KR102513902B1 - 복합 구조물을 위한 섬유 개질 중간층 및 제조 방법 - Google Patents

복합 구조물을 위한 섬유 개질 중간층 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

섬유 보강 중간층은 연속 섬유들로 형성된 부직포 층, 및 부직포에 부착된 불연속 섬유들을 포함하며, 섬유 보강 중간층은 구조용 토우들의 적어도 하나의 보강층에 부착되어 중간층 강화 보강 직물을 형성하고, 중간층 강화 보강 직물의 적어도 하나의 층은 매트릭스 재료가 주입되고 경화되어 복합 구조물을 형성한다.

Description

복합 구조물을 위한 섬유 개질 중간층 및 제조 방법{FIBER-MODIFIED INTERLAYER FOR A COMPOSITE STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURE}
본 개시내용은 일반적으로 복합체들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 복합 적층판(laminate)들을 제작하는 데 사용되는 보강재들에 관한 것이며, 또 보다 구체적으로는 복합 구조물의 내충격성 및 전기 도전성을 증가시키는 보강재들을 제작하는 데 사용되는 섬유 개질 중간층(fiber-modified interlayer)들에 관한 것이다.
높은 강도대 중량비들, 내부식성 및 기타 유리한 특성들 때문에 항공 우주, 자동차 및 해양 응용들에 복합 재료들이 자주 사용된다. 종래의 복합 재료들은 일반적으로 직조 및/또는 부직포 구조들의 보강 섬유 층들(예컨대, 유리, 탄소 또는 폴리아미드 섬유)을 포함한다. 섬유 층들은 비경화 매트릭스 재료(예컨대, 에폭시 수지)와 이들을 함께 적층함으로써 복합 구조물들로 제조될 수 있다. 적층판은 그런 다음, 열 및/또는 압력의 인가로 경화되어, 마무리되고 굳어진 복합 부품을 형성할 수 있다.
복합 구조물들의 섬유 층들은 섬유들의 방향으로 비교적 높은 강도를 제공한다. 그러나 내충격성은 일반적으로 경화된 매트릭스 재료의 특성들에 의해 결정된다. 복합 구조물의 내충격성을 향상시키기 위한 한 가지 방법은 열가소성 재료의 입자들을 매트릭스 재료에 첨가하는 것이다. 복합 부품의 내충격성을 증가시키기 위한 다른 방법은 섬유 층들 사이에 열가소성 중간층을 제공하는 것이다.
그러나 열가소성 입자들 또는 중간층들에 의해 강화된 복합 구조물들은 낙뢰 중에 하전될 수 있으며, 이는 에지 글로우(edge glow)의 잠재적인 원인이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "에지 글로우"라는 용어는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 공지된 그 통상의 의미를 가지며, 섬유들 사이의 수지 또는 섬유들 사이의 접촉의 파손 때문에 탄소 섬유 복합 재료의 에지에서 발생할 수 있는 저레벨 전기 또는 열 스파킹(sparking)을 포함할 수 있다. 추가로, 열가소성 입자들 또는 중간층들에 의해 강화된 복합 구조물들은 상승된 온도들에서는 바람직한 것보다 낮은 기계적 특성 보유율을 가질 수 있다.
이에 따라, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 복합 구조물들의 분야에서 연구 및 개발 노력들을 계속한다.
일 실시예에서, 개시되는 섬유 개질 중간층은 연속 섬유들로 형성된 부직포 층, 및 부직포에 부착된 불연속 섬유들을 포함한다.
다른 실시예에서, 개시되는 중간층 강화 보강 직물(interlayer-toughened reinforcing fabric)은 구조용 토우(tow)들로 형성된 적어도 하나의 보강층 및 보강층에 부착된 적어도 하나의 섬유 개질 중간층을 포함하며, 섬유 개질 중간층은 연속 섬유들로 형성된 부직포 층, 및 부직포에 부착된 불연속 섬유들을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 개시되는 복합 구조물은 중간층 강화 보강 직물의 적어도 하나의 층을 포함하며, 중간층 강화 보강 직물은 교호 구성으로 배열되는, 구조용 토우들로 형성된 적어도 하나의 보강층 및 보강층에 부착된 적어도 하나의 섬유 개질 중간층을 포함하고, 섬유 개질 중간층은 연속 섬유들로 형성된 부직포 층과 부직포에 부착된 불연속 섬유들, 그리고 중간층 강화 보강 직물에 주입된 매트릭스 재료를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 섬유 개질 중간층을 제조하기 위한 개시되는 방법은: (1) 연속 섬유들로 형성된 부직포를 분산액에 부유된 불연속 섬유들의 슬러리를 거쳐 뽑아내는 단계, (2) 부직포에 부착된 불연속 섬유들의 망을 형성하는 단계, 및 (3) 섬유 개질 중간층을 형성하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물을 제조하기 위한 개시되는 방법은: (1) 구조용 토우들로 형성된 적어도 하나의 보강층 및 적어도 하나의 섬유 개질 중간층을 교호 구성으로 배열하는 단계 ― 섬유 개질 중간층은 연속 섬유들로 형성된 부직포 층, 및 부직포에 부착된 불연속 섬유들을 포함함 ―, 및 (2) 보강층과 부직포 층을 서로 부착하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 복합 구조물을 제조하기 위한 개시되는 방법은: (1) 중간층 강화 보강 직물의 적어도 하나의 층을 몰드 위에 레이업(lay up)하는 단계 ― 중간층 강화 보강 직물은 교호 구성으로 배열되는, 구조용 토우들로 형성된 적어도 하나의 보강층 및 보강층에 부착된 적어도 하나의 섬유 개질 중간층을 포함하고, 섬유 개질 중간층은 연속 섬유들로 형성된 부직포 층과 부직포에 부착된 불연속 섬유들을 포함함 ―, (2) 중간층 강화 보강 직물에 매트릭스 재료를 주입하는 단계, (3) 매트릭스 재료를 경화시키는 단계, 및 (4) 복합 구조물을 형성하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 보강 재료 및 매트릭스 재료를 포함하는 복합 구조물을 통해 전자기 에너지를 소산시키기 위한 개시되는 방법으로서, 이 방법은: (1) 복합 구조물의 표면 상에 전자기 에너지를 전하는 단계 ― 복합 구조물은 보강 재료 및 매트릭스 재료를 포함함 ―, (2) 연속적인 도전 경로를 따라 측 방향으로 전자기 에너지를 분산시키는 단계, 및 (3) 복합 구조물에 결합된 접지면에 전자기 에너지를 전달하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 복합 구조물을 통해 충격 에너지를 소산시키기 위한 개시되는 방법은: (1) 복합 구조물의 표면 상에 충격 에너지를 전하는 단계 ― 복합 구조물은 보강 재료 및 매트릭스 재료를 포함함 ―, (2) 복합 구조물을 따라 측 방향으로 충격 에너지를 편향시키는 단계, 및 (3) 복합 구조물의 두께에 걸친 손상 성장을 억제하는 단계를 포함한다.
개시된 장치 및 방법의 다른 실시예들은 다음의 상세한 설명, 첨부 도면들 및 첨부된 청구항들로부터 명백해질 것이다.
도 1은 개시된 섬유 개질 중간층의 일 실시예의 단면의 개략적인 부분 측면도이다.
도 2는 도 1의 섬유 개질 중간층의 단면의 개략적인 확대된 부분 측면도이다.
도 3은 개시된 섬유 개질 중간층을 제조하기 위한 장치의 일 실시예의 개략적인 예시이다.
도 4는 개시된 섬유 개질 중간층을 제조하기 위한 개시된 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 5는 개시된 섬유 개질 중간층을 사용하여 형성된 개시된 중간층 강화 보강 직물의 일 실시예의 단면의 개략적인 부분 측면도이다.
도 6은 도 5의 개시된 중간층 강화 보강 직물을 사용하여 형성된 복합 구조물의 일 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 7은 도 5의 개시된 중간층 강화 보강 직물을 제조하기 위한 장치의 일 실시예의 개략적인 예시이다.
도 8은 도 5의 개시된 중간층 강화 보강 직물을 제조하기 위한 개시된 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 9는 개시된 섬유 개질 중간층을 사용하여 형성된 개시된 중간층 강화 보강 직물의 다른 실시예의 단면의 개략적인 부분 측면도이다.
도 10은 도 9의 중간층 강화 보강 직물을 사용하여 형성된 복합 구조물의 다른 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 11은 도 9의 중간층 강화 보강 직물을 제조하기 위한 장치의 일 실시예의 개략적인 예시이다.
도 12는 도 9의 중간층 강화 보강 직물을 제조하기 위한 개시된 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 13은 개시된 섬유 개질 중간층을 사용하여 형성된 개시된 중간층 강화 보강 직물의 다른 실시예의 단면의 개략적인 부분 측면도이다.
도 14는 도 13의 중간층 강화 보강 직물을 사용하여 형성된 복합 구조물의 다른 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 15는 도 13의 중간층 강화 보강 직물을 제조하기 위한 장치의 일 실시예의 개략적인 예시이다.
도 16은 도 13의 중간층 강화 보강 직물을 제조하기 위한 개시된 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 17은 예비 함침(pre-impregnate)된 중간층 강화 보강 직물을 제조하기 위한 장치의 일 실시예의 개략적인 예시이다.
도 18은 도 17의 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물을 사용하여 형성된 복합 구조물의 다른 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 19는 중간층 강화 보강 직물을 사용하여 형성된 복합 구조물을 제조하기 위한 개시된 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 20은 중간층 강화 보강 직물을 사용하여 형성된 복합 구조물을 통해 전자기 에너지를 소산시키기 위한 개시된 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 21은 중간층 강화 보강 직물을 사용하여 형성된 복합 구조물을 통한 전자기 에너지의 소산에 대한 개략적인 예시이다.
도 22는 중간층 강화 보강 직물을 사용하여 형성된 복합 구조물을 통해 충격 에너지를 분산시키기 위한 개시된 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 23은 중간층 강화 보강 직물을 사용하여 형성된 복합 구조물을 통한 충격 에너지의 소산에 대한 개략적인 예시이다.
도 24는 항공기의 개략적인 예시이다.
도 25는 항공기 생산 및 서비스 방법의 개략적인 블록도이다.
다음의 상세한 설명은 본 개시내용으로 설명되는 특정 실시예들 및/또는 예들을 예시하는 첨부 도면들을 참조한다. 서로 다른 구조들 및 동작들을 갖는 다른 실시예들 및/또는 예들은 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않는다. 동일한 참조 번호들은 서로 다른 도면들에서 동일한 특징, 엘리먼트 또는 컴포넌트를 나타낼 수 있다.
본 개시내용에 따른 요지의 예시적이며 비-포괄적인 (청구될 수 있지만 반드시 그러한 것은 아닌) 실시예들이 아래에 제공된다.
도 1은 개시된 섬유 개질 중간층(100)의 예시적인 실시예의 단면의 개략적인 부분 측면도이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "중간층" 또는 "층간 층(interlaminar layer)"이라는 용어는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 공지된 그 통상의 의미를 가지며, 경화된 복합 구조물에 강화 효과를 부여하도록 복합 재료의 다른 층들 사이에, 이를테면 복합 재료의 구조용 토우들(예컨대, 연속 필라멘트들 또는 섬유들)의 인접한 층들 사이에 배치된 층으로서의 재료의 의도된 용도를 포함할 수 있다.
섬유 개질 중간층(100)은 부직포 층(102)(예를 들어, 부직포(202)의 층)(도 3) 및 부직포 층(102)에 결합된 섬유 층(104)(예를 들어, 불연속 섬유들(116)의 층)(도 2)을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 부직포 층(102)은 제1(예컨대, 최상부) 표면(106) 및 대향하는 제2(예컨대, 최하부) 표면(108)을 포함한다. 제1 섬유 층(104)은 부직포 층(102)의 제1 표면(106)에 결합되고, 제2 섬유 층(104)은 부직포 층(102)의 제2 표면(108)에 결합된다.
도 2는 도 1의 섬유 개질 중간층(100)의 단면의 개략적인 확대된 부분 측면도이다. 예시적인 실시예에서, 부직포 층(102)은 연속 섬유들(110)의 구조(112)를 포함하거나 이것으로 만들어진다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "섬유"라는 용어는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 공지된 그 통상의 의미를 가지며, 하나 또는 그보다 많은 섬유질 재료들(예컨대, 섬유들 또는 필라멘트들)을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "연속 섬유"라는 용어는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 공지된 그 통상의 의미를 가지며, 부직포 층(102)을 형성하도록 적응되며 연관된 부직포 층(102)의 실질적으로 전체 길이 또는 폭에 걸쳐 연장하는 세장형 섬유 또는 필라멘트를 포함할 수 있다. 구조(112)는 예를 들어, 기계적으로, 열적으로 그리고/또는 화학적으로 중 적어도 하나에 의해 서로 접합되어 혼합되고 얽힌 연속 섬유들(110)의 웹(web) 구조를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 부직포 층(102)은 연속 섬유들(110)의 스펀본디드(spunbonded) 직물일 수 있다. 스펀본디드 직물들은 연속적으로 방적되어 열적으로 접합되는 연속 섬유들(110)로부터 생산된다.
다른 예시적인 실시예에서, 부직포 층(102)은 연속 섬유들(110)의 스펀레이스드(spunlaced) 직물일 수 있다. 스펀레이스드 직물들은, 얽히고 이로써 기계적으로 접합되는 연속 또는 불연속 섬유들(116)로부터 마련될 수 있다.
또 다른 예시적인 실시예에서, 부직포 층(102)은 연속 섬유들(110)의 메시(mesh) 직물일 수 있다. 일례로, 부직포 층(102)의 메시 구조는 날실 방향 및 씨실 방향으로 인치당 약 0.5개 내지 약 15개의 섬유들을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 부직포 층(102)은 부직포 베일로서 구현되며 일반적으로는 부직포 베일로 지칭될 수 있다. 다른 실시예들에서, 부직포 층(102)은 부직포 매트, 부직포 시트, 부직포 테이프 또는 부직포 형태의 연속 섬유들(110)의 다른 타입의 집합 중 적어도 하나로서 구현될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 부직포 층(102)의 연속 섬유들(110)은 열가소성 재료(예를 들어, 열가소성 섬유들)를 포함하거나 이러한 재료로 만들어진다. 부직포 층(102)의 열가소성 재료의 녹는점은 상승 온도 압축 강도와 같은 복합 특성들이 손상되지 않음을 보장하도록, 일반적으로 복합 재료를 형성하는 데 사용되는 매트릭스 재료(예를 들어, 열경화성 매트릭스 재료)의 경화 온도에 가깝거나 그 이상이다.
추가로, 열가소성 재료들은 또한 케톤들, 물, 제트 연료 및 브레이크 용액들과 같은 용매들에 대해 우수한 내성을 가져 복합 재료가 이러한 용매들에 노출될 때의 강도 저하에 민감해지지 않음을 보장한다.
다른 예시적인 실시예들에서, 부직포 층(102)의 연속 섬유들(110)은 예컨대, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리에스테르, 폴리부타디엔, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에테르이미드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리페닐술폰, 폴리페닐렌 술피드, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아릴아마이드, 폴리케톤, 폴리프탈아미드, 폴리페닐렌에테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르-폴리아릴레이트(예컨대, Vectran®), 폴리아라미드(예컨대, Kevlar®), 폴리벤조옥사졸(예컨대, Zylon®), 비스코스(예컨대, Rayon®), 탄소 섬유 및 유리 섬유를 제한 없이 포함하는 다양한 다른 적당한 재료들로부터 선택될 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 연속 섬유들(110)은 또한 복합 재료를 형성하는 데 사용되는 매트릭스 재료와 호환 가능하고 매트릭스 재료로의 주입 및 경화 동안 용해되지 않는 임의의 타입의 섬유질 재료들 중에서 선택될 수 있다. 즉, 부직포 층(102)의 섬유질 재료는 섬유 개질 중간층(100)과 매트릭스 재료 사이의 보다 양호한 접촉 및/또는 접착을 가능하게 하는 것에 관해서는 제외하고, 하부 매트릭스 재료에 그렇게 많이 용해되지는 않는다.
예시적인 실시예에서, 부직포 층(102)의 연속 섬유들(110)은 2개 또는 그보다 많은 재료들로 만들어진다. 일례로, 상이한 타입들의 연속 섬유들(110)을 기계적으로 혼합함으로써 2개 또는 그보다 많은 재료들이 준비될 수 있으며, 이들은 부직포 층(102)을 생성하는 데 사용된다.
또 다른 예시적인 실시예에서는, 2개 또는 그보다 많은 재료들이 사용되어 2-성분 섬유, 3-성분 섬유 또는 더 많은 성분의 섬유를 형성할 수 있으며, 이들은 부직포 층(102)을 생성하는 데 사용된다. 즉, 부직포 층(102)에 사용된 각각의 연속 섬유(110)는 다수의 재료들을 포함할 수 있다. 일례로, 다성분 연속 섬유(110)는 2개 또는 그보다 많은 섬유 재료들의 공압출(coextrusion)에 의해 만들어지며 다수의 배출구들을 갖는 방적 돌기(spinneret)에 의해 생산될 수 있다.
