화성 복합재 레이업의 온도를 제어기(50)에 전달하도록 구성될 수 있으며; 제어기(50)는 온도 검출기들(52)에 의해 측정된 열경화성 복합재 레이업의 온도에 적어도 부분적으로 기초하여 가열 어셈블리(60)의 동작을 제어할 수 있다. 가열 어셈블리(60), 가열된 환경(62), 제어기(50), 온도 검출기들(52) 및/또는 모델(70)은 또한 본 개시에서 열경화성 복합재를 경화시키기 위한 시스템(40)으로 지칭될 수 있다.
제공하는 단계(210)는 주어진 및/또는 선택된 TSC에 특정할 수 있다. 이와 같이, TSC 또는 시뮬레이션 모델 TSC의 변화는 상이한 프로세스 상관관계를 생산, 생성 및/또는 요구할 수 있다. TSC에서의 이러한 변화의 예시들은 레이업 맨드럴들(90)의 구성에서의 하나 이상의 변화, 레이업 맨드럴들(90)의 존재 및/또는 부재(absence), 열경화성 복합재 레이업(80)의 화학적 조성의 변화들, 열경화성 복합재 레이업(80) 내에서 다수의 플라이들(82)의 변화들 및/또는 열경화성 복합재 레이업(80)의 두께의 변화들을 포함할 수 있다.
수행하는 단계(212)는 시뮬레이션 모델 TSC 상에서 및/또는 시뮬레이션 모델 TSC를 이용하여 복수의 열적 시뮬레이션을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 복수의 열적 시뮬레이션들은 TSC의 동역학 모델을 포함하며, TSC의 경화를 위한 복수의 구별되는 프로세스 조건들에 대해 수행된다. TSC에 대한 복수의 구별되는 프로세스 조건들의 예시들은 가열하는 단계(230) 동안 이용되는 복수의 가열된 환경 온도들, 가열하는 단계(230) 동안 이용되는 TSC에 대한 복수의 상이한 가열 속도들(heating rates), TSC에 대한 복수의 상이한 두께들, TSC에 대한 복수의 상이한 열 전달 계수들, 가열하는 단계(230) 동안 TSC를 지지하는 지지 맨드럴에 대한 복수의 상이한 두께들 및/또는 지지 맨드럴에 대한 복수의 상이한 열 전달 계수들 중 하나 이상을 포함한다. 복수의 열적 시뮬레이션들은 적어도 부분적으로 경화 동역학 및/또는 TSC의 열 전달 모델에 기초할 수 있다.
복수의 열적 시뮬레이션들 중 하나의 열적 시뮬레이션의 예시가 도 8에 도시되어 있다. 여기서, TSC의 TSC 온도(110), TSC를 가열하기 위해 이용되는 가열된 환경의 환경 온도(112) 및 TSC의 SOC(114)가 경화 시간의 함수로서 플롯팅 되어 있다(plotted). 열적 시뮬레이션에서, 환경 온도는 정상 상태(steady-state) 온도(113)로 램핑되고(ramped) 그 후 감소하기 전에 하나의 시간 구간 동안 정상 상태 온도로 유지된다. 가열된 환경으로부터의 열 전달에 응답하여, TSC 온도(110)는 최대 온도(111)로 증가한 다음 환경 온도(112)의 감소에 반응하여 감소한다. 최대 온도(111)는 또한 본 개시에서 실제 TSC의 가열 동안 실제 TSC에 의해 달성되는 최대 온도(111)로 지칭될 수 있다. TSC 온도(110)에 의해 나타내어 진 바와 같이, TSC의 전체적인 열 주기(heat cycle)에 응답하여, TSC의 SOC(114)는 최종 SOC(115)까지 증가한다.
도 9는 도 8의 열적 시뮬레이션을 포함하여 복수의 열적 시뮬레이션들에 대한 시간의 함수로서 TSC 온도(110)를 도시한다. 도 9에 도시된 다양한 TSC 온도(110) 곡선을 생성하기 위해, 레이업 맨드럴들(90)에 대한 다양하고 상이한 물질들에 대해, 레이업 맨드럴들(90)에 대한 다양하고 상이한 두께들에 대해, 열경화성 복합재 레이업(80)에 대한 다양하고 상이한 두께들에 대해, 그리고 가열된 환경(62)과 도 7의 모델 TSC(70) 사이의 다양하고 상이한 열 전달 계수들에 대해 복수의 열적 시뮬레이션들이 수행된다. 도시된 열적 시뮬레이션들 각각은 도 7의 TSC를 동일한 SOC로, 원하는 SOC로 및/또는 목표 SOC(예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 약 75%)로 만든다. 또한, 도시된 열적 시뮬레이션들 각각은 동일한 가열 프로파일(예를 들어, 도 8의 환경 온도(112)에 의해 도시된 바와 같이)을 이용하여 생성된다; 그러나, 이것은 필수는 아니며, 복수의 열적 시뮬레이션들이 복수의 상이한 가열 프로파일들을 이용할 수 있다는 것은 본 개시의 범위 내에 있다.
프로세스 상관관계를 생성하는 단계(214)는 복수의 열적 시뮬레이션들 각각으로부터의 정보를 이용하는 단계를 포함할 수 있다. 예시로서, 도 10에 도시된 바와 같이, 생성하는 단계(214)는 복수의 열적 시뮬레이션들 각각에 대하여 임계 온도(120)보다 높은 경과 시간(125) 및 최대 온도(111)를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 예시로서, 도 8에 도시된 바와 같이, 생성하는 단계(214)는 복수의 열적 시뮬레이션들 각각에 대하여 경과 시간을 최대 온도의 함수로서 플롯팅하는 단계를 포함할 수 있다. 그러면, 도 11의 플롯은 도 11에서 (130)에 표시된 바와 같이, 프로세스 상관관계로서 이용될 수 있다. 이러한 프로세스 상관관계는 도 11의 예에서 75%와 같은 특정 SOC에 대해 생성될 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 도 11의 플롯은 본 개시에서 논의되는 프로세스 상관관계 함수(133)를 제공하기 위해 곡선 피팅(curve fit) 될 수 있고, 및/또는 도 11의 플롯을 생성하는데 이용되는 데이터는 본 개시에서 논의되는 프로세스 상관관계 룩업 테이블을 생성하기 위해 이용될 수 있다. 프로세스 상관관계 함수(133)는, 이용될 때, 경과 시간과 최대 온도 사이의 임의의 적합한 함수 관계를 포함 및/또는 정의할 수 있다. 프로세스 상관관계 함수(133)의 예시들은 선형 함수, 다항 함수 및/또는 아치형(arcuate) 함수를 포함한다.
상한 온도 임계치를 선택하는 단계(220)는 가열하는 단계(230) 동안 TSC에 대한 임의의 적합한 상한 온도 임계치를 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 선택하는 단계(220)는 가열하는 단계(230) 이전에 수행될 수 있고; 방법들(200)이 선택하는 단계(220)를 포함할 때, 가열하는 단계(230)는 TSC의 최대 온도를 상한 온도 임계치보다 낮게 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
열경화성 복합재들은 가열 및/또는 경화될 때 발열 반응을 겪을 수 있다. 본 개시에서 발열로 지칭될 수도 있는 이 발열 반응은 TSC의 온도를 증가시키거나, 급속히 증가시키거나 및/또는 TSC를 가열하기 위해 사용되는 가열된 환경의 온도보다 높게 증가하게 할 수 있다. 이와 같이, 발열 반응은 TSC의 온도를 제어 및/또는 조절하기 더 어렵게 만들 수 있다; 그러나, 상한 온도 임계치는 발열의 잠재성을 감소시키고 및/또는 발열을 회피하도록 선택될 수 있어서, 가열하는 단계(230) 동안 경험되는 TSC의 최대 온도 및/또는 TSC의 온도의 더 정확한 제어를 허용할 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, TSC상에서 방법들(200)을 수행한 후에 부분적으로 경화된 TSC를 이용하여 수행될 수 있는 소정의 하류(downstream) 제조 단계들은 가열하는 단계(230) 동안 달성되는 부분적으로 경화된 TSC의 최대 온도에 의해 및/또는 TSC가 임계 온도보다 높은 경과 시간에 의해 영향을 받을 수 있다. 예시로서, TSC가 일체접합 프로세스에서 이용되는 경우, TSC와 미경화된 TSC 사이의 접합 강도는 가열하는 단계(230) 동안 TSC가 겪는 고온들에 의해 부정적으로 영향을 받을 수 있다. 따라서, 선택하는 단계(220)는 일체접합 프로세스에서 겪게 되는 접합 강도를 개선하는데 이용될 수 있다.
TSC를 가열하는 단계(230)는 임의의 적합한 방식으로 및/또는 임의의 적합한 구조물 및/또는 구조물들을 이용하여 TSC를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 예시로서, 가열하는 단계(230)는 TSC로의 대류 열 전달을 통한 가열, TSC로의 전도성 열 전달을 통한 가열 및/또는 TSC로의 복사(radiative) 열 전달을 통한 가열 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 보다 구체적인 예시로서, 가열하는 단계(230)는 도 7의 가열 어셈블리(60)와 같은 가열 어셈블리 내에서 가열하는 단계 및/또는 가열하는 단계(230) 동안 TSC를 지지하는 도 7의 레이업 맨드럴(90)과 같은 지지 맨드럴을 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 예시로서, 가열하는 단계(230)는 가열된 환경의 온도를 증가시킴으로써, 도 7의 가열된 환경(62)과 같은 TSC를 둘러싸는 가열된 환경 내에서 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 예시로서, 가열하는 단계(230)는 TSC를 열원(heat source)에 노출시키는 단계 및/또는 열원과 함께, 이를 통해 및/또는 이를 이용하여 TSC에 열 에너지를 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 조건들 하에서, 중지하는 단계(240)는 열원을 이용한 TSC 로의 열 에너지의 적용을 중지하는 것을 포함할 수 있다.