부직포 층(102)의 각각의 연속 섬유(110)는 예를 들어, 섬유 개질 중간층(100) 및 결과적인 복합 재료에 대한 특정 용도에 따라 임의의 크기를 가질 수 있다. 일례로, 부직포 층(102)을 구성하는 연속 섬유들(110)은 약 1 미크론 내지 약 100 미크론의 직경들을 가질 수 있다. 다른 예로서, 부직포 층(102)을 구성하는 연속 섬유들(110)은 약 10 미크론 내지 약 75 미크론의 직경들을 가질 수 있다. 일례로, 부직포 층(102)을 구성하는 연속 섬유들(110)은 약 10 미크론 내지 약 30 미크론의 직경들을 가질 수 있다. 또 다른 예로서, 부직포 층(102)을 구성하는 연속 섬유들(110)은 약 1 미크론 내지 약 15 미크론의 직경들을 가질 수 있다.
부직포 층(102)에 사용되는 재료는 또한 넓은 범위의 면 밀도들을 가질 수 있다. 면 밀도는 예를 들어, 충격 후 압축 시험에 의해 입증된 바와 같이, 원하는 내충격성을 부여하는데 필요한 양에 따라 선택될 수 있다. 일례로, 부직포 층(102)은 약 1 그램/제곱미터(g/㎡) 내지 약 50g/㎡의 면 밀도를 가질 수 있다. 다른 예로서, 각각의 부직포 층(102)의 면 밀도는 약 2 g/㎡ 내지 약 15 g/㎡일 수 있다. 다른 예로서, 각각의 부직포 층(102)의 면 밀도는 약 5 g/㎡ 내지 약 15 g/㎡일 수 있다. 또 다른 예로서, 각각의 부직포 층(102)의 면 밀도는 약 3 g/㎡ 내지 약 4 g/㎡일 수 있다. 섬유 개질 중간층(100)을 사용하여 만들어진 임의의 특정 복합 부재에 대한 최적 면적 중량은 필요에 따라 결정될 수 있지만, 일반적으로는 전체 복합 중량의 약 2% 내지 약 4%이다.
예시적인 실시예에서, 섬유 층(104)은 불연속 섬유들(116)의 망(114)을 포함하거나 이것으로 제조된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "불연속 섬유"라는 용어는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 그 통상의 의미를 가지며, 섬유 층(104)을 형성하도록 적응되며 부직포 층(102)의 실질적으로 전체 길이 또는 폭에 걸쳐 연장하지 않는 짧은 또는 촘촘한 섬유 또는 필라멘트를 포함할 수 있다. 망(114)은 기계적으로 서로 접합되는 혼합되고 얽힌 불연속 섬유들(116)의 망을 포함할 수 있다. 즉, 불연속 섬유들(116)은 섬유 층(104)의 망(114)을 형성하는 다른 불연속 섬유들(116)과 기계적으로 꼬이고 서로 맞물릴 수 있다.
예시적인 실시예에서, 섬유 층(104)의 불연속 섬유들(116)은 탄소질 재료를 포함하거나 탄소질 재료로 만들어진다. 예들로서, 섬유 층(104)의 불연속 섬유들(116)은 예를 들어, 탄소 나노 튜브들, 그래핀 플레이트렛(graphene platelet)들, 탄소 위스커(whisker)들, 초핑된 탄소 섬유들(chopped carbon fibers), 분쇄된(milled) 탄소 섬유들 및 탄소 나노 섬유들을 제한 없이 포함하는 다양한 적합한 재료들로부터 선택될 수 있다. 일례로, 탄소 나노 튜브는 단일 벽 나노 튜브들(SWNT: single wall nanotubes), 이중 벽 나노 튜브들(DWNT: double wall nanotubes) 또는 다른 다중 벽 나노 튜브들(MWNT: multi-wall nanotubes)일 수 있다. 탄소의 다양한 다른 동소체(allotrope)들이 또한 고려된다.
탄소질 재료는 부직포 층(102)의 열가소성 연속 섬유들(110)과 비교할 때, 섬유 개질 중간층(100)에 증가된 전기 도전성 및 개선된 강성을 제공한다. 따라서 섬유 층(104)의 강성의 도전성 불연속 섬유들(116)의 조합은 부직포 층(102)의 열가소성 연속 섬유들(110)에 도전성을 부여함으로써, 섬유 개질 중간층(100)을 사용하여 제조된 복합 구조물이 접지되게 할 수 있고, 전자기 영향(EME: electromagnetic effect)들을 소멸시키고 그리고/또는 예컨대, 낙뢰 중에 에지 글로우를 막기 위해 복합 구조물의 하전을 감소시키거나 없애게 할 수 있다.
또한, 섬유 층(104)의 불연속 섬유들(116)의 재료들의 기계적 특성들은 부직포 층(102)의 기계적 특성들, 예를 들어 강성을 개선하거나 향상시킴으로써, 상승된 온도들에서 섬유 개질 중간층(100)을 사용하여 제조된 복합 구조물의 잠재적인 특성 손실의 일부를 상쇄(예를 들어, 복합 특성 보유를 개선)할 수 있다.
또 다른 예시적인 실시예들에서, 섬유 층(104)의 불연속 섬유들(116)은 또한 제지 공정과 호환 가능한 임의의 타입의 섬유질 재료들 중에서 선택될 수 있다. 예들로서, 섬유 층(104)의 불연속 섬유들(116)은 예를 들어, 나노 셀룰로오스 섬유들, 폴리아라미드(예컨대, Kevlar®) 섬유들 및 금속 섬유들을 제한 없이 포함할 수 있다.
섬유 층(104)의 불연속 섬유들(116) 각각은 예를 들어, 섬유 개질 중간층(100) 및 결과적인 복합 재료에 대한 특정 용도에 따라 임의의 크기 및/또는 기하학적 구조를 가질 수 있다. 일례로, 섬유 층(104)을 구성하는 불연속 섬유들(116)은 적어도 약 5 마이크로미터(㎛)의 중간 길이를 가질 수 있다. 다른 예로서, 섬유 층(104)을 구성하는 불연속 섬유들(116)은 적어도 약 0.05 밀리미터(㎜)의 중간 길이를 가질 수 있다. 다른 예로서, 섬유 층(104)을 구성하는 불연속 섬유들(116)은 적어도 약 0.1 ㎜의 중간 길이를 가질 수 있다. 다른 예로서, 섬유 층(104)을 구성하는 불연속 섬유들(116)은 적어도 약 0.2 ㎜ 내지 적어도 약 0.5 ㎜의 중간 길이를 가질 수 있다. 다른 예로서, 섬유 층(104)을 구성하는 불연속 섬유들(116)은 적어도 약 0.5 ㎜ 내지 적어도 약 1 ㎜의 중간 길이를 가질 수 있다. 다른 예로서, 섬유 층(104)을 구성하는 불연속 섬유들(116)은 적어도 약 1 ㎜ 내지 적어도 약 5 ㎜의 중간 길이를 가질 수 있다. 일례로, 섬유 층(104)을 구성하는 불연속 섬유들(116)은 약 1 나노미터(㎚) 내지 약 50 ㎚의 직경을 가질 수 있다. 다른 예로서, 섬유 층(104)을 구성하는 불연속 섬유들(116)은 약 5 ㎚ 내지 약 10 ㎚의 직경을 가질 수 있다.
도 2에 예시된 바와 같이, 섬유 층(104)을 형성하는 불연속 섬유들(116)의 망(114)은 부직포 층(102)을 형성하는 연속 섬유들(110)의 구조(112)의 대향 표면들 상에 쌓아 올려지거나 형성되고 이에 접합(예를 들어, 기계적으로 접합)된다. 일례로, 불연속 섬유들(116)의 망(114)을 형성할 때, 불연속 섬유들(116)의 제1 부분은 부직포 층(102)의 적어도 하나의 표면을 형성하는 연속 섬유들(110)의 적어도 일부에 기계적으로 접합될 수 있고(예를 들어, 이와 함께 꼬이고 맞물릴 수 있고), 불연속 섬유들(116)의 제2 부분은 불연속 섬유들(116)의 제1 부분에 기계적으로 접합될 수 있다(예를 들어, 이와 함께 꼬이고 맞물릴 수 있다). 예시적인 실시예에서, 섬유 층(104)은 부직포 층(102)에 접합된 불연속 섬유(116)의 임의로 배향된, 균등하게 분포된 망(114)을 포함한다.
섬유 층(104)의 밀도는 다양한 인자들, 예를 들어 그리고 제한 없이, 부직포 층(102)의 재료 조성, 섬유 개질 중간층(100)의 의도된 적용, 섬유 개질 중간층(100)을 사용하여 제조된 복합 부재 또는 구조물의 의도된 적용 등에 좌우될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 섬유 층(104)은 부직포 층(102)의 중량의 약 0.1% 내지 약 10%일 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 섬유 층(104)은 부직포 층(102)의 중량의 약 0.1% 내지 약 5%일 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 섬유 층(104)은 부직포 층(102)의 중량의 약 0.25% 내지 약 2.5%일 수 있다. 일례로, 섬유 층(104)의 기본 중량은 약 0.1 gsm(grams per square meter) 내지 약 2 gsm일 수 있다. 기본 중량은 섬유 층(104)의 두께에 의해 맞춰질 수 있다. 섬유 층(104)의 두께는 예를 들어, 코팅 속도, 섬유 슬러리(206)(도 3)의 농도 및/또는 분산액(208)(예를 들어, 용매)(도 3)의 선택에 좌우될 수 있다. 섬유 층(104)의 균일성은 예를 들어, 불연속 섬유들(116)의 분산 품질 및 응집체 크기에 좌우될 수 있다. 일례로, 섬유 층(104)의 두께는 약 0.1㎛ 내지 약 10㎛의 범위에 맞춰질 수 있다. 부직포 층(102)(예를 들어, 부직포(202))의 저항은 예를 들어, 섬유 층(104)의 두께에 기초하여 약 50 ohm/square 내지 약 3,000 ohm/square의 범위로 맞춰질 수 있다.
예시적인 실시예에서, 섬유 층(104)의 불연속 섬유들(116)의 적어도 일부는 부직포 층(102)의 두께에 걸쳐 적어도 부분적으로 산재(intersperse)될 수 있다. 즉, 불연속 섬유들(116)의 적어도 일부는 부직포 층(102)의 구조(112)를 형성하는 연속 섬유들(110)의 적어도 일부와 기계적으로 꼬이고 맞물릴 수 있다.
도 3은 섬유 개질 중간층(100)을 제조하기 위한 장치(200) 및 프로세스의 예시적인 실시예의 개략적인 예시이다. 도 4는 섬유 개질 중간층(100)을 제조하기 위한 개시된 방법(300)의 예시적인 실시예의 흐름도이다. 예시적인 실시예에서는, 수정된 제지 공정이 섬유 개질 중간층(100)을 제조하는 데 사용될 수 있다. 즉, 불연속 섬유들(116)이 분산액(208)에서 부유된다. 부직포(202)가 분산액을 통과할 때, 불연속 섬유들(116)이 부직포(202) 상에 형성되어 부직포(202)에 접합된다.
블록(302)(도 4)에 도시된 바와 같이, 부직포(202)의 연속 시트가 예를 들어 공급 롤(204) 상에 제공된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 재료의 "연속 시트"라는 용어는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 공지된 그 통상의 의미를 가지며, 시트의 폭보다 엄청나게 더 큰 규모인 길이를 갖는 세장형 시트를 포함할 수 있다. 이를테면, 스펀본디드, 스펀레이스드 또는 메시 직물 형태의 부직포(202)는 다양한 소스들로부터 상업적으로 입수 가능할 수 있다.
블록(304)(도 4)에 도시된 바와 같이, 불연속 섬유들(116)과 분산액(208)의 슬러리(206)가 저장 또는 혼합 탱크(210)에 제공, 예를 들면 포함된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "슬러리"라는 용어는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 공지된 그 통상의 의미를 가지며, 분산액(208)에 부유된 불연속 섬유들(116)의 유체 혼합물 또는 현탁액을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 분산액(208)은 물이다. 선택적으로, 분산액(208)은 또한 분산액(208) 내의 불연속 섬유들(116)의 분산 및 부유를 개선하고 안정화하기 위한 하나 또는 그보다 많은 화합물들을 포함할 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 분산액(208)은 불연속 섬유들(116)을 분산시키고 부유시키기 위한 다른 비-용매화(non-solvating) 액체들을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "비-용매화"라는 용어는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 공지된 그 통상의 의미를 가지며, 본질적으로 불연속 섬유들(116)과 비-반응성이고 불연속 섬유들(116)이 본질적으로 불용성인 액체 형태의 화합물들을 포함한다.
또 다른 예시적인 실시예에서, 분산액(208)은 섬유 층(104)을 형성하는 불연속 섬유들(116) 및 습식(wet-laid) 망(114)의 분산, 형성 또는 탈수를 유지하기 위해 하나 또는 그보다 많은 계면 활성제들(예컨대, 분산제들 및 응집 방지제(anti-flocculant)들)을 선택적으로 포함할 수 있다.
일반적으로, 불연속 섬유들(116)은 당해 기술분야에서 공지된 바와 같이, 하나 또는 그보다 많은 교반 또는 분산 디바이스들을 사용하는 혼합 조건들 하에서 일정량의 분산액(208)에 첨가된다. 슬러리(206)는 부직포(202)가 슬러리(206)를 거쳐 뽑혀 나올 때 부직포(202)의 표면들을 적절하게 덮기에 충분히 높은 불연속 섬유들(116)의 농도를 갖는다. 그러나 슬러리(206)는 또한, 부직포(202)가 슬러리(206)를 거쳐 뽑혀 나올 때 부직포(202)를 찢어지게 하거나 아니면 비틀어지거나 손상시키지 않도록 충분히 낮은 불연속 섬유들(116)의 두께 또는 농도를 갖도록 구성된다. 일례로, 분산액(208)에서의 불연속 섬유들(116)의 농도는 약 0.05 g/L(gram per liter) 내지 약 5 g/L일 수 있다. 다른 예로서, 슬러리(206) 내의 불연속 섬유들(116)의 중량%는 약 0.005 wt% 내지 약 0.5 wt%일 수 있다.
블록(306)(도 4)에 도시된 바와 같이, 부직포(202)가 슬러리(206)를 거쳐 뽑혀 나온다. 일례로, 부직포(202)는 공급 롤(204)에 의해 공급되거나 공급 롤(204)로부터 풀릴 수 있다. 예시적인 실시예에서, 복수의 가이드 롤러들(212) 또는 풀러(puller)들은 공급 롤(204)로부터 슬러리(206)로 부직포(202)를 뽑아내고 부직포(202)를 연속적으로 슬러리(206)에 통과시키도록 구성된다. 부직포(202)는 다공성이다. 일례로, 연속 섬유들(110)의 구조(112)는 부직포(202)가 슬러리(206)를 통과할 때 분산액(208)으로부터 불연속 섬유들(116)을 여과하도록 구성된다. 이 예에서, 부직포(202)는 비교적 낮은 장력 하에서 끌어당겨진다. 부직포(202)에 가해지는 장력은, 부직포(202)가 슬러리(206)를 거쳐 뽑혀 나올 때 부직포(202)를 찢어지게 하거나, 비틀어지게 하거나 아니면 손상시키지 않도록 부직포(202)의 중량 및/또는 강도를 기초로 적절하게 선택될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 부직포(202)는 (명시적으로 예시되지 않은) 연속적인 다공성 벨트 상에 지지되어 슬러리(206)를 거쳐 운반된다. 이 예에서, 슬러리(206)를 거쳐 부직포(202)를 운반하는 벨트는 벨트와 접촉하는 부직포(202)의 표면 상에서 불연속 섬유들(116)의 접합 또는 섬유 층(104)의 형성을 저해하거나 아니면 방해하지 않도록 구성될 수 있다. 일례로, 부직포(202)의 재료의 가요성 및 경량 성질로 인해, 부직포(202)가 슬러리(206)를 거쳐 뽑혀 나올 때 부직포(202)는 벨트와 일정하게 긴밀히 접촉하지 않을 수 있으며, 이에 따라 분산액(208)에서 부유되는 불연속 섬유들(116)이 다공성 부직포(202)를 통해 여과되게 할 수 있다. 다른 예로서, 벨트의 다공성은 분산액(208)으로부터 불연속 섬유들(116)을 여과하지 않고 불연속 섬유들(116)이 부직포(202)와 접촉하여 접합하기 위해 다공성 벨트를 통과하게 하도록 구성된다. 예들로서, 다공성 벨트는 복수의 개구들, 메시 또는 스크린을 갖는 이송 벨트일 수 있다.
장치(200) 및 방법(300)의 처리 라인 속도는 예를 들어, 제조 환경, 부직포(202)(도 3) 상에 형성된 섬유 층(104)의 두께, 슬러리(206)(도 3)의 점도, 부직포(202)의 강도 등에 따라 달라질 수 있다. 처리 속도는 스루풋을 최대화하기 위해, 예를 들어 위의 인자들에 기초하여 가능한 한 빠르게 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 처리 속도는 약 6 in/min 내지 약 10 ft/min일 수 있다.
블록(308)(도 4)에 도시된 바와 같이, 부직포(202) 상에 불연속 섬유들(116)의 망(114)이 형성된다. 일례로, 부직포(202)가 슬러리(206)를 통과할 때, 분산액(208)에 부유된 불연속 섬유들(116)은 다공성 부직포(202)를 통해 여과된다. 불연속 섬유들(116)이 부직포(202)에 의해 여과될 때, 불연속 섬유들(116)은 부직포(202)의 표면들(예를 들어, 최상부 표면(106) 및 최하부 표면(108))(도 1)에 접합(예컨대, 기계적으로 접합)되어, 부직포(202)의 연속 섬유들(110)의 구조(112) 상에 그리고 적어도 부분적으로는 이에 걸쳐 불연속 섬유들(116)의 망(114)을 쌓아 올린다. 불연속 섬유들(116)의 쌓아 올려진 망(114)은 부직포 층(102) 상에 섬유 층들(104)을 형성한다(도 2).
블록(310)(도 4)에 도시된 바와 같이, 선택적으로, 열 및/또는 압력 중 적어도 하나가 섬유 개질 중간층(100)에 인가될 수 있다. 섬유 개질 중간층(100)(예를 들어, 부직포(202)와 불연속 섬유들(116)의 조합)으로의 압력 및/또는 열의 인가는 추가로 불연속 섬유들(116)을 부직포(202) 사이에 산재시켜 이와 일체화시키고, 분산액(208)의 임의의 초과량들을 제거함으로써 섬유 개질 중간층(100)을 건조시키고, 예컨대 불연속 섬유들(116)을 부직포(202)와 함께 접합하여 섬유 개질 중간층(100)을 강화할 수 있다. 일례로, 부직포(202)가 슬러리(206)를 통과할 때 부직포(202) 상에 불연속 섬유들(116)을 쌓아 올린 다음, 섬유 개질 중간층(100)은 히터(214) 및/또는 한 쌍의 가압 롤러들(216) 중 적어도 하나를 통과할 수 있다.
블록(312)(도 4)에 도시된 바와 같이, 섬유 개질 중간층(100)이 형성된다. 일례로, 예를 들어, 건조된 섬유 개질 중간층(100)의 연속 시트가 예를 들어, 복합 재료의 제조시의 추가 사용까지 권취(take-up) 제품 롤(218)에 감겨 보관된다.
다른 예시적인 실시예에서, 부직포(202)는 불연속 섬유들(116)의 슬러리(206) 및 분산액(208) 내에 침지 코팅될 수 있다. 일례로, 부직포(202)가 슬러리(206)에 침지될 때, 분산액(208)에 부유된 불연속 섬유들(116)은 다공성 부직포(202)를 통해 여과된다. 불연속 섬유들(116)이 부직포(202)에 의해 여과될 때, 불연속 섬유들(116)은 부직포(202)의 표면들(예를 들어, 최상부 표면(106) 및 최하부 표면(108))(도 1)에 접합(예컨대, 기계적으로 접합)되어, 부직포(202)의 연속 섬유들(110)의 구조(112) 상에 그리고 적어도 부분적으로는 이에 걸쳐 불연속 섬유들(116)의 망(114)을 쌓아 올린다. 불연속 섬유들(116)의 쌓아 올려진 망(114)은 부직포 층(102) 상에 섬유 층들(104)을 형성한다(도 2). 이 실시예에서는, 선택적으로, 섬유 개질 중간층(100)이 슬러리(206)로부터 뽑혀 나온 후에 열 및/또는 압력 중 적어도 하나가 섬유 개질 중간층(100)에 인가될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 부직포(202)는 예를 들어, 맨드렐(mandrel) 상에 레이업되고 불연속 섬유들(116)로 분무 코팅될 수 있다. 일례로, 불연속 섬유들(116)은 부직포(202)의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면들에 직접 분무될 수 있다. 다른 예로서, 불연속 섬유들(116)의 슬러리(206) 및 분산액(208)이 부직포(202)의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면들에 분무될 수 있다. 불연속 섬유들(116)이 부직포(202) 상에 분무될 때, 불연속 섬유들(116)은 부직포(202)의 적어도 하나의 표면(예를 들어, 최상부 표면(106) 및/또는 최하부 표면(108))(도 1)에 접합(예컨대, 기계적으로 접합)되어, 부직포(202)의 연속 섬유들(110)의 구조(112) 상에 그리고 적어도 부분적으로는 이에 걸쳐 불연속 섬유들(116)의 망(114)을 쌓아 올린다. 불연속 섬유들(116)의 쌓아 올려진 망(114)은 부직포 층(102) 상에 섬유 층들(104)을 형성한다(도 2). 이 실시예에서는, 선택적으로, 섬유 개질 중간층(100)이 분무된 후에 열 및/또는 압력 중 적어도 하나가 섬유 개질 중간층(100)에 인가될 수 있다.
불연속 섬유들(116)을 도포하고 섬유 층(104)을 형성하는 다른 방법들이 또한 고려된다. 다른 예시적인 실시예로서, 불연속 섬유들(116)은 정전기 코팅 공정에 의해 부직포(202)의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면들에 도포될 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예로서, 불연속 섬유들(116)은 전기 영동 증착 공정에 의해 부직포(202)의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면들에 도포될 수 있다.
개시된 섬유 개질 중간층(100)은 중간층 강화 보강 직물을 형성하는 데 사용될 수 있으며, 그 후 중간층 강화 보강 직물은 원하는 구성을 갖는 복합 부재 또는 구조물을 형성하는 데 사용되는 프리폼으로서 사용될 수 있다. 섬유 개질 중간층(100), 예를 들어 열가소성 연속 섬유들(110)의 부직포 층(102)은 복합 부재의 내충격성 증가 및 개선된 파괴 인성을 제공한다. 또한, 섬유 개질 중간층(100), 예컨대 강성의 도전성 불연속 섬유들(116)의 섬유 층(104)은 예를 들어, 상승된 온도들에서 복합 부재의 전기 도전성 증가 및 개선된 강성을 제공한다.
도 5는 섬유 개질 중간층(100)을 사용하여 형성된 개시된 중간층 강화 보강 직물(400)의 일 실시예의 단면의 개략적인 부분 측면도이다. 이 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물(400)은 단방향성 직물이다. 중간층 강화 보강 직물(400)은 보강층(402)과 섬유 개질 중간층들(100)의 교호 층들을 포함한다. 본 명세서에서 앞서 설명한 바와 같이, 각각의 섬유 개질 중간층(100)은 부직포 층(102) 및 섬유 층들(104)(도 1)을 포함한다. 섬유 개질 중간층들(100)은 보강층들(402) 사이에 배치되어 이들에 접합(예를 들어, 편물 스티치)된다.
예시적인 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물(400)은 하나의 보강층(402)과 2개의 섬유 개질 중간층들(100)을 포함한다. 보강층(402)은 대향하는 섬유 개질 중간층들(100) 사이에 샌드위치된다. 예시적인 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물(400)의 외부(예컨대, 최외측) 표면들은 섬유 개질 중간층들(100)로 형성된다. 그러나 다른 실시예들에서, 중간층 강화 보강 직물(400)의 하나의 외부 표면은 보강층(402)으로 형성될 수 있다.
중간층 강화 보강 직물(400)은 다양한 치수들을 갖는 프리폼을 생산하도록 제조될 수 있다. 일례로, 중간층 강화 보강 직물(400)로부터 생산된 프리폼은 약 12 인치(in) 내지 300 인치 길이 및 적어도 약 50 인치 폭일 수 있다.
보강층(402)은 보강 재료로 만들어진 구조용 토우들(404)을 포함하거나 이들로 제조된다. 일례로, 보강층(402)은 서로 일반적으로 평행하게 배열된 복수의 단방향 토우들(404)을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "토우"라는 용어는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 공지된 그 통상의 의미를 가지며, 연속 필라멘트들(406)의 꼬이지 않은 번들을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "단방향성"이라는 용어는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 공지된 그 통상의 의미를 가지며, 단일 배향 또는 방향으로 배열되는 보강 토우들(예컨대, 연속 필라멘트들 또는 섬유들)을 포함할 수 있다. 토우들(404)은 또한 멀티 필라멘트 토우 또는 멀티 필라멘트 방적사들로 지칭될 수 있다. 일례로, 각각의 토우(404)는 약 1000개 내지 약 100,000개의 필라멘트들(406)로 구성될 수 있다. 일례로, 각각의 토우(404)는 약 12,000개 내지 약 24,000개의 필라멘트들(406)로 구성될 수 있다. 그러나 다른 예들에서, 토우들(404)의 크기는 특정 용도들에 적합하도록 필요에 따라 변경될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "필라멘트"라는 용어는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 공지된 그 통상의 의미를 가지며, 복합 재료들의 보강을 위해 보강층(402)에 적응된 하나 또는 그보다 많은 섬유질 재료들을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "연속 필라멘트"라는 용어는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 공지된 그 통상의 의미를 가지며, 연관된 보강층(402)의 실질적으로 전체 길이 또는 폭에 걸쳐 연장하는 세장형 필라멘트(예를 들어, 세장형 섬유질 재료)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 보강층(402)을 형성하는 토우들(404)은 단일 배향 또는 방향으로 서로에 대해 평행하게 배열된다. 따라서 보강층(402)의 배향 또는 방향은 토우들(404)의 배향 또는 방향에 의해 정해질 수 있다. 일례로, 토우들(404)은 단일 배향 또는 방향으로 배열된 연속 필라멘트들(406)의 시트를 형성하도록 서로 벌어지고 서로에 대해 포지셔닝되어 보강층(402)을 형성한다.
토우들(404)(예를 들어, 연속 필라멘트들(406))은 보강재로 제조된다. 예시적인 실시예에서, 보강층(402)의 토우들(404)은 탄소 섬유를 포함하거나 탄소 섬유로 제조된다. 즉, 보강재는 탄소이고, 멀티 필라멘트 보강 토우들(404)을 형성하는 연속 필라멘트들(406)은 연속적인 탄소 필라멘트들이다. 다른 예시적인 실시예들에서, 토우들(404)은 예를 들어, 유리 섬유, 아라미드 섬유 등을 제한 없이 포함할 수 있다. 토우들(404)을 위한 다른 보강 재료들이 또한 고려된다.
예시적인 실시예에서, 섬유 개질 중간층들(100)은 편물 실(408)로 보강층들(402)에 스티치(예를 들어, 편물 스티치 또는 재봉)되어 섬유 개질 중간층들(100)과 보강층(402)을 함께 고정한다. 실(408)은 교호하는 방향들로 섬유 개질 중간층들(100) 및 보강층(402)을 거쳐 연장하여 중간층 강화 보강 직물(400)을 안정화하고 예컨대, 레이업 공정 동안 그리고/또는 매트릭스 재료의 주입 동안 보강층(402)(예를 들어, 토우들(404))의 배향을 제자리에 유지한다. 일례로, 스티칭(참조 번호 408로 통칭하여 또한 지칭되는 편물 실의 각각의 스티치)은 섬유 개질 중간층들(100) 중 하나 이상을 보강층(402)에 연결할 수 있다.
스티칭(408)은 보강층(402), 섬유 개질 중간층(100), 편물 실(408) 등의 성질에 따라 다양한 패턴들, 밀도들 및/또는 스티치 길이들일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 편물 실(408)은 트리코(tricot) 스티치를 형성할 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에서는, 예를 들어, 로크 스티치, 체인 스티치, 지그재그 편물 스티치 등을 제한 없이 포함하는 다른 스티치 패턴들이 사용될 수 있다.
실(408)은 예컨대, 폴리에스테르, 폴리에스테르-폴리아릴레이트(예컨대, Vectran®), 폴리아라미드(예컨대, Kevlar®), 폴리벤조옥사졸(예컨대, Zylon®), 비스코스(예컨대, Rayon®), 아크릴, 폴리아미드, 탄소, 유리, 섬유유리, 아라미드 등을 제한 없이 포함하는, 다양한 두께들의 다양한 적합한 재료들 중에서 선택될 수 있다.
도 6은 예컨대, 도 5에 예시된 중간층 강화 보강 직물(400)을 사용하여 형성된 복합 구조물(150)의 일 실시예의 개략적인 사시도이다. 중간층 강화 보강 직물(400)은 프리폼(410)(예컨대, 단방향성 프리폼)으로서 사용될 수 있다. 일례로, 프리폼(410)은 보강층(402)을 포함하는데, (제1 섬유 개질 중간층(100A) 및 제2 섬유 개질 중간층(100B)으로서 개별적으로 식별되는) 섬유 개질 중간층들(100)이 보강층(402) 외부에 배치되고 (예를 들어, 편물 실(408)로) 스티치되어 보강층(402)과 섬유 개질 중간층들(100)을 함께 부착하고 중간층 강화 보강 직물(400)을 형성하여 안정화한다. 일반적으로, 각각의 프리폼(410)은 하나의 보강층(402)을 갖지만, 프리폼(410)은 더 많은 보강층들(402)을 가질 수 있다. 즉, 중간층 강화 보강 직물(400)은 이들이 교호하는 섬유 개질 중간층(100)/보강층(402)/섬유 개질 중간층(100) 배열을 형성하도록 적층될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 프리폼(410)은 중간층 강화 보강 직물(400)의 복수의 층들 또는 스택을 포함할 수 있다. 일례로, 일반적으로, 각각의 프리폼(410)은 중간층 강화 보강 직물(400)의 4개 또는 그보다 많은 층들을 갖는다. 즉, 중간층 강화 보강 직물(400)의 층들은 이들이 교호하는 섬유 개질 중간층(100)/보강층(402)/섬유 개질 중간층(100)/섬유 개질 중간층(100)/보강층(402)/섬유 개질 중간층(100) 등의 배열을 형성하도록 적층될 수 있다. 이 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물(400)의 각각의 층은 동일한 방향으로 배향될 수 있다. 선택적으로, 섬유 개질 중간층(100)이 레이업의 외부 표면을 형성할 때, (명시적으로 예시되지 않은) 다른 보강층이 그 섬유 개질 중간층(100) 위에 배치될 수 있다.
도 7은 예컨대, 하나의 보강층(402)과 2개의 섬유 개질 중간층들(100)(도 5 및 도 6)을 갖는 중간층 강화 보강 직물(400)을 제조하기 위한 장치(500) 및 프로세스의 예시적인 실시예의 개략적인 예시이다. 도 8은 중간층 강화 보강 직물(400)을 제조하기 위한 개시된 방법(600)의 예시적인 실시예의 흐름도이다.
블록(602)(도 8)에 도시된 바와 같이, 보강층(402)이 제공된다. 일례로, 단방향 토우들(404)은 예컨대, 연속 필라멘트들(406)의 다수의 스풀(spool)들을 포함하는 하나 또는 그보다 많은 크릴(creel)들(502)로부터 뽑아져 스프레더(504)에 공급될 수 있다. 스프레더(504)는 토우들(404)의 연속 필라멘트들(406)의 번들들을 펼쳐, 예컨대 펼쳐진 토우들(506)을 형성하고 보강층(402)을 형성하도록 구성된다. 토우들(404)은 원하는 폭으로 펼쳐지며 보강층(402)에 대한 원하는 배향으로 배치된다.
블록(604)(도 8)에 도시된 바와 같이, 복수(예를 들어, 2개)의 섬유 개질 중간층들(100)이 제공된다. 일례로, 섬유 개질 중간층들(100)은 본 명세서에서 상기에 기술되고 도 3 및 도 4에 예시된 프로세스에 따라 제공될 수 있다.
블록(606)(도 8)에 도시된 바와 같이, 보강층(402)과 섬유 개질 중간층들(100)은 교호 구성으로 배치되거나 배열된다. 예시적인 실시예에서는, 2개의 섬유 개질 중간층들(100)(예를 들어, 제1 섬유 개질 중간층(100A) 및 제2 섬유 개질 중간층(100B))이 제1 섬유 개질 중간층(100A)과 제2 섬유 개질 중간층(100B) 사이에 샌드위치된 보강층(402)과 함께 적층된다.
그러나 다른 실시예들에서는, 더 많거나 더 적은 보강층들(402) 및/또는 섬유 개질 중간층들(100)이 제공될 수 있다. 어떤 경우들에는, (명시적으로 예시되지 않은) 추가 섬유 개질 중간층들(100) 및/또는 추가 보강층들(402)이 또한 중간층 강화 보강 직물(400)의 최상부 및/또는 최하부에 제공될 수 있다.