가열하는 단계(230)가 열원과 함께 가열하는 단계를 포함할 때, 가열하는 단계(230)는 열원의 온도를 도 8의 정상 상태 온도(113)와 같은 침지(soak) 또는 정상 상태 온도로 램핑하고, 열원의 온도를 임계 침지 시간 동안 정상 상태 온도에서 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 정상 상태 온도는 임계 온도보다 높고; 방법들(200)이 선택하는 단계(220)를 포함할 때는, 정상 상태 온도는 상한 온도 임계치보다 낮을 수 있다. 정상 상태 온도의 예시들은 적어도 80 ℃ , 적어도 90 ℃, 적어도 93.3 ℃, 적어도 100 ℃, 적어도 110 ℃, 적어도 120 ℃ , 적어도 130 ℃, 적어도 140 ℃, 적어도 150 ℃, 적어도 160 ℃, 적어도 170 ℃, 적어도 179.4 ℃, 적어도 180 ℃, 적어도 190 ℃ 적어도 200 ℃, 최대 250 ℃, 최대 225 ℃, 최대 200 ℃, 최대 190 ℃, 최대 180 ℃, 최대 170 ℃, 최대 160 ℃, 최대 150 ℃ 최대 140 ℃ , 최대 130 ℃ , 최대 120 ℃ , 최대 110 ℃ , 최대 100 ℃ 및/또는 최대 95 ℃의 정상 상태 온도들을 포함한다.
논의된 바와 같이, 그리고 가열하는 단계(230) 중에, 방법들(200)은 TSC의 실제 온도를 모니터링하는 단계(232), TSC의 최대 온도를 결정하는 단계(234), 및 TSC가 임계 온도를 초과하는, 또는 임계 온도보다 높은 경과 시간을 결정하는 단계(236)를 포함한다. TSC의 실제 온도를 모니터링하는 단계(232)는 도 7의 온도 검출기들(52)과 같은 온도 검출기와 함께, 이를 통해 및/또는 이를 이용하여 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다. 온도 검출기의 예시들은 열전대(thermocouple), 저항 열 검출기(RTD) 및/또는 적외선(IR) 온도 센서를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
모니터링하는 단계(232)가 TSC상의 선택된, 특정된 및/또는 미리 결정된 위치의 선택 온도를 모니터링하는 단계, TSC의 평균 온도를 모니터링하는 단계 및/또는 TSC의 최저 온도를 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다는 것은 본 개시의 범위 내에 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 모니터링하는 단계(232)는 또한 TSC상의 복수의 이격된 위치들에서 TSC의 복수의 실제 온도를 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다. TSC의 실제 온도는 또한 부분 온도(part temperature), TSC의 부분 온도, TSC의 온도, TSC의 측정된 온도 및/또는 TSC의 모니터링된 온도일 수 있고 및/또는 이들로 본 개시에서 지칭될 수 있다. TSC의 실제 온도가 TSC 상에서 측정되거나, 온도 검출기와 TSC 사이의 직접적인 열 접촉을 통해서와 같이, 직접 측정될 수 있다는 것은 본 개시의 범위 내에 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, TSC를 둘러싸는 가열된 환경의 온도에 대한 지식을 통하는 것과 같이, TSC의 실제 온도가 간접적으로 측정, 계산 및/또는 추론될 수 있다는 것도 본 개시의 범위 내에 있다.
TSC의 최대 온도를 결정하는 단계(234)는 가열하는 단계(230) 동안 TSC에 의해 달성된 최대 온도를 측정 및/또는 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 모니터링하는 단계(232)가 TSC의 평균 온도 및/또는 단일 위치를 모니터링하는 단계를 포함할 때, 최대 온도는 TSC의 평균 온도의 최대값 및/또는 단일 위치에서의 최대 온도일 수 있다. 대안으로, 모니터링하는 단계(232)가 TSC 상의 복수의 이격된 위치들에서 모니터링하는 단계를 포함할 때, TSC의 최대 온도는 TSC 상의 복수의 이격된 위치들 중 최저 온도 위치에서 측정된 TSC의 최저 모니터링 온도이거나 이를 포함할 수 있다. 이러한 최저 모니터링 온도는 본 개시에서 또한 TSC의 지연(lagging) 온도 및/또는 지연 온도 검출기의 온도로 지칭될 수 있다. 최저 모니터링 온도는 부분적으로 경화된 TSC 상의 복수의 이격된 위치들 중 최소로 경화된 위치의 온도를 나타낼 수 있다. 이와 같이, 최저 모니터링 온도의 위치에서의 SOC는 부분적으로 경화된 TSC 상의 복수의 이격된 위치들에 걸쳐 부분적으로 경화된 TSC의 최소 또는 최저 SOC 일 수 있다.
TSC가 임계 온도보다 높거나 이를 초과하는 경과 시간을 결정하는 단계(236)는 TSC의 실제 온도가 임계 온도를 초과할 때 시작하고 중지(ceasing)가 시작될 때 끝나는 시간 구간, 또는 경과 시간을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 경과 시간의 일례는 도 10에 도시되고 이를 참조로 하여 여기에서 보다 상세히 논의된다. 일반적으로, 도 10은 TSC의 온도가 임계 온도를 초과하는 전체 시간을 도시한다. 중지하는 단계(240) 후에 TSC가 임계 온도보다 아래로 냉각하기 위해 유한한 양의 냉각 시간이 걸릴 수 있기 때문에, TSC의 온도가 임계 온도를 초과하는 전체 시간은 결정하는 단계(236) 동안 결정되는 경과 시간보다 클 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 결정하는 단계(236)는 냉각 시간의 추정치를 포함할 수 있으므로, 추정된 냉각 시간과 TSC의 실제 온도가 임계 온도를 초과할 때 시작되고 중지가 시작될 때 끝나는 시간 구간의 합으로서 총 경과 시간을 추정할 수 있다.
TSC의 가열을 중지시키는 단계(240)는 결정하는 단계(234) 동안 결정되는 TSC의 최대 온도 및 결정하는 단계(236) 동안 결정되는 경과 시간에 적어도 부분적으로 기초하여 중지하는 단계를 포함할 수 있다. 예시로서, 중지하는 단계(240)는 TSC의 최대 온도와 경과 시간 사이의 관계에 적어도 부분적으로 기초하여 중지하거나 중지를 시작하는 단계를 포함할 수 있다. 그러한 관계의 일례가 도 11에 도시되어 있고 여기에서 이를 참조로 하여 더 상세히 논의된다.
더 구체적인 예시로서, 그리고 방법들(200)이 제공하는 단계(210)를 포함할 때, 중지하는 단계(240)는 TSC가 목표 SOC에 도달했거나 도달할 것임(예를 들어, TSC가 부분적으로 경화된 TSC임)을 나타내는 프로세스 상관관계에 응답하여 중지하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 보다 구체적인 예시로서, 그리고 방법들(200)이 제공하는 단계(210)를 포함할 때, 중지하는 단계(240)는 TSC의 최대 온도에 대하여, 목표 SOC를 생산하는 임계 경과 시간을 초과하는 경과 시간에 응답하여 중지하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 예시로서, 그리고 방법들(200)이 제공하는 단계(210)를 포함할 때, 중지하는 단계(240)는 현재의 경과 시간에 대하여, 목표 SOC를 생산하는 임계 최대 온도를 초과하는 최대 온도에 응답하여 중지하는 단계를 포함할 수 있다.
중지하는 단계(240)는 임의의 적합한 방법으로 중지하는 단계를 포함할 수 있다. 예시로서, 중지하는 단계(240)는 TSC로 열의 적용을 중지하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 예시로서, 중지하는 단계(240)는 가열하는 단계(230) 동안 TSC를 둘러싸는 가열된 환경의 온도를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시에 개시된 방법들(150 및/또는 200)은 TSC들을 경화 및/또는 일체접합 하기 위한 종래 기술의 방법들에 비해 몇 가지 중요한 이점들을 제공할 수 있다. 예시로서, 논의된 바와 같이, 종래 기술의 방법들은 일반적으로 열경화성 복합재가 적어도 임계 시간 동안 임계 온도보다 높도록 보장함으로써 열경화성 복합재를 완전하게 또는 적어도 실질적으로 완전하게 경화시키도록 구성된다. 이와 같이, 이러한 종래 기술의 방법들은 열경화성 복합재에 의해 달성되는 최대 온도를 무시하고, 경화 프로세스 동안에 열경화성 복합재에 의해 취해지는 온도 궤적을 무시하고, 및/또는 열경화성 복합재의 피크(peak) 발열 온도가 상한 임계 온도를 초과할 때를 무시한다. 논의된 바와 같이, 이는 일반적으로 열경화성 복합재의 비효율적인 경화(예를 들면, 원하는 및/또는 목표하는 기계적 속성들을 생산하기 위해 필요한 것보다 오래 경화시키는 것)를 초래하거나 요구하며, 경화 프로세스에 비효율을 초래한다.
대조적으로, 본 개시에 개시된 방법들(150)은 제1 부분적으로 경화된 TSC를 제2 TSC와 일체접합하도록 구성된다. 논의된 바와 같이, 제1 부분적으로 경화된 TSC는 완전히 경화되지 않으며, 이는 경화된 복합재 부품을 형성하고 경화하기 위해 필요한 전체적인 시간을 상당히 감소시킬 수 있다. 이러한 시간 절약의 예시는 도 5에 도시되어 있으며 이를 참조로 하여 본 개시에서 논의된다. 논의된 바와 같이, 제1 부분적으로 경화된 TSC에 대한 경화 시간의 감소는 약 50%일 수 있다. 더 논의된 바와 같이, 제1 부분적으로 경화된 TSC와 제2 TSC 사이의 경계면 영역을 보호하기 위해 필 플라이가 이용되면, 일체접합의 종래 기술 방법들과 비교할 때 일반적으로 제1 부분적으로 경화된 TSC는 경계면 영역에서 더 적은 잔여물(resudie) 및/또는 오염을 나타낼 것이다. 따라서, 방법들(150)은 제1 TSC와 제2 TSC 사이의 경계면 영역을 세척할 필요 없이 이들의 일체접합을 허용할 수 있고 및/또는 종래 기술의 일체접합 방법들과 비교할 때 더 강한 경화된 복합재 부품을 생산할 수 있다. 본 개시에 개시된 방법들(150 및 200)은 완전히 경화되는 것보다 작은 SOC를 포함하여 임의의 적절한 SOC로 TSC를 경화시키도록 구성된다. 방법들(150 및 200)은 TSC의 최대 온도 및 임계 온도를 초과하는 경과 시간 모두에 기초하여 경화 프로세스를 제어하며, 따라서 경화 프로세스 동안 TSC에 의해 취해지는 온도 궤적을 고려한다. 이러한 온도 궤적의 고려는 재생산 가능하게 및/또는 TSC를 비효율적으로 경화시키지 않고 TSC를 목표 SOC로 경화시키는데 필요한 추가 정보를 제공한다. 방법들(150 및/또는 200)은 또한, 경화 프로세스 동안, 정전 등으로 인한 열 중단과 같은 예상치 못한 사건들에 반응하여 경화 시간이 조정되는 것을 허용한다.
이제 도 12 및 13을 참조하면, 본 개시의 실시예들은 도 13에 도시된 바와 같은 항공기(700) 및/또는 도 12에 도시된 바와 같은 항공기 제조 및 서비스 방법(900)의 맥락에서 설명될 수 있다. 생산 이전(pre-production) 단계 중에, 예시적인 방법(900)은 항공기(700)의 사양 및 설계(905) 및 자재 조달(910)을 포함할 수 있다. 생산 중에, 항공기(700)의 구성요소 및 서브어셈블리 제조(915) 및 시스템 통합(920)이 발생한다. 그 후, 항공기(700)는 서비스(930) 되기 위해 인증 및 인도(925)를 거칠 수 있다. 고객에 의한 서비스 동안, 항공기(700)는 일상적인 유지보수 및 점검(935)(변경, 재구성, 재단장(refurbishment) 등을 포함할 수도 있음)을 위해 계획된다.
방법(900)의 프로세스들의 각각은 시스템 통합자, 제3자 및/또는 운영자(예를 들어, 고객)에 의해 수행되거나 이행될 수 있다. 본 설명의 목적 상, 시스템 통합자는 제한없이 임의의 수의 항공기 제조업자들(manufacturers) 및 주요 시스템 하도급업자들을 포함할 수 있고; 제3자는 제한없이 임의의 수의 벤더들(vendors), 하청업자들 및 공급자들(suppliers)을 포함할 수 있고; 그리고 운영자는 항공사, 임대 회사, 군대(military entity), 서비스 기관 등일 수 있다.
도 13에 나타난 바와 같이, 예시적인 방법(900)에 의해 생산된 항공기(700)는 복수의 시스템들(712) 및 내부(714)와 함께 기체(airframe)(710)를 포함할 수 있다. 고급 시스템들(712)의 예시들은 추진 시스템(715), 전기 시스템(716), 유압 시스템(717) 및 환경 시스템(718) 중 하나 이상을 포함한다. 임의의 수의 다른 시스템이 포함될 수 있다. 비록 항공 우주의 예시가 나타나 있지만, 본 발명의 원리는 자동차 산업과 같은 다른 산업들에도 적용될 수 있다.
본 개시에서 구체화된(embodied) 방법들은 제조 및 서비스 방법(900)의 하나 이상의 단계들 동안에 사용될 수 있다. 예를 들어, 구성요소 및 서브어셈블리 제조 프로세스(915)에 대응하는 구성요소 또는 서브어셈블리들은 항공기(700)가 서비스되는 동안 생산된 구성요소 또는 서브어셈블리들과 유사한 방식으로 제작 또는 제조될 수 있다. 또한, 하나 이상의 시스템 실시예들, 방법 실시예들 또는 이들의 조합은, 예를 들어 항공기(700)의 조립을 실질적으로 신속하게 하거나 또는 항공기(700)의 비용을 감소시킴으로써, 생산 단계들(915 및 920) 동안 이용될 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 시스템 실시예들, 방법 실시예들 또는 이들의 조합은 항공기(700)가 서비스되는 동안, 예를 들어 제한없이 유지보수 및 점검(935) 중에, 이용될 수 있다.
다음으로, 본 개시는 작용예(working examples)의 맥락에서 설명된다. 이러한 작용 예들에서, 90% 이상의 SOC가 완전히 경화된 TSC의 근사치를 내기 위해 이용되고, 모델링하기 위해 이용되고 및/또는 고려된다. 대조적으로, 90% 미만의 SOC는 부분적으로 경화된 TSC의 근사치를 내기 위해 이용되고, 모델링하기 위해 이용되고 및/또는 고려된다. 본 개시에서 이러한 모델 부분 경화 TSC들과 모델 완전 경화 TSC들은 집합적으로 결과적인 TSC들로 지칭될 수 있다.
제1 작용예에서는, 몇몇 미경화된 열경화성 복합재 레이업들(80)이 복수의 플라이들(82)로부터 형성되었고 수지 없이 폴리에스테르 섬유들의 직물을 포함하는 폴리에스테르 건조 필 플라이는 각각의 미경화된 열경화성 복합재 레이업(80)의 표면에 적용되었다. 그 후 미경화된 열경화성 복합재 레이업들(80)은 70% 부터 90%까지의 범위에서 다양한 경화 상태들로 경화되었다. 결과적인 TSC들은 두 개의 서로 다른 양적(quantitative) 시험들의 대상이 되었다(subject to).
첫째로, (ASTM D1781에 따른) 클라이밍 드럼 박리(climbing drum peel) 시험이 결과적인 TSC들로부터의 필 플라이의 박리력(peel-off force)을 측정하기 위해 이용되었다. 90% SOC로 경화된 샘플들에 대한 박리력은 70% SOC로 경화된 샘플들에 대하여 관찰되는 박리력보다 약 35% 높은 박리력을 나타냈다. 이러한 결과는 높은 SOC가 TSC와 필 플라이 사이에 더 큰 접합력을 생산한다는 것을 시사하며, 이는 필 플라이를 제거하는 것을 더 어렵게 만들 수 있고 및/또는 필 플라이에 의한 TSC의 더 많은 오염을 시사할 수 있다.
둘째로, 결과적인 TSC들로부터의 필 플라이의 분리에 이어 결과적인 TSC들 상의 필 플라이의 잔여 폴리에스테르 구성요소들을 측정하기 위해 비행시간형 이차이온질량 분석법(time-of-flight secondary ion mass spectroscopy)(TOF-SIMS)과 X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy)(XPS)이 이용되었다. TOF-SIMS와 XPS 결과들은 모두 90% SOC로 경화된 샘플들이 70% SOC로 경화된 샘플들과 비교할 때 3배 내지 4배 더 많은 폴리에스테르 잔여물을 보인다는 것을 나타낸다. 이러한 결과는 또한 TSC가 더 큰 SOC로 취해질 경우, 필 플라이에 의한 TSC 오염의 더 큰 위험이 있다는 것을 시사한다. 이러한 오염의 감소는, 종래 기술의 일체접합 프로세스들과 비교할 때, 후속 표면 준비를 위한 임의의 필요를 최소화하고 여기에 개시된 일체접합 프로세스에 대해 개선된 접합을 제공할 것으로 예상된다. 오염의 감소는 또한 인접한 TSC들 사이에 접착제를 사용하지 않는 일체접합 프로세스들을 용이하게 할 수 있다.
방법들(200)을 나타내는 제2 작용예에서, 도 11의 프로세스 상관관계(130)와 같은 프로세스 상관관계는 TSC에 대한 목표 SOC를 생산할 최대 온도 및 대응하는 경과 시간을 제공하는 프로세스 조건(131)을 선택하기 위해 이용되었다. 작용예에서, 프로세스 조건(131)은 326.7 ℉(163.7 ℃)의 최대 온도 및 104분의 경과 시간에 대응한다. 모델 시뮬레이션들에 기초한 도 11의 프로세스 상관관계(130)는 TSC에 대한 SOC가 약 75%인 조건들을 제공할 것으로 기대된다.
이어서, TSC는 오토클레이브 내에 배치되었다. 열 주기는 오토클레이브 내의 환경 온도(112)가 다시 주위(ambient)로 램핑되어 내려오기 전에 주위(ambient)에서 약 340 ℉(171 ℃)의 정상 상태 온도(113)까지 램핑되는 곳에서 수행되었다. 동시에, TSC 온도(110)는 모니터링 되었고, 환경 온도(112)의 증가에 응답하여, TSC 온도(110)는 326.7 ℉(163.7 ℃)의 최대 온도(111)로 증가했다. 또한, 도 10에 도시된 바와 같이, TSC는 104분의 경과 시간(125) 동안 280 ℉(138 ℃)의 임계 온도(120) 위에서 유지되었다. 이 열 주기는 약 74.7%의 SOC로 TSC를 경화시켰다.
제3 작용예에서는, 몇몇 미경화된 열경화성 복합재 레이업들(80)이 복수의 플라이들(82)로부터 형성되었다. 그 후 미경화된 열경화성 복합재 레이업들(80)은 70% 부터 90%까지의 범위에서 다양한 경화 상태들로 경화되었다. 결과적인 TSC들은 드릴링과 트리밍을 포함하는 다양한 공장 처리(factory handling) 및/또는 기계 가공하는 동작들의 대상이 되었다. 결과적인 TSC들에 대한 실험들에서 이용된 기계 도구들에 대한 마모 수명, 드릴링된 구멍들의 질(quality) 및 기계 가공된 표면의 질은 모두 완전히 경화된 TSC들에 대해 수행된 공장 처리 및/또는 기계 가공된 동작들을 위해 정의된 허용 가능한 공장 제한들 이내인 것으로 확인되었다.