보강층(402)과 섬유 개질 중간층들(100)은 함께 접합되거나 아니면 함께 고정된다. 블록(608)(도 8)에 도시된 바와 같이, 보강층들(402)과 섬유 개질 중간층들(100)이 편물 실(408)로 함께 스티치된다(도 5). 도 7에 예시된 실시예에서, 보강층(402)과 섬유 개질 중간층들(100)은 닙(nip) 롤러들(508) 사이로 닙을 통과할 수 있다. 그런 다음, 보강층(402)과 섬유 개질 중간층들(100)은 중간층 강화 보강 직물(400)에 스티치들(408)을 형성하는 편물 유닛(510)에 의해 처리될 수 있다.
블록(610)(도 8)에 도시된 바와 같이, 중간층 강화 보강 직물(400)이 형성된다. 일례로, 중간층 강화 보강 직물(400)은 도 6에 예시된 바와 같이, 복합 구조물(150)의 제조시 프리폼(410)으로서 사용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 예시적인 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물(400)은 원하는 구성을 갖는 복합 구조물(150)(예를 들어, 복합 적층판)을 형성하는 데 사용되는 프리폼(410)으로서 사용될 수 있다.
일례로, 프리폼(410)은 몰드(414)의 표면 상에 배치되고, 예를 들어 액체 성형 공정에서 매트릭스 재료(416)(예를 들어, 열경화성 수지)가 주입된 다음, 몰드(414)에서 가열되어 매트릭스 재료(416)를 교질화(gel)하고 설정한다. 섬유 개질 중간층들(100)은 가볍고 다공성이어서, 이로써 보강층(402)의 변형을 최소화하고 보강층(402)의 주입 동안 섬유 개질 중간층들(100)을 통한 매트릭스 재료(416)의 흐름의 저항을 감소시킬 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 프리폼(410)은 단방향성 건식 프리폼인데, 즉 중간층 강화 보강 직물(400)에 매트릭스 재료가 존재하지 않는다.
일례로, 중간층 강화 보강 직물(400)의 원하는 수의 층들(예를 들어, 프리폼(410)을 형성하는 원하는 수의 보강층들(402) 및 섬유 개질 중간층들(100))이 몰드(414)의 표면 상에서 원하는 배향들로 조립되었다면, 당해 기술분야에 공지된 다양한 액체 성형 공정을 사용하여 완성된 복합 구조물(150)로 복합 적층판이 형성될 수 있다. 이러한 방법들은 예컨대, 진공 보조 수지 전달 성형(VARTM: vacuum-assisted resin transfer molding)을 포함한다. VARTM에서, 진공 백이 프리폼(410) 위에 배치되고, 매트릭스 재료(416)(예를 들어, 수지)가 진공 발생 차압을 사용하여 프리폼(410)에 주입된다. 이어서, 복합 적층판이 오토클레이브, 오븐 등에 배치되고 가열되어 수지를 경화시킬 수 있다.
다른 예에서는, 진공 백이 프리폼(410) 위에 배치되고, 매트릭스 재료(416)(예를 들어, 수지)가 진공 백 주위의 진공 챔버 및 프리폼(410) 주위의 진공 백의 이중 진공 챔버를 활성화시키기에 충분히 감소된 압력으로 오토클레이브에 배치된 상태로 진공 백 아래의 프리폼(410)에 주입된다.
다른 액상 성형 공정들은 수지 이송 성형(RTM: resin transfer molding) 및 수지 필름 주입(RFI: resin film infusion)을 포함한다. RTM에서는, 수지가 밀폐된 몰드에서 압력 하에 프리폼(410)으로 주입된다. RFI에서는, 반고체 수지가 프리폼(410) 밑에 또는 위에 배치되고, 복합 적층판 위에 툴이 포지셔닝된다. 이어서, 복합 적층판이 진공 백에 넣어지고 오토클레이브에 배치되어 반고체 수지를 녹여, 반고체 수지가 프리폼(410)에 주입되게 한다.
도 9는 섬유 개질 중간층(100)을 사용하여 형성된 개시된 중간층 강화 보강 직물(450)의 다른 실시예의 단면의 개략적인 부분 측면도이다. 이 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물(450)은 다축 직물일 수 있다. 중간층 강화 보강 직물(450)은 보강층들(402)과 섬유 개질 중간층들(100)의 교호 층들을 포함한다. 본 명세서에서 앞서 설명한 바와 같이, 각각의 섬유 개질 중간층(100)은 부직포 층(102) 및 섬유 층들(104)(도 1)을 포함한다. 섬유 개질 중간층들(100)은 보강층들(402) 사이에 배치되어 이들에 접합(예를 들어, 편물 스티치)된다. 일례로, 중간층 강화 보강 직물(450)은 중간층 강화 보강 직물(400)(도 5)의 복수의 층들을 적층 구성으로 포함한다.
예시적인 실시예에서는, 중간층 강화 보강 직물(450)은 중간층 강화 보강 직물(400)(도 5)의 4개의 층들을 포함한다. 즉, 중간층 강화 보강 직물(450)은 4개의 보강층들(402) 및 8개의 섬유 개질 중간층들(100)을 포함하며, 보강층들(402) 중 인접한 보강층들 사이에 섬유 개질 중간층들(100)의 쌍들이 배치된다. 그러나 중간층 강화 보강 직물(450)은 다른 수들 및/또는 구성들의 보강층들(402) 및 섬유 개질 중간층들(100)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 중간층 강화 보강 직물(450)은 4개 또는 그보다 많은 보강층들(402)을 포함하는데, 보강층들(402) 중 인접한 보강층들 사이에 2개의 섬유 개질 중간층들(100)이 배치된다. 그러나 다른 예시적인 실시예들에서, 중간층 강화 보강 직물(450)은 2개 내지 16개 또는 그보다 많은 보강층들(402)을 포함할 수 있는데, 보강층들(402) 중 인접한 보강층들 사이에 섬유 개질 중간층들(100)이 배치된다. 일례로, 중간층 강화 보강 직물(450)은 복수의 보강층들(402)을 포함할 수 있는데, 보강층들(402) 중 인접한 보강층들 사이에 하나의 섬유 개질 중간층(100)이 배치된다. 다른 예로서, 중간층 강화 보강 직물(450)은 복수의 보강층들(402)을 포함할 수 있는데, 보강층들(402) 중 인접한 보강층들 사이에 3개의 섬유 개질 중간층들(100)이 배치된다.
마찬가지로, 예시적인 실시예에서는, 중간층 강화 보강 직물(450)의 적어도 하나의 외부(예컨대, 최외측) 표면이 섬유 개질 중간층(100)으로 형성된다. 일례로, 다양한 실시예들은 각각의 보강층(402) 사이 그리고/또는 스택 외부의 대응하는 섬유 개질 중간층들(100)과 함께 2개 또는 그보다 많은 보강층들(402)을 포함할 수 있다. 그러나 다른 예시적인 실시예들에서는, 중간층 강화 보강 직물(450)의 한쪽 또는 양쪽 외부 표면들이 보강층(402)으로 형성될 수 있다.
추가로, 다양한 섬유 개질 중간층들(100) 및 보강층들(402)은 상이한 두께들, 상이한 재료 조성들 등을 가질 수 있다.
예시적인 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물(400)은 다축 비-크림프(non-crimp) 직물이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "비-크림프 직물"이라는 용어는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 공지된 그 통상의 의미를 가지며, 보강 토우들(예컨대, 연속 필라멘트들 또는 섬유들)의 다수의 층들이 서로 레이업(예컨대, 적층)되고, 연속 토우들이 상당한 크림프 없이 똑바르게 유지되도록, 스티칭에 의해 또는 선택적으로 바인더의 도포에 의해 직물로 변형되는 직물들을 포함할 수 있다.
중간층 강화 보강 직물(450)은 다양한 치수들을 갖는 프리폼을 생산하도록 제조될 수 있다. 일례로, 중간층 강화 보강 직물(450)로부터 생산된 프리폼은 약 12 인치(in) 내지 300 인치 길이 및 적어도 약 50 인치 폭일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 보강층들(402) 각각을 형성하는 토우들(404)은 단일 배향 또는 방향으로 서로에 대해 평행하게 배열된다. 따라서 각각의 보강층(402)(또는 중간층 강화 보강 직물(450)을 형성하는 중간층 강화 보강 직물(400)의 각각의 층)의 배향 또는 방향은 토우들(404)의 배향 또는 방향에 의해 정해질 수 있다.
예시적인 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물(400)의 층들은 실(452)로 서로 스티치(예를 들어, 날실 스티치 또는 재봉)되어 중간층 강화 보강 직물(400)의 층들을 고정한다. 실(452)은 교호하는 방향들로 섬유 개질 중간층들(100) 및 보강층들(402)을 거쳐 연장하여 중간층 강화 보강 직물(450)을 안정화하고 예컨대, 레이업 공정 동안 그리고/또는 매트릭스 재료의 주입 동안 보강층들(402)의 배향을 제자리에 유지한다. 일례로, (참조 번호 452로 통칭하여 또한 지칭되는) 실의 각각의 스티치는 섬유 개질 중간층들(100) 중 하나 이상을 보강층들(402) 중 하나 이상에 연결할 수 있다.
스티칭은 보강층(402), 섬유 개질 중간층(100), 실(452) 등의 성질에 따라 다양한 패턴들, 밀도들 및/또는 스티치 길이들일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 실(452)은 트리코 스티치를 형성할 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에서는, 예를 들어, 로크 스티치, 체인 스티치, 지그재그 편물 스티치 등을 제한 없이 포함하는 다른 스티치 패턴들이 사용될 수 있다.
실(452)은 예컨대, 폴리에스테르, 폴리에스테르-폴리아릴레이트(예컨대, Vectran®), 폴리아라미드(예컨대, Kevlar®), 폴리벤조옥사졸(예컨대, Zylon®), 비스코스(예컨대, Rayon®), 아크릴, 폴리아미드, 탄소, 유리, 섬유유리, 아라미드 등을 제한 없이 포함하는, 다양한 두께들의 다양한 적합한 재료들 중에서 선택될 수 있다.
도 10은 중간층 강화 보강 직물(450)을 사용하여 형성된 복합 구조물(150)의 일 실시예의 개략적인 사시도이다. 중간층 강화 보강 직물(450)은 프리폼(454)(예를 들어, 다축 프리폼)으로서 사용될 수 있다. 일례로, 중간층 강화 보강 직물(450)은 (제1 중간층 강화 보강 직물(400A), 제2 중간층 강화 보강 직물(400B), 제3 중간층 강화 보강 직물(400C) 및 제4 중간층 강화 보강 직물(400D)로서 개별적으로 식별되는) 중간층 강화 보강 직물(400)(도 5)의 복수의 층들을 포함한다. 중간층 강화 보강 직물(400)의 층들 중 각각의 층은 보강층(402)을 포함하는데, 보강층(402) 외부에는 (제1 섬유 개질 중간층(100A) 및 제2 섬유 개질 중간층(100B)으로서 개별적으로 식별되는) 섬유 개질 중간층들(100)이 배치된다. 중간층 강화 보강 직물(400)의 층들은 (예컨대, 실(452)로) 함께 스티치되어 중간층 강화 보강 직물(400)의 층들(예를 들어, 보강층들(402) 및 섬유 개질 중간층들(100))을 서로 부착하고 중간층 강화 보강 직물(450)을 형성하여 안정화시킨다.
일반적으로, 각각의 프리폼(454)은 중간층 강화 보강 직물(400)의 4개 또는 그보다 많은 층들을 갖지만, 프리폼(454)은 중간층 강화 보강 직물(400)의 더 적은 층들 또는 더 많은 층들(예를 들면, 중간층 강화 보강 직물(400)의 2개 내지 16개 또는 그보다 많은 층들)을 가질 수 있다. 즉, 중간층 강화 보강 직물(450)은 이들이 교호하는 섬유 개질 중간층(100)/보강층(402)/섬유 개질 중간층(100)/섬유 개질 중간층(100)/보강층(402)/섬유 개질 중간층(100) 등의 배열을 형성하도록 적층될 수 있다. 이 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물(400)의 하나 또는 그보다 많은 층들은 중간층 강화 보강 직물(400)의 적어도 하나의 다른 층과 상이한 방향으로 배향될 수 있다. 선택적으로, 섬유 개질 중간층(100)이 레이업의 외부 표면을 형성할 때, (명시적으로 예시되지 않은) 다른 보강층이 그 섬유 개질 중간층(100) 위에 배치될 수 있다.
도 9 및 도 10에 예시된 예시적인 실시예들에서, 중간층 강화 보강 직물(450)을 형성하는 중간층 강화 보강 직물(400)의 층들은 준-등방성 또는 직교 이방성 패턴들로 내려 놓여질 수 있다. 즉, 중간층 강화 보강 직물(450)의 적어도 하나의 층을 형성하는 중간층 강화 보강 직물(400)의 보강층(402)의 레이업 각도는 중간층 강화 보강 직물(450)의 적어도 하나의 다른 층을 형성하는 중간층 강화 보강 직물(400)의 보강층(402)의 레이업 각도와 상이한 방향으로 배향될 수 있다. 완성된 복합 구조물(150)의 원하는 두께를 달성하도록 필요에 따라 패턴이 반복될 수 있다. 반복되는 패턴은 일정할 수도 있고, 또는 프리폼(454)에 걸쳐 달라질 수도 있다. 반복되는 패턴이 프리폼(454)에 걸쳐 달라지는 경우, 이를테면 중간층 강화 보강 직물(400)의 층들을 함께 스티칭함으로써 국소적으로 상이한 두께들이 제 위치에 기계적으로 유지될 수 있다.
중간층 강화 보강 직물(400)의 층들(예를 들어, 중간층 강화 보강 직물(400)을 형성하는 보강층(402))의 수들 및 레이업 각도들은 사실상 무한하게 조정 가능하다. 일반적으로, 다축 복합 구조물(150)의 경우, 0°, 90°, 플러스 또는 마이너스(±)30°, ±45°, ±60°의 각도들이 설정되고, 구조는 0도 방향에 대한 대칭 구조가 야기되도록 선택된다.
도 9 및 도 10에 예시된 바와 같이, 일례로, (예를 들어, 중간층 강화 보강 직물(450)의 층들 또는 박막(lamina)을 형성하는) 중간층 강화 보강 직물(400)의 보강층(402)은 준-등방성 패턴으로 내려 놓여질 수 있다. 준-등방성 패턴은 토우들(404)(예를 들어, 연속 필라멘트들 또는 섬유들)의 평면에서 등방성 재료에 가까운 패턴이다. 이는 또한 횡 방향 등방성으로도 알려져 있다. 일례로, 그리고 또한 도 9에 표현된 바와 같이, 제1 중간층 강화 보강 직물(400A)은 중간층 강화 보강 직물(400)의 횡 방향을 규정하는 0°로 배치되고, 제2 중간층 강화 보강 직물(400B)은 횡 방향에 대해 +45°로 배치되고, 제3 중간층 강화 보강 직물(400C)은 횡 방향에 대해 -45°로 배치되고, 제4 중간층 강화 보강 직물(400D)은 횡 방향에 대해 90°로 배치된다. 예컨대, 0°/+45°/90°/-45° 패턴, +45°/0°/-45°/90° 패턴, -45°/0°/+45°/90°, 0°/+60°/-60° 패턴 등을 제한 없이 포함하는 다른 준-등방성 패턴들이 또한 고려된다.
대안으로, (예를 들어, 중간층 강화 보강 직물(450)의 층들 또는 박막을 형성하는) 중간층 강화 보강 직물(400)의 보강층(402)은 직교 이방성 패턴으로 내려 놓여질 수 있다. 직교 이방성은, 순 결과가 앞서 설명한 준-등방성 패턴들과 같이 평면에서 준-등방성이 아닌 토우들(404)(예를 들어, 연속 필라멘트들 또는 섬유들)을 갖는 것을 의미한다. 직교 이방성 패턴의 일례는 0°에서 토우들(404)의 44%, +45°에서 토우들(404)의 22%, -45°에서 토우들(404)의 22% 그리고 90°에서 토우들(404)의 12%를 갖는 것이다.
도 11은 예컨대, 다수의 보강층들(402)과 다수의 섬유 개질 중간층들(100)(도 9 및 도 10)을 갖는 중간층 강화 보강 직물(450)을 제조하기 위한 장치(550) 및 프로세스의 예시적인 실시예의 개략적인 예시이다. 도 12는 중간층 강화 보강 직물(450)을 제조하기 위한 개시된 방법(650)의 예시적인 실시예의 흐름도이다.