제4 작용예에서, 미경화된 열경화성 복합재 레이업들(80)은 복수의 플라이들(82)로부터 형성되었다. 그 후 미경화된 열경화성 복합재 레이업들(80)은 다양한 경화 상태들로 경화되었고, 결과적인 TSC들은 몇몇 기계적 속성 시험들을 거쳤다(subjected to).
제1 기계적 속성 시험에서, 미경화된 열경화성 복합재 레이업들(80)은 69%와 94% 사이 범위의 경화 상태로 경화되었고 휨(flexure)은 ASTM D7264에 따라 분석되었다. 결과들은 샘플들에 걸친 11% 미만의 최종 휨 응력 변동(flexural stress variation), 샘플들에 걸친 7% 미만의 최종 휨 변형 변동(flexural strain variation) 및 샘플들에 걸친 4% 미만의 휨 모듈러스 변동(flexural modulus variation)을 나타낸다.
다른 기계적 속성 시험에서, 미경화된 열경화성 복합재 레이업들(80)은 72%와 93% 사이 범위의 경화 상태로 경화되었고 영향에 따른 손상을 평가하기 위해 ASTM D7137에 따라 손상 구역이 분석되었다. 결과들은 더 낮은 SOC로 경화된 샘플들이 일반적으로 영향에 의한 손상을 더 적게 나타내고 따라서 완전히 경화된 열경화성 복합재 레이업들과 비교할 때 공장 내에서의 처리를 위해 더 내구성이 있을 수 있다(durable)는 것을 나타낸다.
제5 작용예에서, 미경화된 열경화성 복합재 레이업들(80)은 복수의 플라이들(82)로부터 형성되었다. 그 후 미경화된 열경화성 복합재 레이업들(80)은 각각 75% 및 92%의 SOC를 달성하기 위해 본 개시에 따른 시스템들과 방법들을 이용하여 경화되었다. 결과적인 TSC들은 92%를 초과하는 SOC를 생산하기 위한 예시적인 경화 주기로 다시 경화되었다. 열경화성 복합재 레이업들(80)은 일체접합 프로세스에서 완전히 경화된 상태의 TSC를 복제하고 따라서 두 개의 경우 사이에서 TSC들의 기계적 성능을 검증하기 위해 상술한 프로세스에 따라 두 번 경화되었다는 것을 유념해야 한다. 최종 TSC들은 실내 주위 온도(room temperature ambient)(RTA)에서, 건식 180 ℉ 및 습식 180 ℉에서 오픈 홀 압축(open-hole compression)(ASTM D 6484), 0-도 압축(0-deg compression)(ASTM D6641), 90-도 장력(90-deg tension)(ASTM D3039) 및 면내 전단(in-plane shear)(ASTM 3518) 시험들의 대상이 되었다. 두 경우 사이에 중요한 기계적 성능 차이는 관찰되지 않았다(일반적으로 다양한 시험들에 걸쳐 6% 미만의 변동).
제6 작용예에서, 미경화된 열경화성 복합재 레이업들(80)은 복수의 플라이들(82)로부터 형성되었다. 그 후 미경화된 열경화성 복합재 레이업들(80)은 각각 제1 TSC(75%를 가짐) 및 제2 TSC(92% SOC를 가짐)를 형성하기 위해 본 개시에 따른 시스템들과 방법들을 이용하여 75% 및 92%의 SOC로 경화되었다. 결과적인 TSC들은 각각 제1 및 제2 어셈블리를 생성하기 위해, 균열 형성을 개시하기 위한 시험 동안에 이용되었던 부분 이형 필름(partial release film), 접착제 및 각각의 미경화된 열경화성 복합재 레이업들(80)과 결합되었다. 어셈블리들은 제1 및 제2 최종 TSC 어셈블리들을 제조하기 위해 92% 초과의 SOC를 생산하는 예시적인 경화 주기를 거쳤다. 최종 TSC 어셈블리들은 두 경우 사이에서 성능을 검증하기 위해 이중 캔틸레버 빔(double cantilever beam)(DCB, ASTM D 5528) 및 말단 노치 휨(end notch flexure)(ENF, JIS K 7086, 일본 산업 표준 시험 절차)에 대해 실내 주위 온도(RTA) 및 주위 180 ℉(180 ℉/A)에서의 파괴인성(fracture toughness) 시험들을 거쳤다. 최종 TSC 어셈블리들은 유사한 GIC (모드 Ⅰ 파괴인성) 값들을 나타내었다. 제1 최종 TSC 어셈블리(75%에서 92%까지 경화됨)는 더 높은 GIIC(모드 Ⅱ 파괴인성) 값들을 보여주었다.
제7 작용예에서, 미경화된 열경화성 복합재 레이업들(80)은 복수의 플라이들(82)로부터 형성되었다. 두 개의 어셈블리들 각각은 균열 형성을 개시하기 위한 시험 동안 다시 한 번 사용된 부분 이형 필름과 결합된 두 개의 미경화된 열경화성 복합재 레이업들(80)을 포함한다. 두 어셈블리들은 본 개시에 따른 시스템들과 방법들을 이용하여 각각 제1 TSC 어셈블리(75%를 가짐) 및 제2 TSC 어셈블리(92% SOC를 가짐)를 형성하기 위해 75% 및 92%의 SOC로 경화되었다. 결과적인 TSC 어셈블리들은 제1 및 제2 최종 TSC 어셈블리들을 제조하기 위해 92% 초과의 SOC를 생산하는 예시적인 경화 주기를 거쳤다. 최종 TSC 어셈블리들은 두 경우 사이에서 성능을 검증하기 위해 이중 캔틸레버 빔(DCB, ASTM D 5528) 및 말단 노치 휨(ENF, JIS K 7086, 일본 산업 표준 시험 절차)에 대한 실내 주위 온도(RTA) 및 주위 180 ℉(180 ℉/A)에서의 파괴인성 시험을 거쳤다. 최종 TSC 어셈블리들은 유사한 GIC와 GIIC 값들을 보여주었다.
본 개시에 따른 발명 대상물의 예시적이고 비배타적인 예시들이 다음의 열거된 단락들에 기술된다:
A1. 경화된 복합재 부품을 정의하기 위해 제1 열경화성 복합재(TSC)와 제2 TSC를 일체접합하는 방법으로서, 상기 방법은:
제1 부분적으로 경화된 TSC를 정의하기 위해 상기 제1 TSC를 가열함으로써 상기 제1 TSC를 목표 경화 상태(SOC)로 부분적으로 경화시키는 단계로서, 상기 목표 SOC가 적어도 부분적으로:
(i) 상기 부분적으로 경화시키는 단계 동안 상기 제1 TSC의 최대 온도; 및
(ii) 상기 부분적으로 경화시키는 단계 동안 상기 제1 TSC의 실제 온도가 임계 온도보다 높은 경과 시간;에 기초하여 설정되는, 단계;
상기 제1 부분적으로 경화된 TSC와 제2 TSC 사이에 경계면 영역을 포함하는 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리를 정의하기 위해 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC를 상기 제2 TSC와 결합하는 단계; 및
(i) 상기 경계면 영역 내에서 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC를 상기 제2 TSC에 접합하기 위해;
(ii) 상기 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리를 경화하기 위해; 그리고
(ⅲ) 상기 경화된 복합재 부품을 생산하기 위해,
상기 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리를 가열하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
A2. 단락 A1에 있어서, 상기 결합하는 단계 이전에, 상기 제1 TSC는 필 플라이(peel ply)를 포함하고, 상기 필 플라이는 적어도 부분적으로, 및 선택적으로 완전히, 상기 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리에서 상기 제1 TSC와 상기 제2 TSC 사이 상기 경계면 영역 내에서 연장되는 상기 제1 TSC의 영역을 덮고, 또한 상기 부분적으로 경화시키는 단계는 상기 필 플라이가 상기 경계면 영역 내에서 연장되는 상기 제1 TSC의 영역을 덮는 동안 부분적으로 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A3. 단락 A2에 있어서, 상기 결합하는 단계 이전에, 상기 제1 TSC로부터 상기 필 플라이를 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A4. 단락 A2 또는 단락 A3에 있어서, 상기 필 플라이는 폴리에스테르 필 플라이를 포함하고, 선택적으로 폴리에스테르 필 플라이인 것을 특징으로 하는 방법.
A5. 단락 A2 내지 단락 A4 중 어느 하나에 있어서, 상기 부분적으로 경화시키는 단계는:
(i) 선택적으로 상기 제1 TSC로부터의 상기 필 플라이의 분리 이후 상기 제1 TSC 상 필 플라이로부터의 잔여물에 대한 잠재성을 감소시키기 위해, 상기 제1 TSC의 최대 온도를 제한하는 단계; 및
(ii) 선택적으로 상기 제1 TSC로부터의 상기 필 플라이의 분리 이후 상기 제1 TSC 상 필 플라이로부터의 잔여물에 대한 잠재성을 감소시키기 위해, 상기 제1 TSC의 실제 온도가 상기 임계 온도보다 높은 경과 시간을 제한하는 단계; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A6. 단락 A1 내지 A5 중 어느 하나에 있어서, 상기 목표 SOC는:
(i) 상기 제1 TSC의 수지 내 가교결합의 목표 백분율; 및
(ii) 상기 제1 TSC의 수지의 목표 반응 전환율; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A7. 단락 A1 내지 A6 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC가 상기 목표 SOC에 도달했을 때, 상기 제1 TSC는 비교될 수 있는 완전히 경화된 TSC와 기능적으로 유사한 것을 특징으로 하는 방법.
A8. 단락 A1 내지 A7 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC가 상기 목표 SOC에 도달했을 때, 상기 제1 TSC는 비교될 수 있는 완전히 경화된 TSC와 기능적으로 동등한 것을 특징으로 하는 방법.
A9. 단락 A1 내지 A8 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC가 상기 목표 SOC에 도달했을 때, 상기 제1 TSC는:
(i) 비교될 수 있는 완전히 경화된 TSC와 유사한 기계적 속성들을 나타냄; 및
(ii) 비교될 수 있는 완전히 경화된 TSC의 적합한 대체제임; 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
A10. 단락 A1 내지 A9 중 어느 하나에 있어서:
(i) 상기 제1 TSC를 상기 임계 온도보다 높게 가열하는 단계;
(ⅱ) 상기 제1 TSC를 가열하는 동안, 상기 제1 TSC의 실제 온도를 모니터링하는 단계;
(ⅲ) 상기 제1 TSC를 가열하는 동안, 상기 제1 TSC에 의해 달성된 최대 온도를 결정하는 단계;
(ⅳ) 상기 제1 TSC를 가열하는 동안, 상기 제1 TSC의 실제 온도가 상기 임계 온도보다 높은 경과 시간을 결정하는 단계; 및
(ⅴ) 적어도 부분적으로 상기 제1 TSC의 최대 온도 및 상기 경과 시간에 기초하여 상기 제1 TSC의 가열을 중지하는 단계;를 상기 부분적으로 경화시키는 단계가 포함하거나 대신 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A11. 단락 A10에 있어서, 상기 제1 TSC의 가열을 중지하는 단계는 적어도 부분적으로 상기 제1 TSC의 최대 온도와 상기 경과 시간 사이의 관계에 기초하는 것을 특징으로 하는 방법.
A12. 단락 A10 또는 A11에 있어서, 상기 제1 TSC의 목표 SOC에 대해, 프로세스 상관관계 또는 교정을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A13. 단락 A12에 있어서, 상기 프로세스 상관관계는 목표 SOC를 생산하는 상기 제1 TSC의 최대 온도와 상기 경과 시간의 조합들을 기술하는 것을 특징으로 하는 방법.
A14. 단락 A13에 있어서, 주어진 목표 SOC에 대한 프로세스 상관관계가 다른 목표 SOC에 대한 프로세스 상관관계와 다른 것을 특징으로 하는 방법.
A15. 단락 A13 또는 단락 A14에 있어서, 주어진 임계 온도에 대한 프로세스 상관관계가 다른 임계 온도에 대한 프로세스 상관관계와 다른 것을 특징으로 하는 방법.
A16. 단락 A13 내지 A15 중 어느 하나에 있어서, 상기 프로세스 상관관계는:
(ⅰ) 상기 목표 SOC를 생산하는 최대 온도의 값들과 상기 경과 시간의 대응하는 값들 사이의 함수 관계를 기술하는 프로세스 상관관계 곡선;
(ii) 상기 목표 SOC를 생산하는 짝지어진(paired) 상기 최대 온도의 값들과 상기 경과 시간의 대응하는 값들을 기술하는 프로세스 상관관계 룩업 테이블(lookup table); 및
(iii) 상기 목표 SOC를 생산한 상기 최대 온도의 값들과 상기 경과 시간의 대응하는 값들 사이의 함수 관계를 기술하는 프로세스 상관관계 함수; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A17. 단락 A13 내지 A16 중 어느 하나에 있어서,
(i) 상기 프로세스 상관관계는 상기 제1 TSC의 반경험적(semi-empirical) 모델들, 상기 제1 TSC의 경화 동역학 및 상기 제1 TSC의 열 전달 모델링으로부터 도출됨;
(ii) 상기 방법은 상기 제1 TSC의 반경험적 모델들, 상기 제1 TSC의 경화 동역학 및 상기 제1 TSC의 열 전달 모델링으로부터 상기 프로세스 상관관계를 도출하는 단계를 더 포함함;
(iii) 상기 프로세스 상관관계가 실험적으로 도출됨; 및
(iv) 상기 방법은 상기 프로세스 상관관계를 실험적으로 도출하는 단계를 더 포함함; 중 적어도 하나를 특징으로 하는 방법.
A18. 단락 A13 내지 A17 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC의 가열을 중지하는 단계는 상기 제1 TSC가 상기 목표 SOC에 도달했음을 나타내는 상기 프로세스 상관관계에 응답하여 중지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A19. 단락 A13 내지 A18 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC의 가열을 중지하는 단계는, 상기 최대 온도에 대하여, 상기 목표 SOC를 생산하는 임계 경과 시간을 초과하는 상기 경과 시간에 응답하여 중지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A20. 단락 A13 내지 A19 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC의 가열을 중지하는 단계는, 상기 경과 시간에 대하여, 상기 목표 SOC를 생산하는 임계 최대 온도를 초과하는 최대 온도에 응답하여 중지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A21. 단락 A13 내지 A20 중 어느 하나에 있어서, 상기 프로세스 상관관계를 제공하는 단계는 복수의 구별되는 프로세스 조건들에 대하여 경화 동역학 모델들을 포함하는 상기 제1 TSC의 복수의 열적 시뮬레이션들을 수행하는 단계 및 상기 복수의 열적 시뮬레이션들로부터 상기 프로세스 상관관계를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 복수의 열적 시뮬레이션들에서의 각각의 열적 시뮬레이션은 상기 제1 TSC의 상기 목표 SOC로의 경화를 모델링하는 것을 특징으로 하는 방법.
A22. 단락 A21에 있어서, 상기 복수의 구별되는 프로세스 조건들은:
(i) 상기 제1 TSC를 가열하는 단계 동안 이용되는 복수의 상이한 가열된 환경 온도들;
(ii) 상기 제1 TSC에 대한 복수의 상이한 가열 속도들(heat rates);
(iii) 상기 제1 TSC에 대한 복수의 상이한 두께들;
(iv) 상기 TSC에 대한 복수의 상이한 열 전달 계수들;
(v) 상기 제1 TSC를 가열하는 단계 동안 상기 제1 TSC를 지지하는 지지 맨드럴에 대한 복수의 상이한 두께들; 및
(vi) 상기 지지 맨드럴에 대한 복수의 상이한 열 전달 계수들; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A23. 단락 A21 또는 A22에 있어서, 상기 복수의 열적 시뮬레이션들은 적어도 부분적으로 상기 제1 TSC의 열 전달 모델 및 경화 동역학에 기초하는 것을 특징으로 하는 방법.
A24. 단락 A10 내지 A23 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC를 가열하는 단계 전에, 상기 제1 TSC를 가열하는 단계 동안 상기 제1 TSC에 대한 상한 온도 임계치를 선택하는 단계를 더 포함하고, 또한 상기 제1 TSC를 가열하는 단계는 상기 제1 TSC의 최대 온도를 상기 상한 온도 임계치 아래에서 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A25. 단락 A10 내지 A24 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC를 가열하는 단계는:
(i) 상기 제1 TSC 로의 대류 열 전달을 통해 상기 제1 TSC를 가열하는 단계;
(ii) 상기 제1 TSC로의 전도성 열 전달을 통해 상기 제1 TSC를 가열하는 단계; 및
(iii) 상기 제1 TSC로의 복사 열 전달을 통해 상기 제1 TSC를 가열하는 단계; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A26. 단락 A10 내지 A25 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC를 가열하는 단계는:
(i) 오븐 내에서 상기 제1 TSC를 가열하는 단계;
(ii) 오토클레이브 내에서 상기 제1 TSC를 가열하는 단계; 및
(iii) 상기 상기 제1 TSC를 가열하는 단계 동안 상기 제1 TSC를 지지하는 지지 맨드럴을 가열하는 단계; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A27. 단락 A10 내지 A26 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC를 가열하는 단계는 가열된 환경의 온도를 증가시킴으로써 상기 제1 TSC를 둘러싸는 상기 가열된 환경 내에서 상기 제1 TSC를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A28. 단락 A10 내지 A27 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC를 가열하는 단계는 상기 제1 TSC를 열원(heat source)에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A29. 단락 A28에 있어서, 상기 제1 TSC를 가열하는 단계는 상기 열원과 함께 상기 제1 TSC에 열 에너지를 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A30. 단락 A29에 있어서, 상기 제1 TSC의 가열을 중지하는 단계는 상기 열원을 이용한 상기 열 에너지의 상기 제1 TSC로의 적용을 중지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A31. 단락 A28 내지 A30 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC를 가열하는 단계는 상기 열원의 온도를 침지 온도로 램핑(ramping)시키는 단계 및 상기 열원의 온도를 상기 침지 온도에서 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A32. 단락 A31에 있어서, 상기 침지 온도는:
(i) 상기 최대 온도보다 높음; 및
(ii) 상한 온도 임계치보다 낮음; 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
A33. 단락 A31 또는 A32에 있어서, 상기 침지 온도가:
(i) 적어도 80 ℃, 적어도 90 ℃, 적어도 93.3 ℃, 적어도 100 ℃, 적어도 110 ℃, 적어도 120 ℃, 적어도 130 ℃, 적어도 140 ℃, 적어도 150 ℃, 적어도 160 ℃, 적어도 170 ℃, 적어도 179.4 ℃, 적어도 180 ℃, 적어도 190 ℃, 또는 적어도 200 ℃; 및
(ⅱ) 최대 250 ℃, 최대 225 ℃, 최대 200 ℃, 최대 190 ℃, 최대 180 ℃, 최대 170 ℃, 최대 160 ℃, 최대 150 ℃, 최대 140 ℃, 최대 130 ℃, 최대 120 ℃, 최대 110 ℃, 최대 100 ℃ 또는 최대 95 ℃; 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
A34. 단락 A10 내지 A33 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC의 가열을 중지하는 단계는 상기 제1 TSC로의 열의 적용을 중지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A35. 단락 A10 내지 A34 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC의 가열을 중지하는 단계는 상기 제1 TSC를 둘러싸는 가열된 환경의 온도를 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A36. 단락 A10 내지 A35 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC의 실제 온도를 모니터링하는 단계는 온도 검출기로 모니터링하는 단계를 포함하며, 선택적으로 상기 온도 검출기는:
(i) 열전대(thermocouple);
(ii) 저항 열 검출기; 및
(iii) 적외선 온도 센서; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A37. 단락 A10 내지 A36 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC의 실제 온도를 모니터링하는 단계는,
(i) 상기 제1 TSC상의 선택 위치의 선택 온도를 모니터링하는 단계;
(ii) 상기 제1 TSC의 평균 온도를 모니터링하는 단계; 및
(iii) 상기 제1 TSC의 최저 측정 온도를 모니터링하는 단계; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A38. 단락 A10 내지 A37 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC의 실제 온도를 모니터링하는 단계는 상기 제1 TSC상의 복수의 이격된 위치들에서 상기 제1 TSC의 복수의 실제 온도들을 모니터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A39. 단락 A38에 있어서, 상기 제1 TSC의 최대 온도는 상기 제1 TSC상의 복수의 이격된 위치들의 최저 온도 위치에서 측정된 상기 제1 TSC의 최저 모니터링 온도인 것을 특징으로 하는 방법.