블록(652)(도 8)에 도시된 바와 같이, 중간층 강화 보강 직물(400)의 복수의 층들이 제공된다. 일례로, 중간층 강화 보강 직물(400)은 단방향 중간층 강화 보강 테이프(456)(도 11)의 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 장치(500)(도 7)는 테이프 생산 유닛일 수 있고, 장치(500)를 사용하여 제조된 중간층 강화 보강 직물(400)(도 5 - 도 7)은 중간층 강화 보강 테이프(456)일 수 있다.
장치(550)(예를 들어, 직물 생산 유닛)는 (제1 중간층 강화 보강 테이프(456A), 제2 중간층 강화 보강 테이프(456B), 제3 중간층 강화 보강 테이프(456C) 및 제4 중간층 강화 보강 테이프(456D)로서 개별적으로 식별되는) 중간층 강화 보강 테이프(456)로부터 중간층 강화 보강 직물(450)을 생산할 수 있다. 이와 같이, 그리고 도 10을 다시 참조하면, 제1 중간층 강화 보강 테이프(456A)는 중간층 강화 보강 직물(450)의 제1 층인 중간층 강화 보강 직물(400A)을 형성(또는 이에 대응)하고, 제2 중간층 강화 보강 테이프(456B)는 중간층 강화 보강 직물(450)의 제2 층인 중간층 강화 보강 직물(400B)을 형성(또는 대응)하고, 제3 중간층 강화 보강 테이프(456C)는 중간층 강화 보강 직물(450)의 제3 층인 중간층 강화 보강 직물(400C)을 형성(또는 대응)하고, 제4 중간층 강화 보강 테이프(456D)는 중간층 강화 보강 직물(450)의 제4 층인 중간층 강화 보강 직물(400D)을 형성(이에 대응)하는 식이다.
일례로, 장치(550)는 임의의 표준 제작 생산 유닛을 사용하여 구현될 수 있다. 비-제한적 예는 편물 기계이다. 편물 기계는 통상적으로는 직물을 생성하는 데 사용되는 토우들 대신 중간층 강화 보강 테이프(456)를 사용하도록 변형될 수 있다.
블록(654)(도 8)에 도시된 바와 같이, 중간층 강화 보강 테이프(456)의 층들이 내려 놓여진다. 일례로, 장치(550)(도 11)는 중간층 강화 보강 직물(450)을 제조하기 위한 재료를 내려놓기 위해 중간층 강화 보강 테이프(456)의 롤들을 사용할 수 있다. 중간층 강화 보강 테이프(456)는 중간층 강화 보강 직물(450)을 생성하기 위해 서로에 대해 상이한 각도들로 내려 놓일 수 있다. 일례로, 장치(550)는 중간층 강화 보강 테이프(456)를 표면으로 끌어당기고 중간층 강화 보강 테이프(456)를 적당한 크기들, 예를 들어 일반적으로는 장치(550)의 이동 층(moving bed)의 폭으로 절단한다.
중간층 강화 보강 테이프(456)의 층들은 함께 접합되거나 아니면 함께 고정된다. 블록(656)에 도시된 바와 같이, 중간층 강화 보강 테이프(456)의 층들이 실(452)로 함께 스티치된다(도 9 및 도 10). 일례로, 중간층 강화 보강 테이프(456)의 길이들은 표면으로 당겨지며 다수의 배향들로 배치되고, 함께 편물이 짜이거나 스티치되어 중간층 강화 보강 직물(450)을 형성한다. 도 11에 예시된 실시예에서, 중간층 강화 보강 테이프(456)의 배열된 층들은 닙 롤러들(552) 사이로 닙을 통과할 수 있다. 그런 다음, 중간층 강화 보강 테이프(456)의 층들은 중간층 강화 보강 직물(450)에 스티치들(452)을 형성하는 편물 유닛(554)에 의해 처리될 수 있다.
블록(658)(도 8)에 도시된 바와 같이, 중간층 강화 보강 직물(450)이 형성된다. 일례로, 중간층 강화 보강 직물(450)은 도 10에 예시된 바와 같이, 복합 구조물(150)의 제조시 프리폼(454)으로서 사용될 수 있다.
도 10을 참조하면, 다양한 예시적인 실시예들에서, 중간층 강화 보강 직물(450)은 원하는 구성을 갖는 복합 구조물(150)(예를 들어, 복합 적층판)을 형성하는 데 사용되는 프리폼(454)으로서 사용될 수 있다.
일례로, 프리폼(454)은 몰드(460)의 표면 상에 배치되고, 예를 들어 액체 성형 공정에서 매트릭스 재료(458)(예를 들어, 열경화성 수지)가 주입된 다음, 몰드(460)에서 가열되어 매트릭스 재료(458)를 교질화하고 설정한다. 섬유 개질 중간층들(100)은 가볍고 다공성이어서, 이로써 보강층들(402)의 변형을 최소화하고 보강층들(402)의 주입 동안 섬유 개질 중간층들(100)을 통한 매트릭스 재료(458)의 흐름의 저항을 감소시킬 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 프리폼(454)은 다축 건식 프리폼인데, 즉 중간층 강화 보강 직물(450)에 매트릭스 재료가 존재하지 않는다.
일례로, 중간층 강화 보강 직물(450)의 원하는 수의 층들이 몰드(460)의 표면 상에서 원하는 배향들로 조립되었다면, 당해 기술분야에 공지된 다양한 액체 성형 공정을 사용하여 완성된 복합 구조물(150)로 복합 적층판이 형성될 수 있다. 이러한 방법들은 예컨대, 진공 보조 수지 전달 성형(VARTM)을 포함한다. VARTM에서, 진공 백이 프리폼(454) 위에 배치되고, 매트릭스 재료(458)(예를 들어, 수지)가 진공 발생 차압을 사용하여 프리폼(454)에 주입된다. 이어서, 복합 적층판이 오토클레이브, 오븐 등에 배치되고 가열되어 수지를 경화시킬 수 있다.
다른 예에서는, 진공 백이 프리폼(454) 위에 배치되고, 매트릭스 재료(458)(예를 들어, 수지)가 진공 백 주위의 진공 챔버 및 프리폼(454) 주위의 진공 백의 이중 진공 챔버를 활성화시키기에 충분히 감소된 압력으로 오토클레이브에 배치된 상태로 진공 백 아래의 프리폼(454)에 주입된다.
다른 액상 성형 공정들은 수지 이송 성형(RTM) 및 수지 필름 주입(RFI)을 포함한다. RTM에서는, 수지가 밀폐된 몰드에서 압력 하에 프리폼(454)으로 주입된다. RFI에서는, 반고체 수지가 프리폼(454) 밑에 또는 위에 배치되고, 복합 적층판 위에 툴이 포지셔닝된다. 이어서, 복합 적층판이 진공 백에 넣어지고 오토클레이브에 배치되어 반고체 수지를 녹여, 반고체 수지가 프리폼(454)에 주입되게 한다.
도 13은 섬유 개질 중간층(100)을 사용하여 형성된 개시된 중간층 강화 보강 직물(700)의 다른 실시예의 단면의 개략적인 부분 측면도이다. 이 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물(700)은 단방향성 직물이다. 중간층 강화 보강 직물(700)은 보강층(702)과 섬유 개질 중간층들(100)의 교호 층들을 포함한다. 본 명세서에서 앞서 설명한 바와 같이, 각각의 섬유 개질 중간층(100)은 부직포 층(102) 및 섬유 층들(104)(도 1)을 포함한다. 보강층들(402)은 섬유 개질 중간층들(100) 사이에 배치되어 섬유 개질 중간층들(100)에 접합(예를 들어, 용융 접합)된다.
예시적인 실시예들에서, 중간층 강화 보강 직물(700)은 2개의 섬유 개질 중간층들(100) 및 섬유 개질 중간층들(100) 중 인접한 것들 사이에 배치된 하나의 보강층(702)을 포함한다. 그러나 중간층 강화 보강 직물(400)은 다른 수들 및/또는 구성들의 보강층들(402) 및 섬유 개질 중간층들(100)을 포함할 수 있다. 일례로, 중간층 강화 보강 직물(700)은 하나의 보강층(702)을 포함할 수 있는데, 보강층(702)의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면들(예컨대, 면들)에 하나의 섬유 개질 중간층(100)이 접합되어 중간층 강화 보강 직물(700)을 생산한다.
추가로, 다양한 섬유 개질 중간층들(100) 및 보강층들(702)은 상이한 두께들, 상이한 재료 조성들 등을 가질 수 있다.
예시적인 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물(700)은 단방향성 직물이다.
보강층들(702) 각각은 보강 재료로 만들어진 구조용 토우들(704)을 포함하거나 이들로 제조된다. 일례로, 보강층(702)은 서로 일반적으로 평행하게 배열된 복수의 비-크림프 단방향 토우들(704)을 포함한다. 토우들(704)은 연속 필라멘트들(706)의 꼬이지 않은 번들을 포함한다. 일례로, 토우들(704)은 단일 배향 또는 방향으로 배열된 연속 필라멘트들(706)의 시트를 형성하도록 서로 벌어지고 서로에 대해 포지셔닝되어 보강층(702)을 형성한다.
토우들(704)(예를 들어, 연속 필라멘트들(706))은 보강재로 제조된다. 예시적인 실시예에서, 보강층(702)의 토우들(704)은 탄소 섬유를 포함하거나 탄소 섬유로 제조된다. 즉, 보강재는 탄소이고, 멀티 필라멘트 보강 토우들(704)을 형성하는 연속 필라멘트들(706)은 연속적인 탄소 필라멘트들이다. 다른 예시적인 실시예들에서, 토우들(704)은 예를 들어, 유리 섬유, 아라미드 섬유 등을 제한 없이 포함할 수 있다. 토우들(404)을 위한 다른 보강 재료들이 또한 고려된다.
섬유 개질 중간층들(100)은 보강층(702)에 용융 접합되어 섬유 개질 중간층들(100)과 보강층(702)을 함께 고정시킨다. 예시적인 실시예에서는, 2개의 섬유 개질 중간층들(100)이 보강층(702)의 양면에 용융 접합된다. 그러나 다른 실시예에서는, 섬유 개질 중간층들(100)이 보강층(702)의 한 면에만 용융 접합될 수 있다.
도 14는 중간층 강화 보강 직물(700)을 사용하여 형성된 복합 구조물(150)의 다른 실시예의 개략적인 사시도이다. 중간층 강화 보강 직물(700)은 프리폼(708)(예컨대, 단방향성 프리폼)으로서 사용될 수 있다. 일례로, 프리폼(708)은 (제1 섬유 개질 중간층(100A) 및 제2 섬유 개질 중간층(100B)으로서 개별적으로 식별되는) 2개의 섬유 개질 중간층들(100) 사이에 배치된 적어도 하나의 보강층(702)을 포함한다. 일반적으로, 각각의 프리폼(708)은 하나의 보강층(702)을 갖지만, 프리폼(708)은 더 많은 보강층들(702)을 가질 수 있다. 즉, 중간층 강화 보강 직물(700)은 이들이 교호하는 섬유 개질 중간층(100)/보강층(702)/섬유 개질 중간층(100) 배열을 형성하도록 적층될 수 있다. 선택적으로는, 중간층 강화 보강 직물(700)이 교호하는 섬유 개질 중간층(100)/보강층(702)/섬유 개질 중간층(100)/보강층(702) 배열을 형성하게 적층될 수 있도록, (명시적으로 예시되지 않은) 다른 보강층이 섬유 개질 중간층들(100) 중 최외측 섬유 개질 중간층 위에 배치될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 프리폼(708)은 중간층 강화 보강 직물(700)의 복수의 층들 또는 스택을 포함할 수 있다. 일례로, 일반적으로, 각각의 프리폼(708)은 중간층 강화 보강 직물(700)의 4개 또는 그보다 많은 층들을 갖는다. 즉, 중간층 강화 보강 직물(700)의 층들은 이들이 교호하는 섬유 개질 중간층(100)/보강층(702)/섬유 개질 중간층(100)/섬유 개질 중간층(100)/보강층(702)/섬유 개질 중간층(100) 등의 배열을 형성하도록 적층될 수 있다. 이 실시예의 일례로, 중간층 강화 보강 직물(700)의 각각의 층은 동일한 방향으로 배향될 수 있다(예컨대, 단방향성 프리폼). 이 실시예의 다른 예에서, 중간층 강화 보강 직물(700)의 하나 또는 그보다 많은 층들은 중간층 강화 보강 직물(700)의 적어도 하나의 다른 층과 상이한 방향으로 배향될 수 있다(예컨대, 다축 프리폼). 선택적으로, 섬유 개질 중간층(100)이 레이업의 외부 표면을 형성할 때, (명시적으로 예시되지 않은) 다른 보강층이 그 섬유 개질 중간층(100) 위에 배치될 수 있다.
도 15는 예컨대, 하나의 보강층(402)과 2개의 섬유 개질 중간층들(100)(도 13 및 도 14)을 갖는 중간층 강화 보강 직물(700)을 제조하기 위한 장치(800) 및 프로세스의 예시적인 실시예의 개략적인 예시이다. 도 16은 중간층 강화 보강 직물(700)을 제조하기 위한 개시된 방법(900)의 예시적인 실시예의 흐름도이다.
블록(902)(도 16)에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 보강층(702)이 제공된다. 일례로, 단방향 토우들(704)은 예컨대, 연속 필라멘트들(706)의 다수의 스풀들을 포함하는 하나 또는 그보다 많은 크릴들(802)로부터 뽑아져 스프레더(804)에 공급될 수 있다. 스프레더(804)는 토우들(704)로부터 번들들 내에 연속 필라멘트들(706)을 펼쳐, 각각의 보강층(702)을 형성하는 펼쳐진 토우들(806)을 형성하도록 구성된다. 토우들(704)은 원하는 폭으로 펼쳐지며 보강층(702)에 대한 원하는 배향으로 배치된다.
블록(904)(도 16)에 도시된 바와 같이, 복수의 섬유 개질 중간층들(100)이 제공된다. 일례로, 섬유 개질 중간층들(100)은 본 명세서에서 상기에 기술되고 도 3 및 도 4에 예시된 프로세스에 따라 제공될 수 있다.
블록(906)(도 16)에 도시된 바와 같이, 보강층(702)과 섬유 개질 중간층들(100)은 교호 구성으로 배치되거나 배열된다. 예시적인 실시예에서는, 2개의 섬유 개질 중간층들(100)(예를 들어, 제1 섬유 개질 중간층(100A) 및 제2 섬유 개질 중간층(100B))이 (예컨대, 이들 사이의) 하나의 보강층(702)과 함께 적층된다.
그러나 다른 실시예들에서는, 더 많거나 더 적은 보강층들(702) 및/또는 섬유 개질 중간층들(100)이 제공될 수 있다. 어떤 경우들에는, (명시적으로 예시되지 않은) 추가 보강층들(702)이 또한 중간층 강화 보강 직물(700)의 최상부 및/또는 최하부에 제공될 수 있다. 어떤 경우들에는, 중간층 강화 보강 직물(700)이 제1 섬유 개질 중간층(100A)과 제2 섬유 개질 중간층(100B) 사이의 보강층(702)만을, 또는 하나 또는 그보다 많은 추가 보강층들과 조합된 보강층(402A)을 포함할 수 있다.
보강층(702)과 섬유 개질 중간층들(100)은 함께 접합되거나 아니면 함께 고정된다. 블록(908)(도 16)에 도시된 바와 같이, 보강층(702)과 섬유 개질 중간층들(100)은 함께 용융 접합된다. 예시적인 실시예에서, 보강층들(702) 및 섬유 개질 중간층들(100)은 예컨대, 가열된 롤러들(808) 사이를 그리고/또는 오븐(810)을 통과하여, 보강층(702)에 용융 접합된 섬유 개질 중간층들(100)을 가진 강화된 중간층 강화 보강 직물(700)을 생산할 수 있다.
블록(910)(도 16)에 도시된 바와 같이, 중간층 강화 보강 직물(700)이 형성된다. 일례로, 중간층 강화 보강 직물(700)은 도 14에 예시된 바와 같이, 복합 구조물(150)의 제조시 프리폼(708)으로서 사용될 수 있다.
도 14를 다시 참조하면, 이 예시적인 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물(700)은 원하는 구성을 갖는 복합 구조물(150)(예를 들어, 복합 적층판)을 형성하는 데 사용되는 프리폼(708)으로서 사용될 수 있다. 일례로, 프리폼(708)은 몰드(712)의 표면 상에 배치되고, 예를 들어 액체 성형 공정에서 매트릭스 재료(714)(예를 들어, 열경화성 수지)가 주입된 다음, 몰드(712)에서 가열되어 매트릭스 재료(714)를 교질화하고 설정한다. 섬유 개질 중간층들(100)은 가볍고 다공성이어서, 이로써 보강층(702)의 변형을 최소화하고 보강층들(702)의 주입 동안 섬유 개질 중간층들(100)을 통한 매트릭스 재료(714)의 흐름의 저항을 감소시킬 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 프리폼(708)은 건식 프리폼인데, 즉 중간층 강화 보강 직물(700)에 매트릭스 재료가 존재하지 않는다.