A40. 단락 A10 내지 A39 중 어느 하나에 있어서, 상기 경과 시간을 결정하는 단계는, 상기 제1 TSC의 실제 온도가 상기 임계 온도를 초과할 때 시작하고 상기 제1 TSC의 가열을 중지하는 단계가 시작될 때 종료하는 시간 구간을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A41. 단락 A1 내지 A40 중 어느 하나에 있어서,
(i) 상기 결합하는 단계는 상기 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리를 가열하는 단계 이전에 상기 경계면 영역에 접착제를 적용하는 단계를 포함함; 및
(ii) 상기 결합하는 단계는 상기 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리를 가열하는 단계 이전에 상기 경계면 영역에 접착제를 적용하지 않고 결합하는 단계를 포함함; 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
A42. 단락 A1 내지 A41 중 어느 하나에 있어서, 상기 결합하는 단계 이후에, 상기 경계면 영역은 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC와 상기 제2 TSC 사이에 연장되는 접착제를 갖지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
A43. 단락 A1 내지 A42 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC를 부분적으로 경화시키는 단계 이후 및 상기 결합하는 단계 이전에,
(i) 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC를 트리밍하는 단계;
(ⅱ) 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC를 검사하는 단계;
(ⅲ) 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC를 기계 가공하는 단계; 및
(ⅳ) 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC 내 적어도 하나의 구멍을 드릴링하는 단계; 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A44. 단락 A1 내지 A43 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC를 부분적으로 경화시키는 단계 이후 및 상기 결합하는 단계 이전에, 상기 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리 내 상기 제1 TSC와 상기 제2 TSC 사이 상기 경계면 영역 내에서 연장되는 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC의 영역을 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A45. 단락 A44에 있어서, 상기 세척하는 단계는:
(i) 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC의 영역으로부터 필 플라이를 제거하는 단계;
(ⅱ) 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC의 영역을 플라즈마 에칭하는 단계;
(ⅲ) 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC의 영역을 사포질하는(sanding) 단계; 및
(ⅳ) 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC의 영역을 용제로 닦는(solvent wiping) 단계; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A46. 단락 A1 내지 A45 중 어느 하나에 있어서, 상기 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리를 가열하는 단계는 단락 A10 내지 A40 중 어느 하나에 기술된 임의의 적합한 상기 제1 TSC를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A47. 단락 A1 내지 A46 중 어느 하나에 있어서, 상기 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리를 가열하는 단계 이전에 상기 제2 TSC는 미경화된 것을 특징으로 하는 방법.
A48. 단락 A1 내지 A47 중 어느 하나에 있어서, 상기 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리를 가열하는 단계 이전에 상기 제2 TSC는 임계 SOC보다 낮은 SOC를 가지며, 선택적으로 상기 임계 SOC는 50% 미만, 40% 미만, 30% 미만, 20% 미만, 10% 미만, 5% 미만 또는 1% 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
A49. 단락 A1 내지 A48 중 어느 하나에 있어서, 상기 결합하는 단계 이전에, 제2 부분적으로 경화된 TSC를 정의하기 위해 상기 제2 TSC를 제2 목표 SOC로 부분적으로 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A50. 단락 A49에 있어서, 상기 제2 목표 SOC는 적어도 부분적으로, 상기 제2 TSC를 부분적으로 경화시키는 단계 동안 상기 제2 TSC의 최대 온도 및 상기 제2 TSC를 부분적으로 경화시키는 단계 동안 상기 제2 TSC의 제2 실제 온도가 제2 임계 온도보다 높은 제2 경과 시간에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
A51. 단락 A49 또는 A50에 있어서, 상기 제2 TSC를 부분적으로 경화시키는 단계는 단락 A1 내지 A52 중 어느 하나의 임의의 적합한 상기 제1 TSC를 부분적으로 경화시키는 단계를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A52. 단락 A1 내지 A51 중 어느 하나에 있어서, 상기 결합하는 단계 이전에, 상기 제2 TSC를 완전히 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A53. 단락 A1 내지 A52 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC를 부분적으로 경화시키는 단계 이후 및 상기 결합하는 단계 이전에, 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC를 자외선 빛으로부터 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A54. 단락 A1 내지 A53 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC와 상기 제2 TSC 중 적어도 하나 및 선택적으로 둘 다는 복합재 물질의 복수의 플라이들 또는 층지어진(layered) 플라이들을 포함하고, 그리고 선택적으로 복합재 물질의 복수의 플라이들 또는 층지어진(layered) 플라이들인 것을 특징으로 하는 방법.
A55. 단락 A1 내지 A54 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 TSC와 상기 제2 TSC 중 적어도 하나 및 선택적으로 둘 다는 복수의 섬유들 및 열경화성 수지이거나, 이들을 포함하거나 또는 이들에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 방법.
A56. 단락 A55에 있어서, 상기 열경화성 수지는 열경화성 에폭시를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A57. 단락 A1 내지 A56 중 어느 하나에 있어서, 상기 경화된 복합재 부품은:
(ⅰ) 스킨 스트링거(skin-stringer) 구조체;
(ⅱ) 항공기의 꼬리부분(empennage); 및
(ⅲ) 항공기의 날개; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A58. 단락 A1 내지 A57 중 어느 하나에 있어서, 상기 경화된 복합재 부품에서, 상기 제1 TSC는 스트링거 및 스킨 중 하나를 정의하고 상기 제2 TSC는 상기 스트링거 및 상기 스킨 중 다른 하나를 정의하는 것을 특징으로 하는 방법.
B1. 제1 TSC와 제2 TSC를 일체접합하기 위한 단락 A1 내지 A57 중 임의의 방법들 중 어느 하나의 사용.
C1. 단락 A1 내지 A58 중 어느 하나의 방법을 이용하여 형성된 경화된 복합재 부품.
본 개시에 사용된 바와 같이, 장치의 하나 이상의 구성 요소 또는 특성의 동작, 이동, 구성 또는 다른 활동을 변경하는 경우, "선택적" 및 "선택적으로"라는 용어는 특정 동작, 이동, 구성 또는 다른 활동이 장치의 한 측면 또는 하나 이상의 구성 요소에 대한 사용자 조작의 직접 또는 간접 결과임을 의미한다.
본 개시에 사용된 바와 같이, "적응된"(adapted) 및 "구성된"이라는 용어는 요소, 구성요소 또는 다른 대상물이 주어진 기능을 수행하도록 설계 및/또는 의도되었음을 의미한다. 따라서, "적응된" 및 "구성된"이라는 용어의 사용은 주어진 요소, 구성요소 또는 다른 대상물이 주어진 기능을 단순히 수행"할 수 있음"을 의미하는 것으로 해석되어서는 안되며, 요소, 구성요소 및/또는 다른 대상물이 그 기능을 수행하는 것을 목적으로 특별히 선택, 생성, 구현, 이용, 프로그래밍 및/또는 설계된 것을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 특정 기능을 수행하도록 적응된 것으로 인용되는 요소, 구성요소 및/또는 다른 인용된 대상물이 부가적으로 또는 대안적으로 그 기능을 수행하도록 구성되는 것으로 기술될 수 있고 그 반대의 경우도 가능함은 본 개시의 범위 내에 있다. 마찬가지로, 특정 기능을 수행하도록 구성된 것으로 인용된 대상물은 부가적으로 또는 대안적으로 그 기능을 수행하도록 동작 가능하다고 기술될 수 있다.
본 개시에 사용된 바와 같이, 하나 이상의 개체의 목록과 관련하여 "적어도 하나"라는 문구는 개체들의 목록의 임의의 하나 이상의 개체로부터 선택된 적어도 하나의 개체를 의미하는 것으로 이해되어야 하지만, 반드시 개체들의 목록 내에 특별히 열거된 각각의 모든 개체 중 적어도 하나를 포함하는 것은 아니며 개체들의 목록에서 개체들의 임의의 조합들을 배제하지 않는다. 이 정의는 또한 특별히 식별된 개체들과 관련이 있는지 또는 없는지 여부와 관계없이, "적어도 하나"라는 문구가 참조하는 개체들의 목록 내에 특별히 식별된 그러한 개체들 이외에 개체들이 선택적으로 존재할 수 있게 한다. 따라서, 비제한적인(non-limiting) 예시로서, "A 및 B 중 적어도 하나"(또는 동등하게, "A 또는 B 중 적어도 하나" 또는 동등하게 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는 일 실시예에서 B가 존재하지 않는 (그리고 선택적으로 B 이외의 개체들을 포함하는) 적어도 하나의, 선택적으로 둘 이상을 포함하는, A를 나타낼 수 있으며; 다른 실시에서는 A가 존재하지 않는 (그리고 선택적으로 A 이외의 개체들을 포함하는) 적어도 하나의, 선택적으로 둘 이상을 포함하는, B를 나타낼 수 있으며; 또 다른 실시예에서는 적어도 하나의, 선택적으로 둘 이상을 포함하는, A 및 적어도 하나의, 선택적으로 둘 이상을 포함하는, B(그리고 선택적으로 다른 개체들을 포함함)를 나타낼 수 있다. 즉, "적어도 하나", "하나 이상" 및 "및/또는"이라는 문구는 동작에 있어서 연계적이면서도 분리적인 개방형(open-ended) 표현이다. 예를 들어, "A, B 및 C 중 적어도 하나", “A, B 또는 C 중 적어도 하나”, "하나 이상의 A, B 및 C", "하나 이상의 A, B 또는 C " 및 "A, B 및/또는 C"라는 표현들의 각각은 A 단독, B 단독, C 단독, A 및 B를 함께, A 및 C를 함께, B 및 C를 함께, A, B 및 C를 함께, 그리고 선택적으로 적어도 하나의 다른 개체와 조합한 위의 것들 중 어느 하나를 의미할 수 있다.