다른 예시적인 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물(700)은 몰드(712) 상에 배치되기 전에 매트릭스 재료(예컨대, 에폭시 수지)로 예비 함침되고 부분적으로 경화될 수 있다(즉, 프리프레그(prepreg)). 이 예시적인 실시예에서, 프리폼(752)은 습식 프리폼인데, 즉 중간층 강화 보강 직물(700)에 매트릭스 재료가 존재한다.
도 17은 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)을 제조하기 위한 장치(850) 및 프로세스의 예시적인 실시예의 개략적인 예시이다. 예시적인 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물(700)은 공급 롤들(854)로부터 공급되는 수지 필름 코팅 이형지(852)의 2개의 층들 사이에 배치될 수 있다. 수지 필름 코팅 이형지(852)는 이형재(release liner)(860) 상에 배치되거나 이형재(860)에 의해 운반되는 매트릭스 재료(858)(예를 들어, 매트릭스 재료(58)의 필름)를 포함하며, 이는 중간층 강화 보강 직물(700)을 예비 함침하는 데 사용된다. 중간층 강화 보강 직물(700) 및 수지 필름 코팅 이형지(852)의 층들은 가열된 롤러들(856) 사이의 닙을 통과하여 중간층 강화 보강 직물(700) 내에 매트릭스 재료(858)를 주입(예컨대, 예비 함침)하고 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)을 강화할 수 있다. 그런 다음, 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)이 부분적으로 경화될 수 있다.
도 18은 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)을 사용하여 형성된 복합 구조물(150)의 다른 실시예의 개략적인 사시도이다. 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)은 프리폼(752)(예컨대, 단방향성 프리프레그)으로서 사용될 수 있다. 일례로, 프리폼(752)은 (제1 섬유 개질 중간층(100A) 및 제2 섬유 개질 중간층(100B)으로서 개별적으로 식별되는) 2개의 섬유 개질 중간층들(100) 사이에 배치된 적어도 하나의 보강층(702)을 포함한다. 이 예시적인 실시예에서, 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)은 원하는 구성을 갖는 복합 구조물(150)(예를 들어, 복합 적층판)을 형성하는 데 사용되는 프리폼(752)으로서 사용될 수 있다. 일례로, 하나 또는 그보다 많은 프리폼들(752)이 원하는 구성으로 몰드(712)의 표면 상에 배치된다. 이어서, 프리폼(752)은 복합 적층판을 진공 백 아래에 배치하고 상승된 온도 및/또는 압력에서 매트릭스 재료(714)를 경화시킴으로써 완전히 경화되어 복합 구조물(150)을 형성할 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 프리폼(752)은 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)의 복수의 층들 또는 스택을 포함할 수 있다. 일례로, 일반적으로, 각각의 프리폼(752)은 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)의 4개 또는 그보다 많은 층들을 갖는다. 즉, 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)의 층들은 이들이 교호하는 섬유 개질 중간층(100)/보강층(702)/섬유 개질 중간층(100)/섬유 개질 중간층(100)/보강층(702)/섬유 개질 중간층(100) 등의 배열을 형성하도록 적층될 수 있다. 이 실시예의 일례로, 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)의 각각의 층은 동일한 방향으로 배향될 수 있다(예컨대, 단방향성 프리폼). 이 실시예의 다른 예에서, 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)의 하나 또는 그보다 많은 층들은 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)의 적어도 하나의 다른 층과 상이한 방향으로 배향될 수 있다(예컨대, 다축 프리폼).
도 19는 복합 구조물, 예를 들어 도 6, 도 10, 도 14 및 도 18에 예시된 복합 구조물(150)을 제조하기 위한 개시된 방법(1000)의 예시적인 실시예의 흐름도이다.
블록(1002)(도 19)에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 프리폼이 제공된다. 예시적인 실시예에서, 프리폼은 도 6에 예시된 프리폼(410)과 실질적으로 유사한 건식 프리폼일 수 있으며, 이는 교호 구성으로 배열되고 함께 스티치되어 중간층 강화 보강 직물(400)을 형성하는 보강층(402) 및 복수의 섬유 개질 중간층들(100)을 갖는다. 다른 예시적인 실시예에서, 프리폼은 도 10에 예시된 프리폼(454)과 실질적으로 유사한 건식 프리폼일 수 있으며, 이는 교호 구성으로 배열되고 함께 스티치되어 중간층 강화 보강 직물(450)을 형성하는 복수의 보강층들(402) 및 복수의 섬유 개질 중간층들(100)을 갖는다. 다른 예시적인 실시예에서, 프리폼은 도 14에 예시된 프리폼(708)과 실질적으로 유사한 건식 프리폼일 수 있으며, 이는 교호 구성으로 배열되고 함께 용융 접합되어 중간층 강화 보강 직물(700)을 형성하는 적어도 하나의 보강층(702) 및 하나 또는 그보다 많은 섬유 개질 중간층들(100)을 갖는다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 프리폼은 도 18에 예시된 프리폼(752)과 실질적으로 유사한 습식 프리폼일 수 있으며, 이는 함께 용융 접합되고 수지가 예비 함침되어 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)을 형성하는, 교호 구성으로 배열된 적어도 하나의 보강층(702) 및 하나 또는 그보다 많은 섬유 개질 중간층들(100)을 갖는다.
블록(1004)(도 19)에 도시된 바와 같이, 프리폼들 중 하나 또는 그보다 많은 프리폼이 원하는 구성으로 몰드의 표면 상에 레이업된다. 예시적인 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물(400)의 하나 또는 그보다 많은 층들(예를 들어, 프리폼(410))(도 6)이 몰드의 표면 상에 복합 구조물(150)의 최종(예를 들어, 3차원) 형상으로 레이업될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물(450)의 하나 또는 그보다 많은 층들(예를 들어, 프리폼(454))(도 10)이 몰드의 표면 상에 복합 구조물(150)의 최종(예를 들어, 3차원) 형상으로 레이업될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물(700)의 하나 또는 그보다 많은 층들(예를 들어, 프리폼(708))(도 14)이 몰드의 표면 상에 복합 구조물(150)의 최종(예를 들어, 3차원) 형상으로 레이업될 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)의 하나 또는 그보다 많은 층들(예를 들어, 프리폼(752))(도 18)은 몰드의 표면 상에 복합 구조물(150)의 최종(예를 들어, 3차원) 형상으로 레이업될 수 있다.
블록(1006)(도 19)에 도시된 바와 같이, 프리폼(예를 들어, 프리폼(410), 프리폼(454), 프리폼(708) 또는 프리폼(752))에 매트릭스 재료가 주입된다. 예시적인 실시예에서는, 중간층 강화 보강 직물(400)의 하나 또는 그보다 많은 층들(예를 들어, 프리폼(410))은 몰드의 표면 상에 레이업된 후에 매트릭스 재료(416)(도 6)가 주입된다. 다른 예시적인 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물(450)의 하나 또는 그보다 많은 층들(예를 들어, 프리폼(454))은 몰드의 표면 상에 레이업된 후에 매트릭스 재료(458)(도 10)가 주입된다. 다른 예시적인 실시예에서, 중간층 강화 보강 직물(700)의 하나 또는 그보다 많은 층들(예를 들어, 프리폼(708))은 몰드의 표면 상에 레이업된 후에 매트릭스 재료(714)(도 14)가 주입된다. 다른 예시적인 실시예에서, 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)의 하나 또는 그보다 많은 층들(예를 들어, 프리폼(752))은 몰드의 표면 상에 레이업되기 전에 매트릭스 재료(858)(도 18)가 주입된다.
블록(1008)(도 19)에 도시된 바와 같이 매트릭스 재료가 경화되고, 블록(1010)에 도시된 바와 같이 복합 구조물(150)이 형성된다.
도 20은 복합 구조물(1500)을 통해 전자기 에너지(1350)를 소산시키기 위한 개시된 방법(1300)의 예시적인 실시예의 흐름도이다. 도 21은 전자기 에너지(1350)의 소산의 개략적인 예시이다.
블록(1302)(도 20)에 도시된 바와 같이, 전자기 에너지(1350)가 복합 구조물(1500)의 표면 상에 전해진다. 일례로, 전자기 에너지(1350)는 낙뢰로부터의 에너지일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 복합 구조물(1500)은 복합 구조물(150)(도 6, 도 10, 도 14 및 도 18)의 일례이다. 복합 구조물(1500)은 보강 재료(1502) 및 보강 재료(1502)에 주입되어 경화되는 매트릭스 재료(1508)를 포함한다. 일례로, 보강 재료(1502)는 중간층 강화 보강 직물의 적어도 하나의 층을 포함한다. 보강 재료(1502)는 중간층 강화 보강 직물(400)(도 5와 도 6), 중간층 강화 보강 직물(450)(도 9와 도 10), 중간층 강화 보강 직물(700)(도 13과 도 14) 또는 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)(도 17과 도 18)의 일례이다. 보강 재료(1502)는 교호 구성으로 배열되는, 적어도 하나의 보강층(1504) 및 보강층(1504)에 부착된 적어도 하나의 섬유 개질 중간층(1506)을 포함한다. 보강층(1504)은 보강층(402)(도 5, 도 6, 도 9 및 도 10) 또는 보강층(702)(도 13, 도 14 및 도 18)의 일례이다. 섬유 개질 중간층(1506)은 섬유 개질 중간층(100)(도 5, 도 6, 도 9, 도 10, 도 13, 도 14 및 도 18)의 일례이다. 매트릭스 재료(1508)는 매트릭스 재료(416)(도 6), 매트릭스 재료(458)(도 10), 매트릭스 재료(714)(도 14) 또는 매트릭스 재료(858)(도 18)의 일례이다.
블록(1304)(도 20)에 도시된 바와 같이, 전자기 에너지(1350)(도 21)가 적어도 하나의 연속적인 도전 경로(1352)를 따라 측 방향으로 분산된다(도 21). 일례로, 연속적인 도전 경로는 섬유 개질 중간층(1506)에 의해 형성된다(도 21). 일례로, 섬유 개질 중간층(1506)은 예를 들어, 낙뢰의 경우에 복합 구조물(1500)에 전자기 에너지(1350)(예를 들어, 높은 전류/전압)를 지향시키는 데 사용될 수 있다.
블록(1306)(도 20)에 도시된 바와 같이, 전자기 에너지(1350)(도 21)가 복합 구조물(1500)에 결합된 접지면(1354)(도 21)으로 전달된다. 일례로, 복합 구조물(1500)의 섬유 개질 중간층들(1506) 중 하나 이상은 전자기 에너지(1350)를 접지면(1354)을 향해 그리고 민감한 영역들로부터 멀어지도록 지향시키거나 조종하는 역할을 한다.
일례로, 그리고 도 21에 예시된 바와 같이, 복합 구조물(1500)의 표면에 전자기 에너지(1350)가 가해지는 경우(예를 들어, 낙뢰가 치는 경우), 전류 및/또는 전압은 복합 구조물(1500)의 표면을 형성하거나 이에 인접한 섬유 개질 중간층(1506)에 의해 지향되고, 하나 또는 그보다 많은 도전 경로들(1352)을 따라 하부 접지면(1354)으로 흐른다. 일례로, 접지면(1354)은 복합 구조물(1500)(예를 들어, 복합 스킨 패널)이 연결되고 접지되는 하부 지지 구조(1356)(예를 들어, 항공기의 기체)에 의해 형성될 수 있다. 전자기 에너지(1350)의 일부가 복합 구조물(1500)의 두께를 통해 흐르는 상황들에서, (예를 들어, 내부 층을 형성하는 또는 복합 구조물(1500)의 대향 표면을 형성하거나 그에 인접한) 섬유 개질 중간층들(1506) 중 다른 하나는 전류 및/또는 전압을 하부 접지면(1354)으로 지향시킨다.
도 22는 복합 구조물(1500)을 통해 충격 에너지(1450)를 소산시키기 위한 개시된 방법(1400)의 예시적인 실시예의 흐름도이다. 도 23은 충격 에너지(1450)의 소산의 개략적인 예시이다.
블록(1402)(도 22)에 도시된 바와 같이, 충격 에너지(1450)가 복합 구조물(1500)의 표면 상에 전해진다. 일례로, 충격 에너지(1450)는 복합 구조물(1500)에 충돌하는 대상으로부터 발생하는 에너지일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 복합 구조물(1500)은 복합 구조물(150)(도 6, 도 10, 도 14 및 도 18)의 일례이다. 복합 구조물(1500)은 보강 재료(1502) 및 보강 재료(1502)에 주입되어 경화되는 매트릭스 재료(1508)를 포함한다. 일례로, 보강 재료(1502)는 중간층 강화 보강 직물의 적어도 하나의 층을 포함한다. 보강 재료(1502)는 중간층 강화 보강 직물(400)(도 5와 도 6), 중간층 강화 보강 직물(450)(도 9와 도 10), 중간층 강화 보강 직물(700)(도 13과 도 14) 또는 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)(도 17과 도 18)의 일례이다. 보강 재료(1502)는 교호 구성으로 배열되는, 적어도 하나의 보강층(1504) 및 보강층(1504)에 부착된 적어도 하나의 섬유 개질 중간층(1506)을 포함한다. 보강층(1504)은 보강층(402)(도 5, 도 6, 도 9 및 도 10) 또는 보강층(702)(도 13, 도 14 및 도 18)의 일례이다. 섬유 개질 중간층(1506)은 섬유 개질 중간층(100)(도 5, 도 6, 도 9, 도 10, 도 13, 도 14 및 도 18)의 일례이다. 매트릭스 재료(1508)는 매트릭스 재료(416)(도 6), 매트릭스 재료(458)(도 10), 매트릭스 재료(714)(도 14) 또는 매트릭스 재료(858)(도 18)의 일례이다.
블록(1404)(도 22)에 도시된 바와 같이, 충격 에너지(1450)(도 23)는 복합 구조물을 따라 측 방향으로 편향된다(도 23). 일례로, 충격 에너지(1450)는 적어도 하나의 섬유 개질 중간층(1506)을 따라 측 방향으로 편향된다. 일례로, 섬유 개질 중간층(1506)은 복합 구조물(1500)을 강화하고 예를 들어, 복합 구조물(1500)에 대한 충격의 경우에 복합 구조물(1500)에 걸친 크랙들의 성장을 억제하는 데 사용될 수 있다.
블록(1406)(도 22)에 도시된 바와 같이, 충격 에너지(1450)(도 23)로부터 발생한 복합 구조물(1500)의 두께에 걸친 손상 성장이 억제된다. 일례로, 충격 에너지(1450)로부터 발생하는 복합 구조물(1500)의 두께에 걸친 손상 성장은 복합 구조물(1500)의 섬유 개질 중간층들(1506) 중 하나 이상에 의해 억제된다.
일례로, 그리고 도 23에 예시된 바와 같이, 섬유 개질 중간층(1506)을 따라 크랙들을 편향시킴으로써, 복합 구조물의 두께에 걸쳐, 예를 들어 복합 적층판의 한 겹에서 다음 겹까지 크랙들이 전파하는 것을 막음으로써 손상 성장이 억제된다. 이에 따라, 섬유 개질 중간층(1506)은 보강층들(1504)의 겹들 사이의 중간층에서 국소 크랙 편향기로서 작용한다.
개시된 섬유 개질 중간층(100), 섬유 개질 중간층(100)을 사용하여 제조된 중간층 강화 보강 직물(400, 700), 중간층 강화 보강 직물(400, 700)을 사용하여 제조된 복합 구조물(150) 및 본 명세서에 개시된 이들을 제조하기 위한 방법들의 예들은 도 25에 도시된 바와 같은 항공기 제조 및 서비스 방법(1100) 그리고 도 25에 도시된 바와 같은 항공기(1200)와 관련하여 설명될 수 있다.
예비 생산 동안, 예시적인 방법(1100)은 항공기(1200)의, 블록(1102)에 도시된 것과 같은 규격 및 설계 그리고 블록(1104)에 도시된 것과 같은 자재 조달을 포함할 수 있다. 생산 동안에는, 항공기(1200)의, 블록(1106)에 도시된 것과 같은 컴포넌트 및 하위 부품 제조 그리고 블록(1108)에 도시된 것과 같은 시스템 통합이 이루어질 수 있다. 본 명세서에서 설명한 바와 같이, 섬유 개질 중간층(100)의 생산, 그리고 중간층 강화 보강 직물(400, 450, 700) 또는 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750) 및 이어서 복합 구조물(150)을 제작하기 위한 섬유 개질 중간층(100)의 사용은 생산, 컴포넌트 및 하위 부품 제조 단계(블록(1106))의 일부로서 및/또는 시스템 통합(블록(1108))의 일부로서 이루어질 수 있다. 이후, 항공기(1200)는 블록(1112)에 도시된 바와 같이 운항되기 위해 블록(1110)에 도시된 바와 같이 인증 및 납품을 거칠 수 있다. 운항 중에, 항공기(1200)는 블록(1114)에 도시된 바와 같이, 일상적인 유지보수 및 서비스를 위해 스케줄링될 수 있다. 일상적인 유지보수 및 서비스는 항공기(1200)의 하나 또는 그보다 많은 시스템들의 수정, 재구성, 정비 등을 포함할 수 있다.
예시적인 방법(1100)의 프로세스들 각각은 시스템 통합자, 제3자 및/또는 오퍼레이터(예를 들면, 소비자)에 의해 수행 또는 실행될 수도 있다. 이러한 설명을 목적으로, 시스템 통합자는 임의의 수의 항공기 제작사들 및 메이저 시스템 하도급 업체들을 제한 없이 포함할 수도 있고; 제3자는 임의의 수의 판매사들, 하도급 업체들 및 공급사들을 제한 없이 포함할 수도 있으며; 오퍼레이터는 항공사, 리스(leasing) 회사, 군수업체, 서비스 기관 등일 수도 있다.
도 25에 도시된 바와 같이, 예시적인 방법(1100)에 의해 생산된 항공기(1200)는 예를 들어, 섬유 개질 중간층(100), 복수의 고레벨 시스템들(1204) 및 내부(1206)를 사용하여 제작된 중간층 강화 보강 직물(400, 450, 700) 또는 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)로 만들어진 복합 패널들 또는 다른 복합 구조물(150)을 갖는 기체(1202)를 포함할 수 있다. 고레벨 시스템들(1204)의 예들은 추진 시스템(1208), 전기 시스템(1210), 유압 시스템(1212) 및 환경 시스템(1214) 중 하나 이상을 포함한다. 임의의 수의 다른 시스템들이 포함될 수도 있다. 항공 우주 산업의 예가 도시되지만, 본 명세서에 개시된 원리들은 자동차 산업, 해양 산업 등과 같은 다른 산업들에 적용될 수 있다.
본 명세서에서 도시되거나 설명된 시스템들, 장치 및 방법들은 제조 및 서비스 방법(1100)의 단계들 중 임의의 하나 또는 그보다 많은 단계 동안 이용될 수 있다. 예를 들어, 컴포넌트 및 하위 부품 제조(블록(1106))에 대응하는 컴포넌트들 또는 하위 부품들은 항공기(1200)가 운항(블록(1112)) 중인 동안 생산된 컴포넌트들 또는 하위 부품들과 비슷한 방식으로 제작 또는 제조될 수도 있다. 또한, 시스템들, 장치 및 방법들, 또는 이들의 조합의 하나 또는 그보다 많은 예들이 생산 단계들(블록(1108) 및 블록(1110)) 동안 이용될 수 있다. 마찬가지로, 시스템들, 장치 및 방법들, 또는 이들의 조합의 하나 또는 그보다 많은 예들은 예를 들어 그리고 한정 없이, 항공기(1200)가 운항 중(블록(1112))인 동안 그리고 유지보수 및 서비스 단계(블록(1114)) 동안 이용될 수 있다.
본 명세서에서 "실시예"에 대한 언급은 실시예와 관련하여 기술된 하나 또는 그보다 많은 특징, 구조, 엘리먼트, 컴포넌트 또는 특성이 개시된 발명의 적어도 하나의 구현에 포함되는 것을 의미한다. 따라서 본 개시내용 전반에 걸쳐 "일 실시예," "다른 실시예"라는 문구 및 유사한 언어는 동일한 실시예를 의미할 수 있지만 반드시 그러한 것은 아니다. 또한, 임의의 일 실시예를 특징으로 하는 요지는 임의의 다른 실시예를 특징으로 하는 요지를 포함할 수 있지만 반드시 그러한 것은 아니다.
마찬가지로, 본 명세서에서 "예"에 대한 언급은 예와 관련하여 기술된 하나 또는 그보다 많은 특징, 구조, 엘리먼트, 컴포넌트 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 따라서 본 개시내용 전반에 걸쳐 "일례," "다른 예"라는 문구들 및 유사한 언어는 동일한 예를 의미할 수 있지만 반드시 그러한 것은 아니다. 또한, 임의의 일례를 특징으로 하는 요지는 임의의 다른 예를 특징으로 하는 요지를 포함할 수 있지만 반드시 그러한 것은 아니다.
달리 표시되지 않는 한, "제1," "제2" 등의 용어들은 본 명세서에서 단지 라벨들로서 사용될 뿐이며, 이러한 용어들이 참조하는 항목들에 대해 서수, 위치 또는 계층 구조 요건들을 부과하는 것으로 의도되는 것은 아니다. 더욱이, "제2" 항목에 대한 언급은 더 낮은 번호의 항목(예를 들어, "제1 항목") 및/또는 더 높은 번호의 항목(예를 들어, "제3 항목")의 존재를 필요로 하거나 배제하지는 않는다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 항목들의 리스트에 사용되는 경우에 "~ 중 적어도 하나"라는 문구는, 열거된 항목들 중 하나 또는 그보다 많은 항목의 서로 다른 조합들이 사용될 수 있으며 리스트 내의 항목들 중 단 하나만이 필요할 수도 있음을 의미한다. 항목은 특정 객체, 물건 또는 카테고리일 수도 있다. 즉, "~ 중 적어도 하나"는 리스트로부터 항목들의 임의의 조합 또는 임의의 수의 항목들이 사용될 수도 있지만, 리스트 내의 항목들 전부가 요구되는 것은 아닐 수 있음을 의미한다. 예컨대, "항목 A, 항목 B 및 항목 C 중 적어도 하나"는 항목 A; 항목 A와 항목 B; 항목 B; 항목 A와 항목 B와 항목 C; 또는 항목 B와 항목 C를 의미할 수 있다. 어떤 경우들에는, "항목 A, 항목 B 및 항목 C 중 적어도 하나"는 예를 들어 그리고 제한 없이, 2개의 항목 A와 1개의 항목 B와 10개의 항목 C; 4개의 항목 B와 7개의 항목 C; 또는 다른 어떤 적당한 조합을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "대략" 및 "약"이라는 용어들은 여전히 원하는 기능을 수행하거나 원하는 결과를 달성하는 명시된 양에 가까운 양을 나타낸다. 예를 들어, "대략" 및 "약"이라는 용어들은 명시된 양의 10% 미만 이내, 5% 미만 이내, 1% 미만 이내, 0.1% 미만 이내, 그리고 0.01% 미만 이내인 양을 의미할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "실질적으로"라는 용어는 정확하고 유사한 것을 포함할 수 있는데, 유사한 것은 정확한 것으로 인식될 수 있는 정도까지이다. 제한적인 예로서가 아닌 단지 예시의 목적들로만, "실질적으로"라는 용어는 정확한 것 또는 실제로부터 +/-5%의 변량으로서 정량화될 수 있다. 예를 들어, "A는 B와 실질적으로 동일하다"라는 문구는 A가 B와 정확히 동일한, 또는 A가 B의 값의 예컨대, +/-5%의 변량 이내에 있을 수 있는, 또는 그 반대일 수도 있는 실시예들을 포괄할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "부분적으로" 또는 "~의 적어도 일부"라는 용어들은 전체를 포함할 수 있는 전체의 양을 포함하는 전체의 양을 나타낼 수 있다. 예를 들어, "~의 일부"라는 용어는 전체의 0.01% 초과, 0.1% 초과, 1% 초과, 10% 초과, 20% 초과, 30% 초과, 40% 초과, 50% 초과, 60% 초과, 70% 초과, 80% 초과, 90% 초과, 95% 초과, 99% 초과, 그리고 100%인 양을 의미할 수 있다.
앞서 참조한 도 25에서, 만약 존재한다면, 다양한 엘리먼트들 및/또는 컴포넌트들을 연결하는 실선들은 기계, 전기, 유체, 광학, 전자기 및 다른 결합들 그리고/또는 이들의 조합들을 나타낸다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "결합된"은 직접적으로뿐만 아니라 간접적으로도 연관됨을 의미한다. 예를 들어, 멤버 A는 멤버 B와 직접 연관될 수 있거나, 예컨대 다른 멤버 C를 통해 멤버 B와 간접적으로 연관될 수 있다. 개시된 다양한 엘리먼트들 사이의 모든 관계들이 반드시 표현되는 것은 아니라고 이해될 것이다. 이에 따라, 블록도들에 도시된 것들 이외의 결합들이 또한 존재할 수 있다. 만약 존재한다면, 다양한 엘리먼트들 및/또는 컴포넌트들을 표기하는 블록들을 연결하는 파선들은 실선들로 표현된 것들과 기능 및 목적이 유사한 결합들을 나타내지만, 파선들로 표현된 결합들은 선택적으로 제공되거나 본 개시내용의 대안적인 예들과 관련된다. 마찬가지로, 만약 존재한다면, 파선들로 표현된 엘리먼트들 및/또는 컴포넌트들은 본 개시내용의 대안적인 예들을 나타낸다. 실선들 및/또는 파선들로 도시된 하나 또는 그보다 많은 엘리먼트들은 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으며 특정 예로부터 생략될 수 있다. 환경 엘리먼트들은, 만약 존재한다면, 점선들로 표현된다. 명확하게 하기 위해 가상(비실재적인) 엘리먼트들이 또한 표시될 수 있다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은, 도 25에 예시된 특징들 중 일부가 도 25, 다른 작성 도면들 및/또는 첨부된 개시내용에서 설명된 다른 특징들을 포함할 필요 없이 다양한 방법들로 조합될 수 있지만, 이러한 조합 또는 조합들은 본 명세서에서 명시적으로 예시되지 않음을 이해할 것이다. 마찬가지로, 제시된 예들에 국한된 것은 아닌 추가 특징들이 본 명세서에서 도시되고 설명된 특징들의 일부 또는 전부와 조합될 수 있다.
위에서 참조한 도 4, 도 8, 도 12, 도 16, 도 19, 도 20 및 도 22에서, 블록들은 동작들 및/또는 그 일부분들을 나타낼 수 있고, 다양한 블록들을 연결하는 선들은 동작들 또는 그 일부분들의 어떠한 특정 순서 또는 의존성도 의미하지 않는다. 만약 존재한다면, 파선들로 표현된 블록들은 대안적인 동작들 및/또는 그 일부분들을 나타낸다. 만약 존재한다면, 다양한 블록들을 연결하는 파선들은 동작들 또는 그 일부분들의 대안적인 의존성들을 나타낸다. 개시된 다양한 동작들 사이의 모든 의존성들이 반드시 표현되는 것은 아니라고 이해될 것이다. 본 명세서에서 제시되는 개시된 방법들의 동작들을 설명하는 도 4, 도 8, 도 12, 도 16, 도 19, 도 20 및 도 22 및 첨부된 개시내용은 동작들이 수행되어야 하는 순서를 반드시 결정하는 것으로 해석되지는 않아야 한다. 그보다는, 하나의 예시적인 순서가 표시되지만, 적절한 경우에 동작들의 순서가 변경될 수 있다고 이해되어야 한다. 이에 따라, 예시된 동작들에 수정들, 추가들 및/또는 생략들이 이루어질 수 있고, 특정 동작들은 다른 순서로 또는 동시에 수행될 수 있다. 추가로, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 설명되는 모든 동작들이 수행될 필요는 없음을 인식할 것이다.
본 발명은 청구항들과 혼동되지 않아야 하는 다음의 조항들에서 또한 언급된다.
A1. 섬유 개질 중간층(100)은:
연속 섬유들(110)로 형성된 부직포 층(102); 및
상기 부직포 층(102)에 부착된 불연속 섬유들(116)을 포함한다.
A2. 단락 A1의 섬유 개질 중간층(100)이 또한 제공되는데, 여기서 분산액(208)에 부유된 상기 불연속 섬유들(116)의 슬러리(206)를 거쳐 상기 부직포 층(102)을 뽑아냄으로써 상기 부직포 층(102)에 상기 불연속 섬유들(116)이 부착된다.
A3. 단락 A1의 섬유 개질 중간층(100)이 또한 제공되는데, 여기서 상기 불연속 섬유들(116)은 상기 부직포 층(102)의 적어도 하나의 표면(106, 108)을 형성하는 상기 연속 섬유들(110)에 기계적으로 접합된다.
A4. 단락 A1의 섬유 개질 중간층(100)이 또한 제공되는데, 여기서 상기 불연속 섬유들(116)은 상기 부직포 층(102)의 대향 표면들(106, 108)을 형성하는 상기 연속 섬유들(110)에 기계적으로 접합된다.
A5. 단락 A1의 섬유 개질 중간층(100)이 또한 제공되는데, 여기서 상기 연속 섬유들(110)은 열가소성 재료로 만들어지고, 상기 불연속 섬유들(116)은 탄소질 재료로 만들어진다.
A6. 단락 A5의 섬유 개질 중간층(100)이 또한 제공되는데, 여기서 상기 탄소질 재료는 탄소 나노 튜브들, 그래핀 플레이트렛들, 탄소 위스커들, 초핑된 탄소 섬유들, 분쇄된 탄소 섬유들 및 탄소 나노 섬유들 중 적어도 하나를 포함한다.
A7. 단락 A1의 섬유 개질 중간층(100)이 또한 제공되는데, 여기서 불연속 섬유들(116)의 적어도 일부는 상기 부직포 층(102)의 두께에 걸쳐 산재되며 상기 연속 섬유들(110)의 적어도 일부와 얽힌다.
A8. 단락 A1의 섬유 개질 중간층(100)이 또한 제공되는데, 여기서 상기 섬유 개질 중간층(100)은 구조용 토우들(404, 704)로 형성된 보강층들(402, 702) 사이에 배치되어 중간층 강화 보강 직물(400, 450, 700, 750)을 형성하고, 상기 중간층 강화 보강 직물(400, 450, 700, 750)은 매트릭스 재료(416, 458, 714, 858)가 주입되어 복합 구조물(150)을 형성하도록 구성되며, 상기 섬유 개질 중간층(100)은 상기 복합 구조물(150)의 내충격성 및 전기 도전성을 증가시키도록 구성된다.
본 발명의 추가 양상에 따라 다음이 제공되는데:
B1. 중간층 강화 보강 직물(400, 450, 700, 750)은:
구조용 토우들(404, 704)로 형성된 적어도 하나의 보강층(402, 702); 및
상기 보강층(402, 702)에 부착된 적어도 하나의 섬유 개질 중간층(100)을 포함하며, 여기서 상기 섬유 개질 중간층(100)은:
연속 섬유들(110)로 형성된 부직포 층(102); 및
상기 부직포 층(102)에 부착된 불연속 섬유들(116)을 포함한다.
B2. 단락 B1의 중간층 강화 보강 직물(400, 450, 700)이 또한 제공되는데, 여기서 상기 중간층 강화 보강 직물(400, 450, 700)의 적어도 하나의 층의 레이업은 매트릭스 재료(416, 458, 714)가 주입되고 경화되어 복합 구조물(150)을 형성하도록 구성되고, 상기 섬유 개질 중간층(416, 458, 714, 858)은 상기 복합 구조물(150)의 내충격성 및 전기 도전성을 증가시키도록 구성된다.
B3. 단락 B1의 중간층 강화 보강 직물(700, 750)이 또한 제공되는데, 여기서 상기 섬유 개질 중간층(100)은 상기 보강층(702)에 용융 접합된다.
B4. 단락 B3의 중간층 강화 보강 직물(700)이 또한 제공되는데, 이는, 상기 중간층 강화 보강 직물(700)에 주입되고 부분적으로 경화되어 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)을 형성하는 매트릭스 재료(858)를 더 포함하고, 상기 예비 함침된 중간층 강화 보강 직물(750)의 적어도 하나의 층의 레이업은 완전히 경화되어 복합 구조물(150)을 형성하도록 구성되며, 상기 섬유 개질 중간층(100)은 상기 복합 구조물(150)의 내충격성 및 전기 도전성을 증가시키도록 구성된다.
B5. 단락 B1의 중간층 강화 보강 직물(400, 450, 700, 750)이 또한 제공되는데, 이는:
상기 구조용 토우들(404, 704)로 형성된 복수의 보강층들(402, 702); 및
상기 보강층들(402, 702) 사이에 교대로 배치된 복수의 섬유 개질 중간층들(100)을 더 포함하고, 상기 섬유 개질 중간층들(100) 각각은:
상기 연속 섬유들(110)로 형성된 상기 부직포 층(102); 및
상기 부직포 층(102)에 부착된 상기 불연속 섬유들(116)을 포함한다.
B6. 단락 B5의 중간층 강화 보강 직물(400, 450)이 또한 제공되는데, 이는, 상기 보강층들(402) 및 상기 섬유 개질 중간층들(100)에 걸쳐 연장하여 상기 보강층들(402)과 상기 섬유 개질 중간층들(100)을 함께 접합하는 스티칭(408, 452)을 더 포함한다.
B7. 단락 B5의 중간층 강화 보강 직물(400, 450, 700)이 또한 제공되는데, 여기서 상기 중간층 강화 보강 직물(400, 450, 700)의 적어도 하나의 층의 레이업은 매트릭스 재료(416, 458, 714)가 주입되고 경화되어 복합 구조물(150)을 형성하도록 구성되고, 상기 섬유 개질 중간층(100)은 상기 복합 구조물(150)의 내충격성 및 전기 도전성을 증가시키도록 구성된다.
본 발명의 추가 양상에 따라 다음이 제공되는데:
C1. 복합 구조물(150)은:
중간층 강화 보강 직물(400, 450, 700, 750)의 적어도 하나의 층 ― 상기 중간층 강화 보강 직물(400, 450, 700, 750)은 교호 구성으로 배열되는, 구조용 토우들(404, 704)로 형성된 적어도 하나의 보강층(402, 702) 및 상기 보강층(402, 702)에 부착된 적어도 하나의 섬유 개질 중간층(100)을 포함하고, 상기 섬유 개질 중간층(100)은 연속 섬유들(110)로 형성된 부직포 층(102) 및 상기 부직포 층(102)에 부착된 불연속 섬유들(116)을 포함함 ―; 및
상기 중간층 강화 보강 직물(400, 450, 700, 750)에 주입된 매트릭스 재료(416, 458, 714, 858)를 포함한다.
본 발명의 추가 양상에 따라 다음이 제공되는데:
D1. 섬유 개질 중간층(100)을 제조하기 위한 방법(300)은:
분산액(208)에 부유된 불연속 섬유들(116)의 슬러리(206)를 거쳐, 연속 섬유들(110)로 형성된 부직포(202)를 뽑아내는 단계(306);
상기 부직포(202)에 부착된 상기 불연속 섬유들(116)의 망(114)을 형성하는 단계(308); 및
상기 섬유 개질 중간층(100)을 형성하는 단계를 포함한다.
D2. 단락 D1의 방법(300)이 또한 제공되는데, 여기서 상기 부직포(202)에 부착된 상기 불연속 섬유들(116)의 상기 망(114)을 형성하는 단계는:
상기 부직포(202)의 적어도 하나의 표면(106, 108)을 형성하는 상기 연속 섬유들(110)의 적어도 일부에 상기 불연속 섬유들(116)의 제1 부분을 기계적으로 접합하는 단계; 및
상기 불연속 섬유들(116)의 제2 부분을 상기 불연속 섬유들(116)의 상기 제1 부분에 기계적으로 접합하는 단계를 포함한다.
D3. 단락 D2의 방법(300)이 또한 제공되는데, 여기서 상기 부직포(202)에 부착된 상기 불연속 섬유들(116)의 상기 망(114)을 형성하는 단계는, 상기 불연속 섬유들(116)의 제1 부분의 적어도 일부를 상기 부직포(202)의 두께에 걸쳐 산재시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 추가 양상에 따라 다음이 제공되는데:
E1. 중간층 강화 보강 직물(400, 450, 700, 750)을 제조하기 위한 방법(600, 650, 900)은:
구조용 토우들(404, 704)로 형성된 적어도 하나의 보강층(402, 702) 및 적어도 하나의 섬유 개질 중간층(100)을 교호 구성으로 배열하는 단계(606, 654, 906) ― 상기 섬유 개질 중간층(100)은 연속 섬유들(110)로 형성된 부직포 층(102) 및 상기 부직포 층(102)에 부착된 불연속 섬유들(116)을 포함함 ―; 및
상기 보강층(402, 702)과 상기 섬유 개질 중간층(100)을 함께 부착하는 단계(608, 656, 908)를 포함한다.
E2. 단락 E1의 방법(900)이 또한 제공되는데, 여기서 상기 보강층(702)과 상기 섬유 개질 중간층(100)을 함께 부착하는 단계는, 상기 섬유 개질 중간층(100)을 상기 보강층(702)에 용융 접합하는 단계(908)를 포함한다.
E3. 단락 E2의 방법(900)이 또한 제공되는데, 이 방법(900)은, 상기 보강층(702)과 및 상기 섬유 개질 중간층(100)에 매트릭스 재료(858)를 예비 함침하는 단계를 더 포함한다.
E4. 단락 E1의 방법(600, 650, 900)이 또한 제공되는데, 이 방법(600, 650, 900)은:
상기 구조용 토우들(404, 704)로 형성된 복수의 보강층들(402, 702) 및 복수의 섬유 개질 중간층들(100)을 교호 구성으로 배열하는 단계(606, 654, 906) ― 상기 섬유 개질 중간층들(100) 각각은:
상기 연속 섬유들(110)로 형성된 상기 부직포 층(102); 및
상기 부직포 층(102)에 부착된 상기 불연속 섬유들(116)을 포함함 ―; 및
상기 보강층들(402, 702)과 상기 섬유 개질 중간층들(100)을 함께 부착하는 단계(608, 656, 908)를 더 포함한다.
E5. 단락 E4의 방법(600, 650)이 또한 제공되는데, 여기서 상기 보강층들(402)과 상기 섬유 개질 중간층(100)을 함께 부착하는 단계(608, 656)는, 상기 보강층들과 상기 섬유 개질 중간층을 실로 함께 스티치하는 단계(608, 652)를 포함한다.
본 발명의 추가 양상에 따라 다음이 제공되는데:
F1. 복합 구조물(150)을 제조하기 위한 방법(1000)은:
중간층 강화 보강 직물(400, 450, 700, 750)의 적어도 하나의 층을 몰드(414, 460, 712)에 레이업하는 단계(1004) ― 상기 중간층 강화 보강 직물(400, 450, 700, 750)은 교호 구성으로 배열되는, 구조용 토우들(404, 704)로 형성된 적어도 하나의 보강층(402, 702) 및 상기 보강층(402, 702)에 부착된 적어도 하나의 섬유 개질 중간층(100)을 포함하고, 상기 섬유 개질 중간층(100)은 연속 섬유들(110)로 형성된 부직포 층(102) 및 상기 부직포 층(102)에 부착된 불연속 섬유들(116)을 포함함 ―;
상기 중간층 강화 보강 직물(400, 450, 700, 750)에 매트릭스 재료(416, 458, 714, 858)를 주입하는 단계(1106); 및
상기 매트릭스 재료(416, 458, 714, 858)를 경화하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가 양상에 따라 다음이 제공되는데:
G1. 복합 구조물(1500)을 통해 전자기 에너지(1350)를 소산시키기 위한 방법(1300)으로서, 상기 방법은:
상기 복합 구조물(1500)의 표면 상에 상기 전자기 에너지(1350)를 전하는 단계(1302) ― 상기 복합 구조물(1500)은 보강 재료(1502) 및 매트릭스 재료(1508)를 포함함 ―;
연속적인 도전 경로(1352)를 따라 측 방향으로 상기 전자기 에너지(1350)를 분산시키는 단계(1304); 및
상기 복합 구조물(1500)에 결합된 접지면(1354)으로 상기 전자기 에너지(1350)를 전달하는 단계(1306)를 포함한다.
G2. 단락 G1의 방법(1300)이 또한 제공되는데, 여기서:
상기 보강 재료(1502)는 교호 구성으로 배열되는, 적어도 하나의 보강층(1504) 및 상기 보강층(1504)에 부착된 적어도 하나의 섬유 개질 중간층(1506)을 포함하고,
상기 연속적인 도전 경로(1352)는 상기 섬유 개질 중간층(1506)에 의해 형성된다.
본 발명의 추가 양상에 따라 다음이 제공되는데:
H1. 복합 구조물(1500)을 통해 충격 에너지(1450)를 소산시키기 위한 방법(1400)으로서, 상기 방법은:
상기 복합 구조물(1500)의 표면 상에 상기 충격 에너지(1450)를 전하는 단계(1402) ― 상기 복합 구조물(1500)은 보강 재료(1502) 및 매트릭스 재료(1508)를 포함함 ―;
상기 복합 구조물(1500)을 따라 측 방향으로 상기 충격 에너지(1450)를 편향시키는 단계(1404); 및
상기 복합 구조물(1500)의 두께에 걸친 손상 성장을 억제하는 단계(1406)를 포함한다.
H2. 단락 H2의 방법(1400)이 또한 제공되는데, 여기서:
상기 보강 재료(1502)는 교호 구성으로 배열되는, 적어도 하나의 보강층(1504) 및 상기 보강층(1504)에 부착된 적어도 하나의 섬유 개질 중간층(1506)을 포함하고,
상기 충격 에너지(1450)는 상기 섬유 개질 중간층(1506)을 따라 측 방향으로 편향되며,
상기 복합 구조물(1500)의 상기 두께에 걸친 상기 손상 성장은 상기 섬유 개질 중간층(1506)에 의해 억제된다.
개시된 장치, 시스템들 및 방법들의 다양한 실시예들이 도시되고 기술되었지만, 본 명세서를 읽을 때 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 변형들이 이루어질 수 있다. 본 출원은 그러한 변형들을 포함하며 청구항들의 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (15)

  1. 복합물 제조 방법으로서,
    부직포에 부착된 불연속 섬유들의 망을 포함하는 섬유 개질 중간층(fiber-modified interlayer)을 생산하기 위해, 분산액에 부유된 불연속 섬유들의 슬러리를 거쳐, 연속 섬유들로 형성된 부직포를 뽑아내는 단계; 및
    상기 부직포의 제1 표면을 형성하는 상기 연속 섬유들의 적어도 일부분에 상기 불연속적인 섬유들의 제 1 부분을 기계적으로 접합시키는 단계;를 포함하고,
    상기 불연속 섬유들은 그래핀 플레이트렛들(graphene platelets), 탄소 위스커들(carbon whisker), 및 초핑된 탄소 섬유들(chopped carbon fibers)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 구성요소를 포함하는,
    복합물 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 부직포를 뽑아내는 단계는 복수의 가이드 롤러들을 이용하여 공급 롤로부터 상기 부직포를 뽑아내는 단계를 포함하는,
    복합물 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 연속 섬유들은 열가소성 재료를 포함하는,
    복합물 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유들은 탄소질 재료를 포함하고, 그리고 상기 분산액은 물인,
    복합물 제조 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 연속 섬유들로 형성된 부직포를 뽑아내는 단계는 상기 슬러리를 저장 탱크에 수용하고, 상기 슬러리가 상기 저장 탱크에 수용되는 동안 부직포를 슬러리를 통해 이동시키는 단계를 포함하는,
    복합물 제조 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 부직포의 제2 표면을 형성하는 상기 연속 섬유들의 적어도 일부분에 상기 불연속적인 섬유들의 제 2 부분을 기계적으로 접합시키는 단계;를 더 포함하고,
    상기 부직포의 제2 표면은 상기 부직포의 제1 표면과 대향하는,
    복합물 제조 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 망의 상기 불연속 섬유들의 적어도 일부는 상기 부직포 층의 두께에 걸쳐 산재되는,
    복합물 제조 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    중간층 강화 보강 직물(interlayer-toughened reinforcing fabric)을 생산하기 위해 상기 섬유 개질 중간층에 보강층을 부착시키는 단계를 더 포함하는,
    복합물 제조 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 보강층을 부착시키는 단계는 상기 보강층을 상기 섬유 개질 중간층에 용융 접합시키는 단계를 포함하는,
    복합물 제조 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 중간층 강화 보강 직물에 매트릭스 재료를 주입하는 단계를 더 포함하는,
    복합물 제조 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 매트릭스 재료를 경화시키는 단계를 더 포함하는,
    복합물 제조 방법.
  12. 제1 항에 있어서,
    대안적인 구성에서 중간층 강화 보강 직물을 생산하도록 복수의 상기 섬유 개질 중간층들에 복수의 보강층들을 부착시키는 단계를 더 포함하는,
    복합물 제조 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 부착시키는 단계는 바늘에 의해 복수의 상기 섬유 개질 중간층들 및 상기 복수의 보강층들을 함께 스티칭하는 단계를 포함하는,
    복합물 제조 방법.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유들의 망이 부착된 부직포를 한 쌍의 가압 롤러를 통해 통과시키는 단계를 더 포함하는,
    복합물 제조 방법.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유들의 망이 부착된 부직포를 가열하는 단계를 더 포함하는,
    복합물 제조 방법.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10773467B2 (en) 2016-12-15 2020-09-15 The Boeing Company Interlayer-toughened filament-wound composite structure
FI129079B (en) 2019-03-11 2021-06-30 Munksjoe Ahlstrom Oyj EMBROIDERED MULTIACIAL STRENGTH
CN111278177B (zh) * 2019-12-13 2021-12-21 中航复材（北京）科技有限公司 一种碳材料电加热片的制备方法
KR20220090242A (ko) 2020-12-22 2022-06-29 현대자동차주식회사 연료전지용 기체확산층 및 그 제조방법과 이를 포함하는 연료전지용 단위셀
US20220389175A1 (en) * 2021-06-03 2022-12-08 BarrFlexTU, LLC Thermoplastic composite materials

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016019143A1 (en) * 2014-07-30 2016-02-04 General Nano Llc Carbon nanotube sheet structure and method for its making
JP2016505699A (ja) * 2013-01-30 2016-02-25 ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅＢｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ 向上した引張強度を有するベール安定化複合材料

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5286553A (en) * 1988-12-15 1994-02-15 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Composite sheet for fibrous reinforcing material
JPH07173754A (ja) * 1993-12-21 1995-07-11 Mitsui Petrochem Ind Ltd 不織布の製造方法及び装置
SE9703886L (sv) * 1997-10-24 1999-04-25 Sca Hygiene Paper Ab Metod för framställning av ett nonwovenmaterial och framställt enligt metoden
GB0009319D0 (en) * 2000-04-17 2000-05-31 Technical Fibre Products Limit Conductive sheet material
JP2004084092A (ja) * 2002-08-23 2004-03-18 Oribesuto Kk 不織布、その製造方法およびそれを基材として含んでなる合成樹脂積層材
JP2004103403A (ja) * 2002-09-10 2004-04-02 Noritake Co Ltd 多孔質炭素シート材およびその製造方法
US8246882B2 (en) * 2003-05-02 2012-08-21 The Boeing Company Methods and preforms for forming composite members with interlayers formed of nonwoven, continuous materials
US20080289743A1 (en) * 2003-05-02 2008-11-27 Tsotsis Thomas K Highly porous interlayers to toughen liquid-molded fabric-based composites
US20040219855A1 (en) * 2003-05-02 2004-11-04 Tsotsis Thomas K. Highly porous interlayers to toughen liquid-molded fabric-based composites
JP4969363B2 (ja) * 2006-08-07 2012-07-04 東レ株式会社 プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料
US8388795B2 (en) * 2007-05-17 2013-03-05 The Boeing Company Nanotube-enhanced interlayers for composite structures
JP5697379B2 (ja) * 2010-08-26 2015-04-08 旭化成せんい株式会社 耐水性セルロースシート
JP6073633B2 (ja) * 2011-10-13 2017-02-01 大王製紙株式会社 ３層積層シートの製造方法
CN102516569B (zh) * 2011-11-18 2014-05-14 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 碳纳米管无纺布层间改性纤维增强复合材料的制备方法
US20160023427A1 (en) * 2012-05-29 2016-01-28 Niles Nanofabrix Nanomaterial based fabric reinforced with prepreg methods, and composite articles formed therefrom
EP2875950A4 (en) * 2012-07-19 2015-07-15 Asahi Kasei Fibers Corp MULTILAYER STRUCTURE WITH A FINE FIBER CELLULOSE LAYER
CN103937426B (zh) * 2014-04-29 2016-08-24 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种导电的结构胶接材料及其制备方法
US10632718B2 (en) * 2014-09-30 2020-04-28 The Boeing Company Filament network for a composite structure
EP3257325A4 (en) * 2015-02-03 2018-09-12 General Nano LLC Electrically-conductive heating element
CN105200539B (zh) * 2015-09-29 2017-08-04 东华大学 一种纳米纤维/纺粘无纺布复合过滤材料制备方法及使用该方法制备的复合过滤材料
US20180077828A1 (en) * 2015-12-08 2018-03-15 The Boeing Company Carbon Nanomaterial Composite Sheet and Method for Making the Same
US10758936B2 (en) * 2015-12-08 2020-09-01 The Boeing Company Carbon nanomaterial composite sheet and method for making the same
US10093041B2 (en) * 2016-04-11 2018-10-09 The Boeing Company Conductive pre-impregnated composite sheet and method for making the same
US10164326B2 (en) * 2016-06-02 2018-12-25 The Boeing Company Frequency-selective surface composite structure

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016505699A (ja) * 2013-01-30 2016-02-25 ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅＢｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ 向上した引張強度を有するベール安定化複合材料
WO2016019143A1 (en) * 2014-07-30 2016-02-04 General Nano Llc Carbon nanotube sheet structure and method for its making

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