개시된 다양한, 본 개시에 개시된 방법들의 단계들 및 장치들의 요소들은 본 개시에 따른 모든 장치 및 방법에 요구되지는 않으며, 본 개시는 여기에 개시된 다양한 요소들 및 단계들의 모든 새롭고 자명하지 않은 조합들 및 하위 조합들(subcombinations)을 포함한다. 또한, 여기에 개시된 다양한 요소들 및 단계들 중 하나 이상은 개시된 장치 또는 방법의 전체로부터 분리되어 별개인 독립적인 발명 대상물을 정의할 수 있다. 따라서, 그러한 발명 대상물은 본 개시에 명시적으로 개시된 특정 장치들 및 방법들과 관련될 필요는 없으며, 그러한 발명의 대상물은 본 개시에 명시적으로 개시되지 않은 장치들 및/또는 방법들에서 유용성을 찾을 수 있다.
본 개시에 사용된 바와 같이, 본 개시에 따른 하나 이상의 구성요소들, 특징들, 세부 사항들, 구조들, 실시예들 및/또는 방법들을 참조하여 사용되는 경우, "예를 들어"라는 문구, "예시로서"라는 문구 및/또는 단순히 "예"라는 용어는 설명된 구성요소, 특징, 세부 사항, 구조, 실시예 및/또는 방법이 본 개시에 따른 구성요소들, 특징들, 세부 사항들, 구조들, 실시예들 및/또는 방법들의 예시적이며 비배타적인 예시임을 전달하도록 의도된다. 따라서, 설명된 구성요소, 특징, 세부 사항, 구조, 실시예 및/또는 방법은 한정적이거나, 요구되거나, 또는 배타적/완전한 것으로 의도되지 않으며; 구조적 및/또는 기능적으로 유사하고 및/또는 동등한 구성요소들, 특징들, 세부 사항들, 구조들, 실시예들 및/또는 방법들을 포함하는 다른 구성요소들, 특징들, 세부 사항들, 구조들, 실시예들 및/또는 방법들 또한 본 개시의 범위 내에 있다.

Claims (20)

  1. 경화된 복합재 부품(144)을 정의하기 위해 제1 열경화성 복합재(thermoset composite)(TSC)(130)와 제2 TSC(134)를 일체접합하는 방법(150)으로서, 상기 방법(150)은:
    제1 부분적으로 경화된 TSC(132)를 정의하기 위해 상기 제1 TSC(130)를 가열함으로써 상기 제1 TSC(130)를 목표 경화 상태(state of cure)(SOC)(114)로 부분적으로 경화시키는 단계(155)로서, 상기 목표 SOC(114)가 적어도 부분적으로:
    (i) 상기 부분적으로 경화시키는 단계(155) 동안 상기 제1 TSC(130)의 최대 온도(111); 및
    (ii) 상기 부분적으로 경화시키는 단계(155) 동안 상기 제1 TSC(130)의 실제 온도(110)가 임계 온도(120)보다 높은 경과 시간(125);
    에 기초하여 설정되는, 단계(155);
    상기 제1 부분적으로 경화된 TSC(132)와 제2 TSC(134) 사이에 경계면 영역(143)을 포함하는 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리(142)를 정의하기 위해 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC(132)를 상기 제2 TSC(134)와 결합하는 단계(175); 및
    (i) 상기 경계면 영역(143) 내에서 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC(132)를 상기 제2 TSC(134)에 접합하기 위해;
    (ii) 상기 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리(142)를 경화하기 위해; 그리고
    (ⅲ) 상기 경화된 복합재 부품(144)을 생산하기 위해,
    상기 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리(142)를 가열하는 단계(180);를 포함하고,
    상기 결합하는 단계(175) 이전에, 상기 제1 TSC(130)는 필 플라이(peel ply)를 포함하고, 상기 필 플라이는 상기 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리(142)에서 상기 제1 TSC(130)와 상기 제2 TSC(134) 사이 상기 경계면 영역(143) 내에서 연장되는 상기 제1 TSC(130)의 영역을 적어도 부분적으로 덮고, 상기 부분적으로 경화시키는 단계(155)는 상기 필 플라이가 상기 경계면 영역(143) 내에서 연장되는 상기 제1 TSC(130)의 영역을 덮는 동안 부분적으로 경화시키는 단계(155)를 포함하고, 상기 결합하는 단계(175) 이전에, 상기 제1 TSC(130)로부터 상기 필 플라이를 분리하는 단계(160)를 더 포함하고,
    상기 부분적으로 경화시키는 단계(155)는:
    (i) 상기 제1 TSC(130)를 상기 임계 온도(120)보다 높게 가열하는 단계(180);
    (ii) 상기 제1 TSC(130)를 가열(180)하는 동안, 상기 제1 TSC(130)의 실제 온도(110)를 모니터링하는 단계;
    (ⅲ) 상기 제1 TSC(130)를 가열(180)하는 동안, 상기 제1 TSC(130)에 의해 달성된 최대 온도(111)를 결정하는 단계;
    (ⅳ) 상기 제1 TSC(130)를 가열(180)하는 동안, 상기 제1 TSC(130)의 실제 온도(110)가 상기 임계 온도(120)보다 높은 경과 시간(125)을 결정하는 단계; 및
    (ⅴ) 적어도 부분적으로 상기 제1 TSC(130)의 최대 온도(111) 및 상기 경과 시간(125)에 기초하여 상기 제1 TSC(130)의 가열을 중지하는 단계(240);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제1 열경화성 복합재(TSC)와 제2 TSC를 일체접합하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 부분적으로 경화시키는 단계(155)는:
    (i) 상기 제1 TSC(130)의 최대 온도(111)를 제한하는 단계; 및
    (ii) 상기 TSC(130)의 실제 온도(110)가 상기 임계 온도(120)보다 높은 경과 시간(125)을 제한하는 단계; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법(150).
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 TSC(130)의 가열을 중지하는 단계(240)는 적어도 부분적으로 상기 제1 TSC(130)의 최대 온도(111)와 상기 경과 시간(125) 사이의 관계에 기초하는 것을 특징으로 하는 방법(150).
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 TSC(130)의 목표 SOC(114)에 대해, 프로세스 상관관계를 제공하는 단계를 더 포함하며, 상기 프로세스 상관관계는 상기 목표 SOC(114)를 생산하는 상기 제1 TSC(130)의 최대 온도(111)와 상기 경과 시간(125)의 조합들을 기술하는 것을 특징으로 하는 방법(150).
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제1 TSC(130)의 가열을 중지하는 단계(240)는 상기 제1 TSC(130)가 상기 목표 SOC(114)에 도달했음을 나타내는 상기 프로세스 상관관계에 응답하여 중지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법(150).
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 프로세스 상관관계를 제공하는 단계는 복수의 구별되는 프로세스 조건들에 대하여 경화 동역학 모델들을 포함하는 상기 제1 TSC(130)의 복수의 열적 시뮬레이션들을 수행하는 단계 및 상기 복수의 열적 시뮬레이션들로부터 상기 프로세스 상관관계를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 복수의 열적 시뮬레이션들에서의 각각의 열적 시뮬레이션은 상기 제1 TSC(130)의 상기 목표 SOC(114)로의 경화를 모델링하는 것을 특징으로 하는 방법(150).
  9. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    (i) 상기 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리(142)를 가열하는 단계(180) 이전에 상기 결합하는 단계(175)는 상기 경계면 영역(143)에 접착제(140)를 적용하는 단계를 포함함; 및
    (ii) 상기 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리(142)를 가열하는 단계(180) 이전에 상기 결합하는 단계(175)는 상기 경계면 영역(143)에 접착제(140)를 적용하지 않고 결합하는 단계를 포함함; 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방법(150).
  10. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 결합하는 단계(175) 이후에, 상기 경계면 영역(143)은 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC(132)와 상기 제2 TSC(134) 사이에 연장되는 접착제(140)를 갖지 않는 것을 특징으로 하는 방법(150).
  11. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 제1 TSC(130)를 부분적으로 경화시키는 단계(155) 이후 및 상기 결합하는 단계(175) 이전에,
    (i) 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC(132)를 트리밍하는 단계;
    (ii) 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC(132)를 검사하는 단계;
    (iii) 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC(132)를 기계 가공하는 단계; 및
    (ⅳ) 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC(132)에서 적어도 하나의 구멍을 드릴링하는 단계; 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법(150).
  12. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 제1 TSC(130)를 부분적으로 경화시키는 단계(155) 이후 및 상기 결합하는 단계(175) 이전에, 상기 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리(142)에서 상기 제1 TSC(130)와 상기 제2 TSC(134) 사이 상기 경계면 영역(143) 내에서 연장되는 상기 제1 TSC(130)의 영역을 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법(150).
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 세척하는 단계는:
    (i) 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC(132)의 영역으로부터 필 플라이를 제거하는 단계;
    (ii) 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC(132)의 영역을 플라즈마 에칭하는 단계;
    (ⅲ) 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC(132)의 영역을 사포질하는 단계; 및
    (ⅳ) 상기 제1 부분적으로 경화된 TSC(132)의 영역을 용제로 닦는 단계; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법(150).
  14. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리(142)를 가열하는 단계(180)는 가열된 환경(62)의 온도를 증가시킴으로써 상기 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리(142)를 둘러싸는 상기 가열된 환경(62) 내에서 가열하는 단계(180)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법(150).
  15. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리(142)를 가열하는 단계(180) 이전에 상기 제2 TSC(134)는 미경화된 것을 특징으로 하는 방법(150).
  16. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 부분적으로 경화된 TSC 어셈블리(142)를 가열하는 단계(180) 이전에 상기 제2 TSC(134)는 임계 SOC(114)보다 낮은 SOC를 가지며, 상기 임계 SOC(114)는 10% 미만인 것을 특징으로 하는 방법(150).
  17. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 결합하는 단계(175) 이전에, 제2 부분적으로 경화된 TSC(134)를 정의하기 위해 상기 제2 TSC(134)를 제2 목표 SOC(114)로 부분적으로 경화시키는 단계(155)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법(150).
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제2 목표 SOC(114)는 적어도 부분적으로, 상기 제2 TSC(134)를 부분적으로 경화시키는 단계(155) 동안 상기 제2 TSC(134)의 제2 최대 온도(111) 및 상기 제2 TSC(134)를 부분적으로 경화시키는 단계(155) 동안 상기 제2 TSC(134)의 제2 실제 온도(110)가 제2 임계 온도(120)보다 높은 제2 경과 시간(125)에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 방법(150).
  19. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 결합하는 단계(175) 이전에, 상기 제2 TSC(134)를 완전히 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법(150).
  20. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 경화된 복합재 부품(144)은:
    (ⅰ) 스킨 스트링거(skin-stringer) 구조체;
    (ⅱ) 항공기(700)의 꼬리부분(empennage); 및
    (ⅲ) 항공기(700)의 날개(740); 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법(150).
KR1020197021885A 2017-03-16 2018-03-15 경화된 복합재 부품을 정의하기 위해 제1 열경화성 복합재와 제2 열경화성 복합재를 일체접합하는 방법 KR102473358B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762472404P 2017-03-16 2017-03-16
US62/472,404 2017-03-16
PCT/US2018/022748 WO2018170330A1 (en) 2017-03-16 2018-03-15 Methods of co-bonding a first thermoset composite and a second thermoset composite to define a cured composite part

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190124705A KR20190124705A (ko) 2019-11-05
KR102473358B1 true KR102473358B1 (ko) 2022-12-06

Family

ID=61874013

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197021885A KR102473358B1 (ko) 2017-03-16 2018-03-15 경화된 복합재 부품을 정의하기 위해 제1 열경화성 복합재와 제2 열경화성 복합재를 일체접합하는 방법

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11247409B2 (ko)
EP (1) EP3595874B1 (ko)
JP (1) JP2020511334A (ko)
KR (1) KR102473358B1 (ko)
CN (1) CN110167745B (ko)
AU (1) AU2018234822B2 (ko)
RU (1) RU2758430C2 (ko)
WO (1) WO2018170330A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7263166B2 (ja) * 2019-07-16 2023-04-24 三菱重工業株式会社 複合材接合体の製造方法
JP7230207B2 (ja) * 2019-07-16 2023-02-28 三菱重工業株式会社 複合材の接着前処理方法
DE102019133562A1 (de) * 2019-12-09 2021-06-10 Oechsler Ag Verfahren zum Verbinden von zumindest zwei Bauteilen zu einem Verbundbauteil
US11752708B2 (en) 2021-09-10 2023-09-12 The Boeing Company Uncured composite structures, cured composite structures, and methods of curing uncured composite structures

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016172437A (ja) * 2015-03-04 2016-09-29 ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ 複合材料構造体を接合するための共硬化プロセス

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2675711B1 (fr) 1991-04-29 1994-09-30 France Autoclave Procede de traitement thermique en autoclave.
US5453226A (en) 1992-02-05 1995-09-26 The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma Curing of composite materials using extended heat transfer models
US5207956A (en) 1992-02-05 1993-05-04 The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma Computer-controlled method for composite curing
US5746553A (en) * 1996-04-08 1998-05-05 The Boeing Company Dual purpose lay-up tool
US6490501B1 (en) 1999-10-06 2002-12-03 Bell Helicopter Textron Inc. Cure monitoring and control system
JP4425424B2 (ja) 2000-05-01 2010-03-03 本田技研工業株式会社 繊維強化複合材からなるジョグル付き半硬化物品の製造方法、及びそれを用いた予備成形構造体の製造方法
JP4218519B2 (ja) 2003-12-26 2009-02-04 戸田工業株式会社 磁界アンテナ、それを用いて構成したワイヤレスシステムおよび通信システム
NL1030029C2 (nl) * 2005-09-26 2007-03-27 Gtm Consulting B V Werkwijze en inrichting voor het verlijmen van componenten tot een samengesteld vormdeel.
BRPI0621913B1 (pt) * 2006-07-28 2018-12-18 Airbus Espana Sl procedimento para fabricar uma peça de um material composto para estrutura aeronáutica
DE102007003357A1 (de) * 2007-01-17 2008-07-24 Airbus Deutschland Gmbh Verfahren zum Verbinden eines thermoplastischen Materials mit einem Faserverbundmaterial
US8412380B2 (en) 2007-09-27 2013-04-02 Companjnie Generale des Establissements Cure time adjustment for a rubber article
US8834668B2 (en) 2008-11-19 2014-09-16 The Boeing Company Staged cocuring of composite structures
JP5686994B2 (ja) 2010-07-01 2015-03-18 三菱重工業株式会社 成形体の製造方法
CN102114706B (zh) * 2010-12-29 2013-02-13 江西昌河航空工业有限公司 一种复合材料部件框、梁和蒙皮整体共固化成型方法
US9486945B2 (en) 2011-05-04 2016-11-08 Toyota Motor Europe Nv/Sa Method and device for curing a thermosetting polymer
US9302455B1 (en) * 2012-02-08 2016-04-05 Textron Innovations, Inc. Fast cure process
US9051062B1 (en) * 2012-02-08 2015-06-09 Textron Innovations, Inc. Assembly using skeleton structure
FR2995244B1 (fr) 2012-09-07 2014-10-10 Airbus Operations Sas Procede de realisation d'un profile en materiau composite presentant un angle rentrant a partir d'un empilage de couches de fibres
CN104837605A (zh) 2012-11-26 2015-08-12 塞特工业公司 复合材料的结合
FR3001408B1 (fr) * 2013-01-30 2015-01-16 Airbus Operations Gmbh Procede d'assemblage de pieces en materiau composite d'aeronef avec relaxation de contraintes dans les pieces
US9631870B2 (en) * 2013-04-03 2017-04-25 The Boeing Company Cure control for curable materials
WO2015026441A1 (en) * 2013-08-22 2015-02-26 Cytec Industries Inc. Bonding of composite materials
CA2865110C (en) * 2013-12-16 2021-11-09 The Boeing Company Composite structures using interpenetrating polymer network adhesives
WO2015091879A2 (en) * 2013-12-19 2015-06-25 Canon Kabushiki Kaisha Improved encoding process using a palette mode
EP3088152B1 (en) * 2015-04-30 2020-04-15 Airbus Operations, S.L. Method for manufacturing composite parts and form
US10343330B2 (en) * 2015-07-31 2019-07-09 The Boeing Company Systems for additively manufacturing composite parts

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016172437A (ja) * 2015-03-04 2016-09-29 ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ 複合材料構造体を接合するための共硬化プロセス

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018170330A1 (en) 2018-09-20
RU2758430C2 (ru) 2021-10-28
CN110167745B (zh) 2021-11-02
RU2019118132A3 (ko) 2021-04-16
CN110167745A (zh) 2019-08-23
KR20190124705A (ko) 2019-11-05
JP2020511334A (ja) 2020-04-16
AU2018234822B2 (en) 2023-01-12
AU2018234822A1 (en) 2019-10-03
US20200055261A1 (en) 2020-02-20
EP3595874B1 (en) 2022-05-25
EP3595874A1 (en) 2020-01-22
US11247409B2 (en) 2022-02-15
RU2019118132A (ru) 2021-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102473358B1 (ko) 경화된 복합재 부품을 정의하기 위해 제1 열경화성 복합재와 제2 열경화성 복합재를 일체접합하는 방법
Dirk et al. A concept for the in situ consolidation of thermoset matrix prepreg during automated lay-up
Esposito et al. Effect of curing overheating on interlaminar shear strength and its modelling in thick FRP laminates
CA2659371C (en) Process for the manufacture of parts made of composite materials with two curing cycles
KR102443483B1 (ko) 열경화성 복합재를 목표 경화 상태로 경화시키는 시스템들 및 방법들
US20220402173A1 (en) Method and apparatus for curing a composite article
Pansart Prepreg processing of advanced fibre-reinforced polymer (FRP) composites
US20240157655A1 (en) Systems and methods for joining thermoplastic components
Ghayoor et al. Viscoelastic analysis of process-induced stresses in manufacturing of thermoplastic composites by automated fiber placement technology
Pérès et al. Thermoplastic Composite Structures for Space Applications: Manufacturing Process Simulation
Sasal et al. Manufacturing of Nano-treated Lower Panel Demonstrators for Aircraft Fuselage
Caspe Through-thickness melding of advanced carbon fibre reinforced polymers
Alpay et al. Observation of the heating behavior of infrared cured carbon fiber reinforced plastics
Rao et al. Evaluation of peel resistance of out-of-autoclave prepregs

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant