KR102520816B1 - 가요성 복합재 - Google Patents

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피터 에릭 브루윈
다니엘 콕스
마크 새비지
랜돌프 에스. 콜맨
그레이엄 로즈
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콘크리트 캔버스 테크놀로지 엘티디
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Abstract

본 발명은 경성 또는 반경성으로 굳을 수 있는 가요성 복합재에 관한 것으로, 이러한 복합재는 제1 층, 제1 층과 대향하고 공간에 의해 제1 층으로부터 분리되는 제2 층, 제1 층과 제2 층 사이의 공간에 위치하는 충전 물질로서, 액체, 기체 또는 방사선의 추가시 경성 또는 반경성인 고체로 굳을 수 있는, 상기 충전 물질, 제1 층 및/또는 제2 층으로부터 공간 내로 실질적으로 연장되고, 대향하는 층을 통과할 수 있거나 대향하는 층으로부터 공간에 존재하는 다른 요소들과 연결될 수 있는 복수의 요소들을 포함하고, 그로 인해 층들을 함께 연결하기 위한 연결 요소들을 형성하며, 그러한 연결 요소들 중 하나 이상에 장력이 인가되고, 제1 층 및/또는 제2 층으로 하여금 장력을 받고 있는 상기 하나 이상의 연결 요소들의 세로 길이에 대해 바깥쪽으로 부풀려지게 하는 압력으로 상기 공간에 굳지 않는 충전 물질이 제공된다.

Description

가요성 복합재
본 발명은 액체의 추가시 또는 기체 또는 방사선으로의 노출에 의해 경성(rigid) 또는 반경성(semi-rigid)이 되게 굳을 수 있는 가요성 복합재에 관한 것이다.
WO2005/124063호는 그라운드 시트(ground sheet)와 커버를 포함하는 쉘터(shelter)를 묘사하고, 그라운드 시트와 커버 사이의 공간은 커버를 올리고 쉘터를 형성하기 위해 공간 내로 공기를 주입함으로써 부풀려질 수 있다. 이러한 커버는 시멘트(cement)로 채워진 직물(fabric)로 만들어지고, 그러한 직물은 헐거운(loose) 부직포인 "웨딩(wadding)"이라고 알려진 펠트(felt)의 타입일 수 있다. 내부 공간이 부풀려지기 직전에, 커버는 물로 젖어서, 부풀림 후 커버에 있는 시멘트가 굳고 쉘터를 위한 자가 지지 루프(self-supporing roof)로서 작용하는 단단한 껍질을 형성하고, 이는 특히 비상 구역들에서 임시 숙박 시설을 제공하는데 있어서 유용하다.
WO2007/144559호는 이격된(spaced-apart) 설비(arrangement)에서의 면(face)들과 그러한 면들 사이의 공간에서 위치한 고체 분말 물질을 유지하는 면들 사이에서 연장되는 방적사(yarn)들(연결 섬유들(linking fibres)이라고도 부르는)과 한 쌍의 대향하는 면들을 포함하는 섬유를 개시한다. 그러한 분말 물질은 액체의 추가시 경성 또는 반경성인 덩어리(mass)로 굳어질 수 있고, 수성 액체(water-based liquid)의 추가시 딱딱한 시멘트 또는 콘크리트로 굳어질 시멘트를 포함할 수 있다. 직물에서의 공간에 굳어질 수 있는 물질의 양은 특히 그러한 물질이 굳어졌을 때, 제1 면과 제2 면 사이의 공간 전체를 실질적으로 차지하도록 정해진다. 그러한 직물(분말 물질 없는)은 스페이서 패브릭(spacer fabric)일 수 있고, 그러한 스페이서 패브릭은 알려져 있으며 상업적으로 이용 가능하다. 그러한 스페이서 패브릭의 두께는 연결 섬유들에 관한 적절한 길이를 선택함으로써 제작하는 동안에 결정된다.
US-4495235호는 커버 층과 백킹(backing) 층 사이에 놓인 석고 또는 시멘트 및 골재들로 만들어진 코어 필(core fill)을 담고 있는 편평한 몸체를 묘사한다. 층들과 코어들은 굳지 않은 필을 통해 함께 니들 접착(needle bond)되고, 그로 인해 코어에서 연결 섬유들을 형성한다. 연결 섬유들은 변형 가능한 상태에서 함께 층을 붙잡고 있다. 편평한 몸체에 충전 물질이 적재된 후, 연결 섬유들을 니들링하고, 압축하며, 필의 패킹(packing) 밀도를 증가시킨 후 롤러들에 의해 필이 압축(compact)된다.
WO2010/086618은 액체와 혼합될 때 굳어지게 되는 물질로 채워진 천(cloth)을 개시한다. WO2010/086618의 천은 그러한 천의 면들 중 하나로부터 옆으로 연장되는 가장자리 부분(edge portion)을 제공하고, 다른 면 쪽으로 연장되는 부분을 끌어당기는 탄력성 있는 방적사들에 의해 천의 가장자리들로부터 충전 물질이 넘치는 것을 방지하고, 그로 인해 천의 가장자리에서 공간을 적어도 부분적으로 폐쇄하고 채움 재료가 천으로부터 넘치는 것을 방지한다.
WO2010/086618의 천은 굳히는 절차 동안에 추가되는 액체의 양을 제어하기가 어려운 문제에 대한 해결책을 제공한다는 점에서 이전의 천들에 비해 개선된 점을 또한 제공한다. WO2010/086618의 천은, 천 내로 들어가는 소정량의 액체가 필에서의 반응물(reagent)을 굳게 하는 것만을 허용하도록, 소정량의 필로 천을 채우는 것에 의해 굳히는 절차 동안에 추가되는 액체의 양을 제어하는 것을 더 쉽게 만들었다.
위에서 논의된 가요성 천들은 다수의 응용예들과 이익들을 가진다. 예를 들면, 가요성 복합재는 구조를 형성하기 위해 위치가 정해질 수 있고, 그런 다음 보호하는 단단한 방호 장벽(armour barrier)을 제공하기 위해 경화될 수 있다. 비슷하게, 직물은 예컨대 임시 도로, 임시 벽, 부식 장벽, 폐기물 저장 구조물, 임시 또는 침투 형태 가공물(work), 배관, 구굴(ditching) 또는 암거(culverts)용 구조적 라이너(liner), 비탈면(slope) 보호 및 안정화 층과 다수의 다른 응용예들을 형성하기 위해 전개될 수 있다. 그러한 직물의 다수의 시트들은 예컨대 그러한 응용예의 사이즈와 국지적(local) 환경에 따라서 함께 사용될 수 있다.
기존의 채워진 가요성 천들이 지닌 문제점은 임의의 상당한 압력 하에 천에 분말 필(power fill)이 실어질 수 없고, 따라서 분말이 가득찬 밀집 상태(density)가 제한된다는 점이다.
가요성 천들을 제작하기 위해 쓰여질 수 있는 몇몇 기술들이 존재한다. 제1 층을 제2 층에 접착하는 것은 니들링 또는 스티치(stitch) 접착 기술들을 사용하여 효과적으로 행해질 수 있고, 이는 층들 중 하나를 통해 필 물질 내로 그리고 반대측 층으로 완전히 또는 부분적으로 직물 또는 쓰레드(thread)를 운반하는 것을 수반하고 그로 인해 상기 층들을 함께 접착시킨다. 니들링과 스티치 접착 기술들은 텍스타일 업계와 같은 업계 전반에 걸쳐 잘 알려져 있고, 많은 양의 가요성 천들을 효율적으로 만들기 위해 사용될 수 있다. 가요성 채워진 천들을 제작하기 위해 니들링과 스티치 접착 기술들을 사용하는 몇 가지 단점들이 존재한다. 니들링 또는 충전 물질을 통한 스티치 접착에 의해 만들어지는 천들은 충전 물질에서의 높은 밀도를 달성할 수 없는데, 이는 니들이 충전 물질을 통과할 때 분말을 옮기고 따라서 니들링 또는 스티칭 접착 공정 후 충전 물질의 밀도가 최대 패킹(packing) 밀도 아래에 있는 되는 부피를 직물 또는 쓰레드를 운반하는 니들들이 가지기 때문이다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 채워지고 바늘로 꿰매지거나 스티치 접착된 천들은 종종 그러한 충전 물질을 싣고 그러한 충전 물질을 다시 압축하기 위해 롤러들 사이에서 채워진 천을 압착함으로써 니들링 또는 스티칭한 후 더 밀도가 높아진다. 다시 압축하기 위해 채워진 천을 압착하는 것은 연결 섬유들이 눌러서 뭉개지게 하고, 따라서 그것들이 팽팽한 상태로 실릴 수 없으며, 외부 표면들이 평평해지고, 따라서 내부 압력을 지지할 수 없는데, 즉 뭉개진 연결 섬유들은 굳지 않은 천을 다루는 것으로부터 생기는 천에 내부 압력을 인가시 그것들의 미리 압착된 상태로 되돌아가기 쉽고, 따라서 충전 물질의 밀도가 그것의 최적 패킹 밀도 아래로 떨어지게 한다. 전술한 이유들 때문에, 채워진 천을 압착함으로써 연결 섬유들을 뭉개는 것은 굳지 않은 가요성 천이 다루어질 때 롤러들에 의해 생성된 증가된 채움 밀도가 잃어버려짐을 의미한다. 그러므로 이러한 식으로 만들어진 채워진 가요성 천들은, 그것들이 다루고 운반되며 사용하는 동안에 조작될 때 굳지 않은 분말 필의 높고 일정한 밀도를 유지하는 것을 못하는데, 이는 연결 섬유들이 분말 필이 물질 내에서 움직이는 것을 허용하도록 쉽게 똑바르게 될 수 있기 때문이다.
채워진 가요성 천들을 제조하는 대안적인 방법은 진동 또는 브러싱(brushing)에 의해 미리 형성된 3차원 구조물의 외부면에서의 세공(pore)들을 통해 분말을 넣은 다음 그 세공들을 밀봉하는 것이다. 이러한 유형의 채워진 가요성 천의 한 가지 단점은 싣는 공정 동안에 붕괴하지 않도록, 미리 형성된 3차원 구조물이 z 방향(두께 방향)에서 충분히 뻣뻣할 것을 요구한다는 점이다. 그러한 뻣뻣한 3차원 구조물들은 비용이 많이 들고, 더 두꺼운 직물들을 요구할 수 있고/있거나, 연결 섬유들이 충전 물질을 싣는 동안에 그리고 사용 중에 그러한 물질의 내부 부피를 유지하기 위해, 충분한 압축 하중들을 지지할 수 있도록 외부의 2개의 층들 사이에 더 많은 수의 연결 섬유들을 요구할 수 있다. 그것들의 외부 표면들이 또한 편평하기 때문에, 굳지 않은 물질이 사용 중에 처리될 때 이러한 모양을 유지하기 위해 뻣뻣한 연결 섬유들은 밀접되게 이격될 수 있다. 그 결과, 단위 부피당 개수가 매우 높은 뻣뻣한 연결 섬유들이 분말이 충분한 밀도로 실어지는 것을 가능하게 하기 위해 요구되고, 이는 이러한 식으로 제작된 천들이 제작하는데 비용이 많이 들고 제작하는 것을 어렵게 만든다. 또, 분말 필이 로드된 면을 밀봉하는 것이 어려울 수 있는데, 이는 그러한 분말 필이 열린 세공들을 닫기 위해 밀봉 표면을 접착 또는 형성하는 것을 어렵게 하는 이형제(release agent)로서 작용할 수 있기 때문이다.
US-5401552호는 제1 섬유층(fibrous layer)과 제2 섬유층, 및 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이의 벤토나이트 점토의 비섬유층을 가지는 토목 복합재료(geocomposite) 라이너 물질(liner material)을 개시한다. 제1 층과 제2 층 사이에 벤토나이트 점토를 놓고, 제2 층으로부터의 섬유들이 제2 층으로부터 벤토나이트 점토로 연장되고 제2 층을 통해 연장되도록 제2 층을 니들 펀칭함으로써 US-5401552호의 라이너가 형성된다. 제2 층으로부터의 섬유들은 제1 층으로부터 연장되고, 제1 층, 벤토나이트 점토층, 및 제2 층을 함께 붙들고 있도록 제1 층의 외부로 가열 융합(heat fuse)된다. DE-4122993호와 US-5346566호는 유사한 물질들 및 제작 방법들을 개시하지만, 제1 층으로부터 연장되는 섬유들은 접착제에 의해 제1 층의 외측에 고정된다.
벤토나이트와 같은 부풀릴 수 있는 점토들을 포함하는 토목합성재료 물질들의 기존의 제작 공정들이 지닌 한 가지 문제점은, 점토를 통과하는 니들들 상에서의 마모(wear)를 야기하고, 그 결과 마모되거나 구부러진 니들들의 빈번한 대체를 일으키며, 부풀림 전의 건조한 점토의 밀도를 제한한다.
본 발명은 가요성 천에 대한 대안을 제공하는 것을 목표로 한다. 본 발명은 또한 위에서 확인된 문제들에 대한 해결책을 제공하는 것을 목표로 한다.
"가요성 복합재" 또는 "복합재"라는 용어는 본 명세서에서 굳을 수 있는 충전 물질을 함유하는 내부 공간을 가지는 스페이서 물질(spacer material)을 표시하기 위해 사용될 것이다. "스페이서 물질"은 내부 공간에 의해 서로 분리되는 제1 층과 제2 층을 가지는 물질이고, 또한 이격된 배치로 제1 층과 제2 층을 유지하는 제1 층과 제2 층 사이에서 연장되는 연결 요소들을 가진다. 굳을 수 있는 충전 물질은 또한 "필(fill)"이라고 불리고, 이러한 필은 "반응물(reagent)"이라고 불리고 그러한 필이 굳게 야기하는 방사선 또는 액체와 반응하는 물질과, 필러(filler) 등의 불활성 물질과 보조제들(auxiliaries)과 같이 액체 또는 방사선과 반응하지 않는 물질들 모두를 포함할 수 있다. "제1 층"이라는 용어는 탑사이드(topside) 외부 면과 내부 공간 사이의 복합재의 부분을 표시하게 된다. 이러한 제1 층은 액체 및/또는 침투가능한 방사선일 수 있고, 보통은 설치시 제조물의 가장 위쪽 부분이 된다. "요소(element)"라는 용어는 제조물 층들을 형성하기 위해 다른 요소들과 결합될 수 있는, 이산(discrete) 물질 성분을 표시하기 위해 사용될 것이다. 제1 층은 함께 접착된 2개 이상의 각각의 요소들로 이루어질 수 있다. "제2 층"이라는 용어는 내부 공간과 하면(underside)의 외부 면 사이의 복합재의 부분을 표시하게 된다. 이러한 제2 층은 보통 일단 설치되면 풍화(weathering)에 노출되지 않게 되는 사이드가 된다. 제2 층은 또한 함께 접착된 다수의 각각의 요소들로 이루어질 수 있다. "중간 평면(mid plane)"이라는 용어는 제1 층과 제2 층이 평면들로서 이상화된다면 제1 층과 제2 층의 표면들로부터 같은 거리에 있는 평면을 의미한다.
따라서, 본 발명은 경성 또는 반경성으로 굳을 수 있는 가요성 복합재를 제공하고, 이러한 복합재는: 제1 층; 상기 제1 층과 대향하고 공간에 의해 상기 제1 층으로부터 분리되는 제2 층;
상기 제1 층과 상기 제2 층 사이의 상기 공간에 위치하는 충전 물질로서, 액체, 기체 또는 방사선(radiation)의 추가시 경성 또는 반경성인 고체로 굳을 수 있는, 상기 충전 물질;
상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층으로부터 상기 공간 내로 실질적으로 연장되고, 상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층에 연결되며, 상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층을 통과할 수 있고 함께 연결될 수 있어 상기 층들을 함께 접합하기 위한 연결 요소들을 형성하는 복수의 요소들을 포함하고,
상기 하나 이상의 연결 요소들에 장력이 인가되고, 상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층으로 하여금 팽팽하게 되어 있는 인접한 연결 요소들 사이에서 외향으로 부풀려지게 하는 압력으로 상기 공간에 굳지 않는 충전 물질이 제공된다.
하나 이상의 연결 요소들에서 장력과 결합되는 분말 필(powder fill)에 의해 발휘된 압력은 제1 및/또는 제2 층들로 하여금 장력을 받고 있는 상기 하나 이상의 연결 요소들 사이의 제1 층과 제2 층 사이의 중간 평면에 대해 외향으로 부풀려지게 하고, 하나 이상의 연결 요소들이 제1 층 및/또는 제2 층에 연결하는 위치에서 제1 층 및/또는 제2 층 사이의 복합재에서 국지적인(local) 최소 두께의 하나 이상의 점(point)들을 형성한다.
제1 층 및/또는 제2 층은 충전 물질을 보유하지만 액체 또는 기체의 통과를 허용하도록 충분히 작은 복수의 세공(pore)들을 포함할 수 있다.
공간에 위치한 굳을 수 있는 충전 물질은 그러한 채움 재료를 빽빽히 채워 넣고 제1 층 및 제2 층의 주어진 로딩(loading) 차이 압력과 기계적 성질들에 관해 필이 차지하는 구조물의 내부 부피를 최대화하도록 양의 차이 압력 하에 공간 내로 로드되었다. 접합된 연결 요소들이 제1 층과 제2 층에 연결되는 점들에서 최소값을 가지면서 0.1 내지 50㎜(예컨대 2 내지 30㎜)인 길이 스케일로 일련의 (복수의) 3차원 만곡된(curved) 신장성 있는 미세구조물(벌지(bulge)들)을 바람직하게 형성할 수 있는 제1 층 및 제2 층에서 충전 물질에 의해 발휘된 압력의 결과로서, 접합된 연결 요소들이 팽팽해진 상태로 로드된다. 이는 그러한 재료가 편평한 표면 상에서 외부 하중(load)들이 인가되지 않고 물질이 굳지 않은 상태에 있고 놓일 때 관찰될 수 있다. 편평할 때, 개별 연결 요소들이 팽팽한 상태로 로드되고 빽빽히 채워진 필 물질의 존재는 연결 요소들의 부착점들 사이에서 팽팽해진 상태로 이들 표면들을 로드하는 연결 요소들 사이에서 제1 층과 제2 층이 외향으로 부풀어지게 한다.
필이 공간 내로 로드되는 양의 차이 압력은 유동화된 분말(공기에 노출되는 것 및/또는 진동에 의해 유동화된)에서 유체 정역할적일 수 있고, 기계적으로 또는 가압된 기체 또는 액체 운반체(carrier)에 의해 유도될 수 있으며, 그런 다음 제1 및/또는 제2 층을 통해 빠져나갈 수 있다. 복합재의 2개의 층들 사이의 공간의 부피는 그러한 층들이 얼마나 멀리 떨어져 움직여질 수 있는지를 제한하는 연결 요소들에 의해 제한된다. 가압된 채움(filling)은 층들 사이의 분말 채움의 꽉 채움을 가져오고, 이러한 꽉 채움은 실질적으로 보유되는데, 이는 연결 요소들과 제1 층 및 제2 층이 내부 부피를 유지하게 팽팽해진 상태에 있기 때문이다. 실질적으로 꽉 채움의 레벨을 유지하는 것은 굳지 않는 물질의 운반 및 설치 동안에 충전 물질의 움직임(그리고 그로 인해 생기는 밀도의 손실)을 최소화하고, 충전 물질이 굳는 동안에 설정 가능한 분말 비율(ratio)에 관한 정확한 액체를 보장하는 데 있어서 중요하다.
가요성 복합재의 제1 층은 부직포를 포함할 수 있다. 이러한 부직포는 니들 펀칭, 접착제들, 가열 및 가압, 고수압직조, 스티칭 접착, 또는 초음파 용접에 의해 접착되는 직물들을 포함할 수 있다. 바람직하게, 부직포는 니들 펀칭에 의해 접착되는 섬유들을 포함한다.
부직포를 제1 층에 제공하는 것은 충전 물질을 가요성 복합재가 공간에서 붙들고 있는 것을 가능하게 하고, 동시에 물과 같은 액체들의 통과를 허용함으로써 연결 요소들 또는 필에 의한, 충전 물질 있는 공간 내로 집어넣음으로써 액체가 스며들거나 끌어 당겨지는 것을 가능하게 한다. 그것들은 또한 복합재에서 충전 물질을 보유하면서 사용된 가압된 운반체 기체 또는 액체가 복합재를 빠져나오기 위해 제작하는 동안에 충전 물질을 도입하는 것을 가능하게 한다.
부직포의 섬유들은 폴리에스테르 섬유들, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유, 폴리비닐 알콜 섬유, 나일론 섬유, 실나이론(silnylon) 섬유, 비닐 섬유, 바살트(basalt) 섬유, 탄소 섬유, 알칼리 저항성 섬유유리 섬유, 유리 섬유, 코팅된 유리 섬유, 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride) 섬유, 아라미드 섬유, 황마 섬유, 무명 섬유, 비스코스 섬유 중 하나 이상과 그것들의 혼합물들일 수 있다. 그러한 섬유들은 추가로 열활성화된 접착제 또는 화학적 활성화법, 방사선 활성화법 또는 산화 활성화법에 의존하는 접착제들의 다른 형태들을 포함할 수 있다.
부직포의 섬유들은 0.1 내지 100 데시텍스(decitex)(g/m로 측정된), 바람직하게는 0.2 내지 100 데시텍스, 더 바람직하게는 0.5 내지 100 데시텍스, 훨씬 더 바람직하게는 1 내지 100 데시텍스, 바람직하게는 2 내지 50 데시텍스 또는 3 내지 30 데시텍스의 평균 선형 밀도를 가질 수 있거나 상이한 중량들의 섬유들의 혼합물을 가질 수 있다. 부직포의 섬유들은 10 내지 200㎜, 바람직하게는 30 내지 150㎜, 또는 40 내지 100㎜인 스테이플 길이(staple length)를 가질 수 있는데, 예컨대 부직포의 섬유들은 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190 또는 200㎜인 스테이플 길이를 가질 수 있다.
제1 층은 기체들 및/또는 액체들에 대해 투과될 수 있지만, 충전 물질에 대해서는 실질적으로 불투과성일 수 있다. 이러한 식으로, 기체들 및/또는 액체들은 스며들고 제1 층을 통과하여 공간 내로 들어갈 수 있으면서 충전 물질이 밖으로 떨어지지 않고 그러한 공간을 빠져나가는 것을 보장한다. 그러한 투과될 수 있는 제1 층을 제공하는 것은 또한 과도한 기체들 및/또는 액체들이 공간으로부터 탈출하는 것을 가능하게 한다. 바람직하게, 제1 층은 기체에 대해 충분히 투과될 수 있어서, 굳을 수 있는 분말을 공간 내로 운반하는 가압된 기체가 탈출하는 것을 허용하지만 굳을 수 있는 분말이 탈출하는 것을 방지하고, 그로 인해 굳을 수 있는 분말이 공간 내로 운반하는 동안의 밀도보다 높은 밀도로 물질 내로 끌어 들여지는 것을 가능하게 한다. 바람직하게, 제1 층은 기체에 대한 높은 투과율(permeability)을 가지는데, 이는 일단 기체가 기압까지 팽창되면 굳을 수 있는 분말의 부피보다 운반 기체의 부피가 훨씬 더 클 수 있기 때문이다. 더 높은 운반 기체 압력들은 운반 비율 그리고 따라서 물질의 채움을 증가시키고, 층들 사이에 끌어 들여진 굳을 수 있는 분말 필의 밀도를 증가시키며, 연결 요소들에 작용하는 장력 및 스트레치를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 더 강한 섬유들, 다른 층들에 대한 더 양호한 부착을 통한 더 높은 인장 용량(인장 강도) 또는 평방센티미터당 더 많은 요소들이 물질로 하여금 더 높은 압력들로 채워지는 것을 가능하게 한다. 연결 요소들에 더 높은 인장 용량을 제공하는 것은 더 높은 밀도까지 공간 안쪽에 충전 물질이 채워지는 것을 유리하게 가능하게 하고, 그로 인해 굳은 복합재 재료의 성질들을 개선한다. 그러므로 더 높은 인장 용량은 굳은 복합재의 감소된 공극률(porosity)을 제공하고, 또한 운반 중에 그리고 물질이 굳기 전에 사용될 때 굳지 않은 분말 필의 움직임을 방지할 수 있다.
제1 층의 물질들은 실질적으로 굳을 때의 필 물질과 동일한 컬러를 가질 수 있다. 바로 밑에 세트 필 물질과 유사한 컬러를 갖는 제1 층을 제공하는 것은 제1 층 내로 스며나오는 임의의 충전 물질로부터의 염색(staining)과 사용 중에 벗겨지거나 손상되는 제1 층으로부터 생기는 임의의 염색 또는 보일 수 있는 마킹(marking)을 방지하는데 도움이 된다. 대안적으로, 제1 층 및/또는 충전 물질은 주위 환경 내로 뒤섞이거나 주위 환경으로부터 두드러지도록 색이 입혀질 수 있거나 시간이 지남에 따른 퇴색(fading)을 회피하고 비용을 최소화하기 위해 그것의 자연색(natural colour)일 수 있다.
가요성 복합재는 닳게 하는 환경에서 그것의 마모 특징들을 향상시키기 위해, 충전 물질로부터 떨어져 향하는 제1 층의 가장 바깥쪽 사이드에서 하나의 마모 요소(wear element) 또는 하나 이상의 코팅(들)을 포함할 수 있다.
그러한 마모 요소(또는 코팅)은 제1 층 자체의 물질로 통합된 추가적인 요소일 수 있거나, 제1 층에 코팅으로서 적용될 수 있다. 만약 제1 층이 부직포를 포함한다면, 마모 요소 또는 코팅을 적용하는 것이 부직포들을 함께 묶는 행위를 할 수 있다. 그러한 마모 요소 또는 코팅은 제1 층이 그러한 필에 관한 유착제(setting agent)에 대해 스며들 수 있는 것을 방지해서는 안 되고, 그러한 경우에는 예를 들면 구멍이 뚫리거나 격자와 같은(grid-like) 형태의 것일 수 있다. 그러한 마모 코팅을 제공하는 것은 닳게 하는 환경들(예컨대, 복합재가 임시 도로 표면, 수갱(mine shaft) 벽에 관한 보강 라이닝으로서 또는 디치(ditch) 라이닝으로서 사용되는)에서 복합재의 마모 및 내구성을 향상시키고 또한 섬유들(예컨대, 생분해성이 아닌 사람이 만든 섬유들)을 그러한 복합재로부터 분리하는 것과 그러한 환경 내로 누출하는 것을 방지한다.
그러한 마모 요소 또는 코팅(들)은 폴리에스테르, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 알콜, 나일론, 실나일론, 비닐, 바살트, 탄소 섬유들, 유리 섬유들, 코팅된 유리 섬유들, 고무, 라텍스, HDPE, 폴리비닐클로라이드, 아라미드, 황마, 무명, 비스코스, 폴리프로필렌, 스티렌 블록 폴리머들 또는 아크릴(acrylics), 폴리에스테르, 폴리황화물 또는 폴리우레탄, 리그닌(lignin) 또는 이들의 혼합물들을 포함하는 물질들의 목록으로부터 선택된다. 바람직하게, 그러한 마모 요소 또는 코팅(들)은 폴리프로필렌의 하나 이상의 층들을 포함한다.
가요성 복합재의 제1 층 및/또는 제2 층은, 제1 층 및/또는 제2 층의 강성도(stiffness)을 증가시키고/증가시키거나 인장 강도를 향상시키도록 구성된 직조된 직물, 직조되지 않은 직물, 연속적인 막(membrane) 또는 편직물(knitted fabric)을 포함하는 보강 요소를 더 포함할 수 있다. 바람직하게, 그러한 보강 요소는, 예를 들면 양호한 강도 및 강성도를 가지는 1㎜ 길이의 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)과 같은 연속적인 지질막(geomembrane)이다. 그러한 보강 요소는 예를 들면 보강을 제공하고, 굳지 않은 가요성 복합재를 3차원 모양으로 형성하기 위해 구부러질 수 있게 충분히 뻣뻣한 2가지 목적을 가지고 잡아 늘일 수 있는 금속성 라스(ductile metal lath), 그리드(grid) 또는 메시(mesh)와 같은 잡아 늘일 수 있는 층을 또한 포함할 수 있고, 그러한 경우 잡아 늘일 수 있는 층은 물질이 굳기 전에 그러한 모양으로 복합재의 자체 무게(self-weight)를 지탱하기에 충분히 뻣뻣하다. 이는 그것이 프레임워크에 관한 요구 사항을 제거하기 때문에 유리한데, 이는 그러한 물질이 스스로 지탱하는 3차원 형상으로 바로 형성될 수 있고, 이 경우 그것이 제한된 강도를 가지게 되지만 액체 유착제의 추가에 의해 3차원 형태로 굳게 하는 가요성 복합재로 쉽게 굳을 수 있기 때문이다. 기존의 굳을 수 있는 천들은 굳어지기 전에 3차원 모양을 얻기 위해, 기존의 형상, 프레임워크 위에 놓여야 하거나 부풀려질 수 있어야 한다.
보강 요소는 다른 요소들의 기능을 이행할 수 있고, 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 중간 밀도 폴리에틸렌(MDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), LLDPE, 가요성 폴리프로필렌, 클로로설폰화(chlorosulphonated) 폴리에틸렌, 폴리우레탄, EPDM(ethylene propylene diene monomer rubber) 고무, 부틸 고무, 네오프렌(neoprene
Figure 112019063788501-pct00001
), 폴리우리아 코팅(polyuria coating)들, 실리콘, 라텍스, 천연 고무 또는 합성 고무, 폴리에스테르, 멜트-스펀(melt-spun) 폴리에틸렌 섬유들, 나일론, 실나일론, 비닐, 바살트 섬유들, 붕소 섬유들, 탄소 섬유들, 폴리비닐 알콜 섬유들, 알루미나 섬유들, 유리 섬유들, 아라미드 섬유들, 황마, 무명, 비스코스 또는 그것들의 혼합물들, 스테인레스 스틸, 스틸, 알루미늄 합금들 등과 같은 금속들을 포함할 수 있다. 보강 요소에 대한 알맞은 형태들은 이축 연신된(biaxially stretched) HDPE 그리드들, 라스들(laths), 편물 또는 직물들, 지오그리드, 자체적으로 보강된 부직포들 등일 수 있는 멤브레인 시트(membrane sheet) 물질들 등과 같은 압출된 메시(extruded mesh)들을 포함한다. 바람직하게, 그러한 보강 층은 폴리프로필렌을 포함한다. 가장 바람직한 것은 그러한 보강 층이 폴리프로필렌으로 직조된 테이프이다.
바람직하게, 보강 요소(충전 물질과 이웃하는)의 안쪽 부분은 굳을 때 접착하는 충전 물질을 위한 텍스처드 표면(textured surface)을 포함한다. 이러한 텍스처드 표면은 보강 요소의 일체형 부분이거나 굳을 수 있는 충전 물질과 접촉하는 표면으로 접착된 추가적인 요소일 수 있다. 예를 들면, 그러한 보강 요소는 편직된 메시 또는 열린 위브(open weave)와 같은 열린 구조물을 포함할 수 있고, 그러한 충전 물질이 열린 구조물을 관통할 수 있고, 일단 굳어지면 상기 보강 층을 넘어 제1 층 및/또는 제2 층에 접착할 수 있도록 구성될 수 있다.
제1 층 및/또는 제2 층의 최종 인장강도는
Figure 112019063788501-pct00002
로 나타내어질 수 있고, 여기서 σf는 굳을 때 충전 물질의 (N/㎡) 단위의 최종 인장강도이고, tf는 굳은 충전 물질의 평균 두께(m)이며(물질이 BS EN 1849:2001에서 묘사된 것과 같은 3점 벤드 테스트(three-point bend test)에서 고장나게 정지될 때 크랙 라인(crack line)을 따라 측정된), Tr은 어느 쪽이든 구부러지는 방향에 의해 장력에서 로드되는 제1 층 또는 제2 층의 최종 인장강도(미터 폭당 N)이다. 층의 최종 인장강도는 그러한 층을 포함하는 요소들 모두의 조합(combination)이게 되고, 보강 요소(포함될 때)에 의해 실질적으로 지배를 받을 수 있다.
수학식 1은 다음과 같이 유도될 수 있다. 도 15의 항목(item)(1000)은 BS EN 196-1:2005에 기초한 3점 벤드 테스트를 받는 가요성 복합재(도 11의 평면 내로의 단위 깊이당)의 굳은 샘플(set sample)에 작용하는 힘들을 보여준다. 제1 층은 19로, 굳은 충전 물질은 20으로, 제2 층은 21로 도시되어 있다. 그러한 샘플의 고장 모드(failure mode)는 장력을 받는 상태에서 고장나고 제1 중앙 크랙(cental crack)으로부터 점점 더 멀어지는 이산 점들(discrete points)에서 몇 번이고 갈라지며, 제2 층이 장력을 받는 상태에서 고장날 때 최종 고장이 발생하는 굳은 충전 물질에 의한 것이라고 가정된다. 이는 압축 상태에 있는 벌크 세트 필(bulk set fill)의 고장 또는 보강의 층간 박리(delamination)와 같은 다른 고장 모드들과는 대조를 이룬다. 만약 예를 들면 제1 층이 장력을 받는 상태의 제1 층이 되도록 반대측으로부터 가요성 복합재에 하중이 인가되고 수학식 1이 여전히 적용된다면 제1 층과 제2 층은 서로 교환될 수 있다.
도 15의 항목(1000)은 제1 크랙이 벌크 세트 필에서 나타난 후, 하지만 제2 층이 고장나기 전의 샘플을 보여준다. F(N으로 나타낸)는 가운데로 인가된 하중이고, L(m에서의)은 그러한 샘플의 지지체(support)들의 간격(spacing)이며, xf(m에서의)는 중앙 하중의 변위(displacement)이다. xf는 작은 각도 규칙(small angle rule)들이 후속하는 식들에 적용되도록 L보다 적어도 5배 더 작고, 그러한 샘플이 시험 전에 실질적으로 평탄하였다고 가정된다.
도 15의 항목(1100)은 샘플의 중앙에서 가상의 절단(hypothetical cut)이 이루어진다면 세트 벌크 필에서의 제1 크랙이 열리는(opening up) 점에서 샘플에 작용하는 힘들의 분해도를 보여준다. T1(N으로 나타낸)은 세트 필의 상부 가장 바깥쪽 가장자리에서의 세트 필에 작용하는 순수한 압축력이고, T2(N으로 나타낸)는 세트 필의 저부 가장 바깥쪽 가장자리에서의 세트 필에 작용하는 순수한 인장력이다. 힘들의 간단한 레솔루션(resolution)은:
Figure 112019063788501-pct00003
인 것을 보여준다.
벌크 세트 필과 제2 층 사이의 접촉 영역에 작용하는 전단응력(shear stress)은 s(N/m으로 나타낸)이다.
Figure 112019063788501-pct00004
라고 가정되고, 여기서 Tr(N으로 나타낸)은 EN ISO 10319:2015를 사용하여 측정된 제2 층의 최종 인장강도이다. 이러한 관계식은 제2 층이 전단시 얇은 조각으로 갈라지기 전에 간정 상태에서 깨뜨려 진다는 가정이 진실이 되어야 한다면 참인 상태로 유지되어야 한다.
만약 σf(N/m으로 나타낸)가 BS EN 12390-6:2009를 사용하여 측정된 장력을 받는 상태에서의 고장 전에 벌크 세트 필에서의 최대 인장 응력이라면, 구부림시의 단단한(solid) 직사각형 빔(rectangular beam)의 응력들을 분해함으로써, 다음 식이 참인 것으로 보여질 수 있다.
Figure 112019063788501-pct00005
여기서, tb(m으로 나타낸)는 세트 필 재료(BS EN 1849:2001에서 묘사된 것과 같은 3점 벤드 테스트에서 고장이 나게 물질이 로드될 때 크랙 라인을 따라 측정된)의 평균 두께이다.
세트 벌크가 제1 크랙들을 채울 때 장력을 받는 상태의 제1 층 및/또는 제2 층이 고장나지 않게 하기 위해, 다음 관계식이 참이 되어야 한다:
Figure 112019063788501-pct00006
수학식 5를 수학식 6에 삽입하고 다시 정리하면:
Figure 112019063788501-pct00007
(수학식 1)이 된다.
수학식 1이 참이 되도록 하기 위해, 장력을 받는 상태에 있는 층은 보강 요소 그 자체가 구부림시 빔으로서 작용하기보다는 실질적으로 장력을 받는 상태로 로드되도록 구부러지는 평면으로부터의 스스로 상당히 견딜 수 없어야 한다.
바람직하게, 장력을 받는 상태의 층은 수학식 1에서 규정된 최종 인장강도(Tr)와 일치하고, 변형률(strain) 범위인 5 내지 15% 내에서 1 내지 50kN/m의 범위에 있는 강성도를 가진다.
굳을 때, 충전 물질은 구부릴 때에 다음 2가지 모드: 즉, (1) 제1 층 및/또는 제2 층과 세트 충전 물질 사이의 경계면에 걸쳐 세트 필 물질에 의해 끌어 들여지는 요소들에 의한 피닝(pinning); 및 (2) 굳은 충전 물질에 바로 인접한 제1 층 및/또는 제2 층의 내부 면들로의 세트 필 물질의 접착의 조합에 의해 제1 층 및/또는 제2 층으로 로드(load)를 보낸다. 제1 층 및/또는 제2 층이 수학식 1의 관계식을 따르면, BS EN 196-1:2005에서 묘사된 3점 벤드 테스트에서의 복합재의 고장이 보강 층(들)의 고장 전에 세트 충전 물질에서 열리는 많은 수의 작은 크랙들을 가지고 계속해서 일어나게 된다. 이는 일단 처음 크랙이 굳은 충전 물질에서 형성되면 세트 필과 제1 및/또는 제2 층들 사이의 경계면이 로드가 장력을 받는 상태에 있는 제1 및/또는 제2 층으로 보내지는 것을 허용하기 때문에 일어난다. 장력을 받는 상태에 있는 층에서의 팽팽함이 증가함에 따라, 세트 필 물질에서 새로운 크랙들이 형성되는 레벨에 도달하게 된다. 이러한 공정(process)은 장력을 받는 상태에 있는 층의 최종 강도에 도달할 때까지 여러번 반복될 수 있다. 이는 가요성 복합재의 재해적 고장(catastrophic failure) 전에 표준 3점 벤드 테스트에서 놀랍게도 큰 중앙 변위를 허용한다.
복합재의 길이를 따라 일련의 작은 크랙들을 생성하는 것은 또한 그러한 복합재의 몸체 내의 임의의 굳지 않은 충전 물질이 노출되고, 물 또는 공기 또는 방사선과 같은 유체 유착제(fluid setting agent)들이 크랙들을 관통하고 세트 필 물질의 매트릭스 내에서 끌어 들여진 굳지 않는 충전 물질과 반응하는 것을 허용함으로써 복합재에 스스로 치유하는(self-healing) 효과를 주기 위해 사용될 수 있음을 의미할 수 있다. 이는 굳는 물질의 최초 강도 및 강성도의 일부 또는 전부를 유리하게 복원시킬 수 있다.
제1 및/또는 제2 층은, EN 10319:2015 표준을 사용하여 취해진 측정들에 기초하여, 미터 폭당 0.5 내지 200kN, 바람직하게는 1 내지 150kN/m, 또는 1 내지 100kN/m의 인장강도를 가질 수 있다.
보강 요소의 적어도 일부는 굳을 때 달라붙는 분말에 관해 내부 표면 상에 텍스처된 키잉(textured keying) 표면(키잉 요소)을 포함할 수 있다.
제1 및/또는 제2 층은 가장 안쪽 표면의 적어도 부분 상에 러프 키잉(rough keying) 직물의 층을 더 포함할 수 있고, 그로 인해 공간에서 분말 물질과 접한다. 러프 키잉 직물은 분말이 그것의 굳은 상태에 있을 때 굳을 수 있는 분말에 키잉 요소가 접착할 수 있게 하는 임의의 알맞은 물질일 수 있다. 그러한 키잉 요소는 메시, 편물 또는 직물, 지오그리드, 부직포, 봉제한 직물, 스펀레이스 부직포, 고수압 직조된(hydro entangled) 부직포 또는 그것들의 혼합물일 수 있다. 바람직하게, 러프 키잉 직물은 20 내지 300g/㎡, 더 바람직하게는 80 내지 250g/㎡, 훨씬 더 바람직하게는 20 내지 150g/㎡인 덩어리(mass)를 갖는 니들 펀치된(needle punched) 부직포이다.
러프 키잉 직물은 폴리에스테르 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유, 폴리비닐 알콜 섬유, 나일론, 실나이론, 비닐, 바살트 섬유, 탄소 섬유, 유리 섬유, 코팅된 유리 섬유, 폴리비닐클로라이드 섬유, 아라미드 섬유, 황마, 무명, 비스코스 섬유들을 포함할 수 있다. 바람직하게, 러프 키잉 직물은 폴리프로필렌 섬유들을 포함한다.
바람직하게, 충전 물질이 굳을 때, 키잉 요소와 굳을 수 있는 분말 사이 그리고 키잉 요소와 보강 요소 사이에 형성된 접착(bond)의 강도는 보강 요소의 최종 인장강도(복합재의 미터 폭당 뉴튼들(N/m)로 측정된)인 Fr 이상이게 설정된다. 충전 물질이 굳을 때 키잉 요소와 굳을 수 있는 분말 사이 그리고 키잉 요소와 보강 요소 사이에 형성된 접착의 강도는, 접착의 전단강도 및/또는 박리강도, 즉 접착이 박리에 저항하는 정도(extent)에 기초하여 판단될 수 있다. 바람직하게, 충전 물질이 굳을 때 키잉 요소와 굳을 수 있는 분말 사이 그리고 키잉 요소와 보강 요소 사이의 접착의 전단강도 및/또는 박리강도는 Fr 이상일 수 있다. 바람직하게, 키잉 요소와 굳을 수 있는 분말 사이의 접착들의 전단강도는 5 내지 20kN/㎡로부터이고, BS EN ISO 13426-1:2005를 사용하여 테스트될 때 충전 물질이 굳을 때 키잉 요소와 보강 요소 사이의 접착에 대해서는 5 내지 20kN/㎡로부터이다. 바람직하게, 키잉 요소와 굳을 수 있는 분말 사이의 접착들의 박리저항(박리 강도)은 0.5 내지 10kN/㎡로부터이고, BS EN ISO 13426-2:2005를 사용하여 테스트될 때 충전 물질이 굳을 때 키잉 요소와 보강 요소 사이의 접착에 대해서는 0.5 내지 10kN/㎡로부터이다. 바람직하게, 키잉 요소와 굳을 수 있는 분말 사이의 접착의 박리저항(굳을 때)은 키잉 요소와 보강 요소 사이의 접착의 박리저항 이상이며, 이들은 동일한 물질일 수 있다.
텍스처된 키잉 표면을 제공하는 것은 달라붙는 충전 물질에 대한 증가된 표면적을 제공하고, 충전 물질로 하여금 굳은 충전 물질(공간에서)에서 적어도 부분적으로 끼워넣어지고 제1 층 및 제2 층 모두 또는 한쪽에 부착되는 개별 요소들 주위에서 굳어지는 것을 가능하게 함으로써, 층들과 굳는 충전 물질 사이에 강한 접착이 형성되는 것을 가능하게 한다. 추가적으로, 그리고 더 일반적으로는 굳은 충전 물질에 노출된 키잉 표면의 표면적을 증가시키는 것은 굳은 충전 물질과 키잉 요소 사이의 접착 강도를 향상시킨다. 부직포 요소를 포함하는 제1 층은 증가된 접착 강도의 점에서 동일한 이익을 가진다. 그러므로, 제1 및/또는 제2 층의 안쪽 표면에서 부직포를 제공하는 것은, 굳은 복합재가 외부 로드에 노출될 때, 충전 물질, 즉 제2 층과 충전 물질, 즉 제1 층의 접촉면들이 얇은 층으로 갈라지는 것에 더 저항성을 지니게 만든다.
본 명세서에서 논의된 바라는 굽힘 특징들을 얻기 위해서는, 제1 및/또는 제2 층의 안쪽 부직포 요소 사이의 접착(굳은 충전 물질이 존재하는 키 및 임의의 보강 요소일 수 있는)이, 이러한 접착의 전단강도가 보강 요소의 최종 인강강도와 유사한 크기의 것이도록 충분히 강해야 한다. 이는 키잉 층 그리고 그것을 가지고 하중을 받으면서 구부러지는 동안에 보강 요소로부터의 굳은 분말이 얇은 층으로 갈라지는 것을 방지하기 위함이다.
제2 층은 유체가 통하지 않는 요소를 포함함으로써, 유체들에 대해 실질적으로 통하지 않을 수 있다. 바람직하게, 수리 전도도는 적어도 1×10-8ms-1 이하가 된다. 대안적으로, 유체가 통하지 않는 요소를 포함하는 제2 층의 수리 전도도는 10-3 내지 10-15ms-1, 10-6 내지 10-14ms-1 또는 10-7 내지 10-12ms-1의 범위에 있을 수 있다.
유체가 통하지 않는 요소는 저온 용융(low-melt) 폴리머, PVC, 폴리프로필렌, 고온 용융 압출(hot-melt extrusion), HDPE, MDPE, LDPE, LLDPE, 가요성 폴리프로필렌, 클로로설폰화 폴리에틸렌, 폴리우레탄, EDPM 고무, 부틸 고무, 네오프렌(neoprene
Figure 112019063788501-pct00008
), 폴리우리아 코팅(polyuria coating)들, 실리콘, 라텍스, 천연 또는 합성 고무들, 또는 그것들의 혼합물들을 포함할 수 있다. 바람직하게, 제2 층은 유체들에 대해 실질적으로 불침투성이도록 구성된 저온 용융 폴리머 층을 포함한다. 바람직하게, 제2 층은 그것의 두께에 따라서 보강 요소로서 작용할 수도 있는 LLDPE 지오멤브레인(geomembrane)을 포함한다. 0.05 내지 5㎜인 두께를 갖는 LLDPE 지오멤브레인을 제공하는 것은 제2 층으로 하여금 보강 층으로서 또한 작용하는 것을 가능하게 하기에 알맞다.
유체 불침투성 요소는 결합될 수 있고, 따라서 본 명세서에서 묘사된 보강 층으로서 동시에 작용할 수 있거나, 분리된 요소일 수 있다. 유체 불침투성 요소는 보강 요소와 보호 또는 미끄러지지 않는(non-slip) 요소 사이에서 끼워질 수 있거나, 그것이 가장 바깥쪽의 요소가 되도록 제2 층의 밑면(underside)에 접착될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로 그러한 유체 불침투성 요소는 또한 미끄러지지 않는 성질들을 가요성 복합재에 더할 수 있다. 유체 불침투성 요소는 또한 충전 물질이 가요성 복합재로부터 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 물 등의 액체들이 가요성 복합재를 통과하는 것을 방지하는 것은, 복합재가 놓이는 표면이 매우 건조하고 굳는 동안에 그러한 물질로부터 물을 위크(wick)하여, 라이닝 폰드(lining pond)들 또는 봉쇄 탱크(containment tank)들과 같이 불침투성일 것을 요구하는 적용예에서 사용될 제품이나 부분적으로 굳은 완성된 제품을 이끌어내는 적용예들에 있어서 유리하고, 바람직하게는 유체 불침투성의 층이 연결 요소들이 형성된 후 보강 층에 부착된다.
제2 층은 그것의 가장 안쪽 표면이나 그것의 적어도 한 부분(충전 물질과 접하는 표면) 상의 부직포를 포함할 수 있고/있거나, 제2 층은 그것의 가장 바깥쪽 표면(채움 재료로부터 떨어져 향하는) 상에 부직포를 포함할 수 있다. 그러한 부직포는 니들 펀칭, 접착제들, 가열 및 가압, 고수압직조, 스티칭 접착, 또는 초음파 용접에 의해 접착되는 직물들을 포함할 수 있다. 제2 층은 대안적으로는 압출된, 편물 또는 직물들, 지오그리드, 멤브레인 물질들, 부직포들, 그것의 가장안쪽 표면 상에서의 그것들의 혼합물들의 캐스트(cast) 폴리머들을 포함할 수 있고, 그로 인해 충전 물질과 인접한다.
제2 층(충전 물질과 인접하는)의 가장 안쪽 표면 상의 다른 물질 타입들 또는 부직포는 폴리프로필렌, 폴리에스테르 섬유들, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유들, 폴리비닐 알콜 섬유들, 나일론, 실나이론, 비닐, 바살트 섬유들, 탄소 섬유들, 유리 섬유들, 코팅된 유리 섬유들, 폴리비닐클로라이드 섬유들, 아라미드 섬유들, 황마, 무명, 비스코스 또는 그것들의 혼합물들을 포함한다. 바람직하게, 그러한 부직포는 폴리프로필렌을 포함한다.
가장 바깥쪽 표면 상에 부직포의 층을 제공하는 것은, 운반, 설치, 및 사용 중에 침투하는 것, 찢어지는 것 또는 일반적인 손상으로부터 복합재를 유리하게 보호한다.
제2 층은 가요성 복합재와 그것이 놓이는 표면 사이의 그립(grip)을 향상시키기 위해, 채움 재료로부터 떨어져 향하는 그것의 가장 바깥쪽 표면의 적어도 부분 상에 미끄러지지 않는 요소를 포함할 수 있다. 그러한 미끄러지지 않는 요소는 그것이 놓이는 표면 내로 마개로 고정시킬 수 있는 높은 표면 거칠기를 갖는 물질 또는 높은 마찰계수를 갖는 물질일 수 있다.
미끄러지지 않는 요소는 밑면 상에서 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 고무, PVC 부직포들, 편물 또는 직물들, 압출된 폴리머들 또는 그것들의 혼합물들을 포함할 수 있다. 바람직하게, 그러한 미끄러지지 않는 요소는 폴리프로필렌을 포함하는 부직포이다. 이러한 바람직한 실시예에서, 미끄러지지 않는 요소는 보호 요소로서 또한 기능을 할 수 있다. 대안적으로, 바닥 외부면은 제품의 요소들을 동시에 함께 접착시키고 그러한 접착제의 마찰계수 덕분에 미끄러지지 않는 요소로서 작용하는 굳은 접착제 막(본 명세서에서 개시된 바와 같은)을 포함할 수 있다.
제1 층과 제2 층은 연결 요소들에 의해 접합되고, 이는 그것들 사이의 공간을 충전 물질이 차지할 때 그러한 층들이 일정한 거리만큼 떨어져 있게 한다.
연결 요소들은 가요성 복합재의 세로축을 따라서 규칙적이거나 불규칙적인 배열로 이격될 수 있다. 그러한 연결 요소들은 가요성 복합재의 가로축을 따라서 규칙적 또는 불규칙적인 배열로 이격될 수 있다.
연결 요소들은 다음과 같은 패턴들, 즉 규칙적이거나 불규칙적인 삼각형들, 정사각형, 직사각형, 6각형, 실질적으로 임의로 분포된 임의의 다른 다각형 형상, 또는 그것들의 임의 조합 중 하나로 배열될 수 있다.
연결 요소들 각각은 공간을 가로질러 그리고 별개인 컬럼(discrete column)에서의 층들 중 하나 또는 모두를 통해 연장되는 복수의 부요소(sub-element)들을 포함할 수 있다.
연결 요소들은 0.1 내지 100㎜(㎠당 10,000 내지 0.01), 0.1 내지 50㎜(㎠당 10,000 내지 0.04), 1 내지 50㎜(㎠당 100 내지 0.04), 바람직하게는 1.5 내지 30㎜(㎠당 44 내지 0.01)로부터, 더 바람직하게는 1 내지 20㎜(㎠당 100 내지 0.25), 훨씬 더 바람직하게는 1.5 내지 20㎜(㎠당 44 내지 0.25), 또는 가장 바람직하게는 2 내지 18㎜(㎠당 25 내지 0.3)으로부터의 거리만큼 서로 이격될 수 있다.
연결 요소들은 제1 층 및/또는 제2 층으로부터 공간에 걸쳐 연장되고 대향하는 층을 통해 연장할 수 있고, 그로 인해 그러한 층들과 함께 만난다. 다시 말해, 연결 요소들은 제1 층으로부터 그리고 제2 층을 통해 공간에 걸쳐 연장할 수 있고, 그로 인해 그러한 층들과 함께 만난다. 대안적으로, 연결 요소들은 제1 층으로부터 연장되는 상기 연결 요소들이 제2 층을 통해 연장되고, 제2 층을 통해 연장되는 상기 연결 요소들이 제1 층을 통해 연장함으로써 그러한 층들과 함께 접합하도록 제1 층과 제2 층으로부터의 공간에 걸쳐 연장할 수 있다.
연결 요소들은 이들 층의 표면에 대해 일정한 각도로 제1 층으로부터 제2 층까지 연장할 수 있다. 장력을 받는 상태에 있는 섬유들의 네트 앵글은 일단 복합재가 압력을 받는 상태에서 채워지게 되면 제1 층과 제2 층 사이의 중간 평면에 대해 90°인 각도를 이루게 된다. 이는 90°인 각도로 장력을 받는 상태에 있는 모든 섬유들이나, 예를 들면 중간 평면에 대해 하나는 45°인 각도로 그리고 하나는 135°인 각도에 있는 2개의 대향하는 연결 요소들이 90°인 네트 앵글을 주게 되는 것처럼 대략 100㎜인 길이-스케일(length-scale)로 90°인 네트 앵글을 주는 한, 0°와 90°사이의 다수의 상이한 각도에 있는 장력을 받는 상태에 있는 섬유들의 비율을 갖는 모든 섬유들로 구성될 수 있다.
이러한 연결 요소들은 하나 이상의 니들 펀칭, 스티치 접착, 고수압 직조, 및 미리 형성된 후크(hook)들과의 맞물림(engaging)에 의해 공간에 위치가 정해질 수 있다(연결 요소들을 형성하도록).
니들 펀칭은 갭(gap)에 걸쳐, 대향하는 층 쪽으로 그리고 대향하는 층 내로 하나의 부직 층으로부터 연결 요소들을 밀기 위해 니들 베틀(needle loom)에서 지원된 축 방향으로 왕복 운동하는 미늘이 있는(barbed) 니들들을 사용한다. 대안적으로, 니들 펀칭 기술은 외부 연결 요소들(예컨대, 제1 층 및/또는 제2 층의 부분이 아닌 방적사)을 가지고 사용될 수 있다. 2개의 층이 베틀을 통해 끌어당겨지고, 니들들의 연속적인 때림(strike)들이 연결 요소들의 다양한 잠재적 패턴들을 형성한다.
스티치 접착은 제1 층 내로의 외부 연결 요소들(예컨대, 스풀(spool)로부터의 방적사)을 제1 층 내로 그리고 공간에 걸쳐 제2 층 내로 도입하여 연결 요소들을 형성하기 위해 상이한 타입의 니들을 사용한다. 대안적으로, 스티치 접착은 제1 및/또는 제2 층들로부터 시작되는 섬유들로부터 편직된 루프들을 형성하고 상기 루프들을 사용하여 스티치들을 형성함으로써 외부 연결 요소들을 사용하지 않고 연결 요소들을 도입할 수 있다. 상이한 스티치 패턴들을 갖는 많은 변형예들이 이용 가능한데, 예를 들면 스티치 접착은 트리코(Tricot) 스티치 패턴('지그-재그(zig-zag)' 스티치 패턴)을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 트리코 스티칭은 스트래이트(straight) 스티칭에 비해 기계 방향(MD)으로(즉, 가요성 복합재의 생산 방향으로) 가요성 복합재의 유연성을 향상시키는데 도움이 된다.
고수압 직조는 표면으로부터/표면으로부터 떨어지게 물질(또는 그러한 물질의 상부에 놓인)로부터 연결 요소들을 밀기 위해 부직 섬유성 물질에서 발생된 유체의 작은 분출(jet)들을 사용한다. 그러므로 이러한 기술은 층들 사이의 공간(void)에서 기계적으로 얽힌 층들 중 하나 또는 모두의 표면으로부터 연결 요소들을 가지고 일정한 거리만큼 떨어져 고정된 2개의 표면들을 가지고 수행될 수 있었고, 그런 다음 충전 물질로 채워진다.
제1 층과 제2 층 모두로부터 후크(hook)들 및/또는 아이(eye)들이 돌출되는 미리 형성된 후크들과 아이들이 사용될 수 있었고, 그로 인해 공간에서 연결된 후크들 및 아이들이 서로 연통하는 연결 요소(브리지(bridge))들이 생성되는 것을 가능하게 한다.
연결 섬유들을 생성하기 위해 니들 펀칭 기술이 사용된다면, 일단 그러한 연결 요소들이 상기 제1 층을 통해 연장되면, 제2 층의 외측 면으로부터 돌출하는 단부(end)들이 제자리에 고정되어야 한다. 이는 여러 방식으로 수행될 수 있는데, 즉 섬유 단부들, 또는 다발(tuft)들이 접착제를 사용하여 제2 층의 외부면에 고착되거나 폴리머 층으로 융합될 수 있고, 그러한 다발들은 열적으로 융합될 수 있거나 제2 층의 외부면 내로 용해될 수 있으며, 그러한 다발들은 기계적으로 얽혀질 수 있고, 섬유들은 그것들이 오그라들고 함께 용해되며 제2 층을 통해 쉽게 잡아당겨질 수 없도록 용해될 수 있다. 대안적으로, 그러한 다발들은 그것들을 제자리에 고착시키고 연결 섬유들이 제2 층을 통해 다시 잡아 당겨지는 것을 방지하기 위해 어떠한 추가 부착도 필요하지 않게끔 제2 층의 물질에 의해 충분히 잘 "핀치(pinch)"될 수 있다. 그러한 다발들이 제2 층의 외부면에 달라붙는다면, 그러한 다발들이 방향을 바꾸고 상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층에 실질적으로 평행하게 되도록 제2 층의 외부면에 맞닿아 평평해지거나 제1 층과 제2 층 사아에 형성된 벌지(bulge)들에 일치하게 되는 것이 유리할 수 있다. 바람직하게, 제1 층과 제2 층 사이의 공간에서 연결 요소들의 평균 각도는 상기 제1 층과 상기 제2 층에 대해 실질적으로 수직을 이루고 있다.
만약 니들 펀칭 기술이 연결 요소들을 생성하기 위해 사용된다면, 제1 층 및/또는 제2 층을 통해 연장되는 연결 요소들은 그것이 통과하여 연장한 층의 가장 바깥쪽 사이드에 고정되게끔 적합하게 될 수 있다. 바람직하게, 연결 요소들은 가열 또는 접착제에 의해 각각의 층을 통해 안쪽으로 잡아 당겨지는 것을 방지하기 위해, 제1 층 및/또는 제2 층의 가장 바깥쪽 사이드에 고착되고, 가장 바람직하게는 저온 용융(low melt) 접착제가 사용된다. 이를 가능하게 하기 위해, 연결 요소들의 돌출하는 단부들은 층의 외부면에 맞닿아 평평해질 수 있고, 이러한 식으로 평평해진 연결 요소들을 접착하는 것은 그러한 연결 요소들의 잡아 당기는 강도(pull-out strength)를 실질적으로 증가시키는 것으로 발견되었다. 이러한 접착의 잡아 당기는 강도는 삽입될 때 제1 층 및/또는 제2 층에서 형성된 구멍들에 의해 연결 요소들을 핀치함으로써 도움을 받을 수 있다. 액체 불침투성 지오멤브레인과 같은 불침투성 요소가 제공되는 실시예에서는 제1 및/또는 제2 층을 통해 연장되는 연결 요소들이 상기 불침투성 요소를 통해 연장되지 않을 수 있는데, 이는 그렇게 하는 것이 불침투성 요소의 유체 불침투성을 감소시키기 때문이다.
바람직하게, 제1 층과 제2 층 사이의 굳지 않은 가요성 복합재의 박리 강도(즉, 박리에 의한 굳지 않은 신축성 복합재의 제1 층과 제2 층 사이의 접착을 분리시키기 위해 요구된 힘)는 0.1kN/m 내지 20kN/m 사이에 있고, 바람직하게는 BS EN 13426-2:2005를 사용하여 측정될 때 0.3kN/m 내지 3kN/m 사이에 있다. 실질적으로 제1 층과 제2 층 사이의 굳지 않는 가요성 복합재의 모든 박리 강도는 연결 요소들에 의해 제공되고, 그러한 연결 요소들 자체의 인장 강도, 그리고 또한 그러한 연결 요소들이 제1 층 및/또는 제2 층에 어떻게 부착되는지에 의해 제공되는 인장 강도의 함수이다. 위에서 요약된 범위 내의 박리 강도들은 굳을 수 있는 충전 물질의 굳힘(setting) 전에 제작 및 조종 모두 동안에 공간 안쪽에 충전 물질들을 제공하고 그러한 충전 물질들의 양호한 패킹 밀도(packing density)를 유지하기 위해 요구된다는 것이 발견되었다.
만약 스티치 접착 기술이 연결 요소들을 생성하기 위해 사용된다면, 그러한 요소들은 가요성 복합재가 가로 방향으로 잘라질 때 기계 방향으로 스티치가 풀어지는 것(unravelling)(열리는 것(unzipping))을 회피하기 위해 적소에 고정될 수 있다. 풀어지는 스티치들은 요소들 주위에서 폴리머가 용해되게 하는 가요성 복합재의 한면 상으로 폴리머를 열 적층시킴으로써 감소될 수 있고, 이는 일단 냉각되면 연결 요소들이 잡아 당겨지고 풀어지는 것을 방지하는데 도움이 된다.
연결 요소들은 섬유들일 수 있다. 바람직하게 그러한 섬유들은 제1 층 및/또는 제2 층으로부터 시작된다. 이러한 식으로, 제1 층 및 제2 층은 섬유 도너(fibre donor)들로서 작용한다.
제1 및/또는 제2 층이 섬유 도너들로서 작용하면, 연결 요소들은 제1 및/또는 제2 층 중 하나로부터 시작되는 섬유들이고, 따라서 제1 및/또는 제2 층과 동일한 물질이다. 바람직하게, 제1 및/또는 제2 층으로부터 시작되는 섬유들(그리고 제1 및/또는 제2 층들)은 폴리프로필렌 섬유들, 폴리에스테르 섬유들, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유들, 폴리비닐 알콜 섬유들, 탄성중합체 섬유들, 나일론, 실나일론, 비닐, 바살트 섬유들, 탄소 섬유들, 폴리비닐 알콜 섬유들, 내알칼리성 섬유유리, 유리 섬유들, 코팅된 유리 섬유들, 폴리비닐클로라이드 섬유들, 아라미드 섬유들, 황마, 무명, 비스코스, 위 섬유들의 조합으로 이루어지는 2성분(bi-component) 섬유들, 및 열적으로 활성화된 접착제 또는 그것들의 혼합물들을 포함할 수 있다. 바람직하게, 제1 층 및/또는 제2 층으로부터 시작되는 섬유들은 폴리프로필렌 섬유들을 포함한다.
제1 및/또는 제2 층이 섬유 도너들로서 작용하지 않으면(예컨대, 외부 방적사와의 스티치 접착 또는 니들 접착이 공간에서 연결 요소들의 위치를 정하는데 사용될 때), 제1 및/또는 제2 층들은 직조되지 않은 물질인 것으로 제한되지 않고, 직조물, 편직물, 열적으로 결합된 물질, 압출된 물질, 스펀접착(spunbond) 또는 기타 물질일 수 있다.
제1 층 및/또는 제2 층으로부터 공간에 걸쳐 실질적으로 연장되는 요소들은, 대향하는 층을 통과하여 공간 내로 다시 연장할 수 있다. 그러한 실질적으로 공간 내로 다시 연장되는 요소들은 그러한 공간에 위치한 다른 요소들과 접합하도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 실질적으로 공간 내로 다시 연장되는 요소들은 얽혀짐에 의해 다른 요소들과 만난다. 대안적으로, 실질적으로 공간 내로 다시 연장되는 요소들은 섬유들이 시작된 층과 접합하도록 구성된다.
대안적으로, 연결 요소들은 스티치 접착 기술에 의해 삽입된 외부 연결 요소들일 수 있다. 스티치 접착에 의해 삽입된 연결 요소들은 폴리프로필렌 섬유들, 폴리에스테르 섬유들, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유들, 폴리비닐 알콜 섬유들, 탄성중합체 섬유들, 나일론, 실나일론, 비닐, 바살트 섬유들, 탄소 섬유들, 내알칼리성 섬유유리, 유리 섬유들, 코팅된 유리 섬유들, 폴리비닐클로라이드 섬유들, 아라미드 섬유들, 황마, 무명, 비스코스, 위 섬유들의 조합으로 이루어지는 2성분 섬유들, 및 열적으로 활성화된 접착제 또는 그것들의 혼합물들을 포함할 수 있다. 바람직하게, 그러한 연결 요소들은 외부 프로필렌 방적사들이다.
제1 층과 제2 층 사이의 공간은 충전 물질로 점유된다. 본 개시물에 따른 충전 물질은 제1 층과 제2 층 사이에 담긴 굳을 수 있는 충전 물질을 가리키기 위해 사용된다. 임의로, 가요성 복합재는 제2, 제3, 제4 등의 충전 물질들을 내포할 수 있다. 충전 물질의 하나의 층이 굳을 수 있어야 하는데 반해, 제2 또는 추가 채움 층들은 굳을 수 있어야 하는 것은 아니다. 이후 사용된 '제1 충전 물질(first fill material)'은 굳을 수 있는 충전 물질을 가리키게 되는데 반해, '제2 충전 물질'은 굳을 수 있거나 굳지 않을 수 있는 추가 채움 충들을 가리키기 위해 사용될 것이다.
제2 충전 물질은 제1 층과 제2 층 사이의 공간에 위치할 수 있고, 이는 액체, 기체 또는 방사선의 추가시 경성 또는 반경성으로 굳을 수 있으며, 상기 제2 충전 물질은 제1 층과 제2 층 사이의 공간에 위치한 분리층에 의해 제1 충전 물질로부터 분리된다.
제1 충전 물질(앞서 충전 물질이라고 묘사된) 및/또는 제2 충전 물질은 분말, 페이스트(paste), 또는 거품이 일 수 있는 구성물 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다. 임의로, 제1 충전 물질 및/또는 제2 충전 물질은 포틀란드(Portland) 시멘트, 고 알루미나(high alumina) 시멘트, 시멘트 응집물 혼합체(cement-aggregate mix), 석회(lime) 응집물 혼합체, 황산칼슘, 칼슘 플루오라이트(calcium fluorite), 칼슘 실리케이트(calcium silicate), 회반죽(plaster), 칼슘 알루미네이트, 마그네슘 시멘트들, 또는 이들의 혼합물들과 같은 하지만 이들에 국한되지 않는, 하나 이상의 굳을 수 있는 충전 물질을 포함한다. 바람직하게, 굳을 수 있는 충전 물질은 포틀란드 시멘트 또는 고 알루미나 시멘트를 포함한다. 이러한 시멘트는 시멘트 또는 콘크리트(concrete) 조성물들에서 습관적으로 발견된 첨가물들과 결합될 수 있다.
고 알루미나 시멘트는 그것이 다른 시멘트들보다 더 짧은 굳기 시간과 이른(early) 강도로 더 빠른 이득을 제공한다는 장점을 가지고, 이 경우 더 높은 인장 및 압축 강도와 많은 높은 내마모성 및 경도를 갖는다. 추가로, 고 알루미나 시멘트들은 양호한 내산성(acid resistance)을 가지고 박테리아를 생성하는 황산의 군체(colony)들의 성장을 억제할 수 있다.
시멘트를 굳게 하기 위해 사용된 액체는 바람직하게는 수용성의 위 첨가물들 중 임의의 것을 포함할 수 있는 다른 화학 제품의 추가에 의해 수정된 바다물 또는 물일 수 있는 물이다.
충전 물질은 예컨대 에폭시 수지 시스템과 같이, 2개 이상의 액체 성분들이 함께 혼합될 때 경화하는 여러 부분으로 이루어진 경화 가능한 수지의 하나의 성분일 수 있다.
충전 물질과 임의의 추가 충전 물질은 필러(filler) 물질을 포함할 수 있다. 그러한 필러 물질은 모래알 또는 미세한 혼합재, 플라이 애시(fly ash), 유리 비드(glass bead)들, 저밀도 또는 재활용된 필러들, 잘개 썬(chopped) 천연 또는 합성 섬유들, 라임 플라워(lime flour), 라임스톤(limestone), 운모 절연체(mica insulator)들, 표면 처리된 실리카(surface modified silica), 충돌 조절자들(impact modifiers), 팽창 가능한 미소구(microsphere)들, 열적 전도성을 갖는 미립자들, 메라카올린(merakaolin), 전기 전도성을 갖는 미립자들, 실리카, 점토, 탤크(talc), 착색제(colorant)들, 고흡수성 폴리머, 산화 방지제들, 항미생물제, 계면활성제, 불소 중합체, 안료들, 항진균 또는 항미생물제와 같은 살균제, 항방사선 필러(anti-radation filler)들, 또는 이들의 임의의 혼합물들을 포함할 수 있다.
결과로서 생기는 복합의 무게 및/또는 비용을 감소시키고, 열적 성질들을 수정시키거나 전기, 광학, 액체 장벽(liquid barrier) 등을 포함하는 필러 물질의 물리적 성질 활동으로부터 유래된 물리적 성질들의 범위를 논의하기 위해 전술한 필러 물질들 중 하나 이상이 사용될 수 있다.
충전 물질 및/또는 제2 충전 물질은 반응 조절자(reaction modifier)들을 포함할 수 있다. 충전 물질 및/또는 제2 충전 물질의 반응 조절자들은 리튬 화합물들, 나트륨 화합물들, 유기 화합물들(구연산, 타르타르 산), 황산염 소스들, 가소제들, 촉진제들, 지연제들, 초가소제(super plasticiser)들, 수축저감제들, 방수제들, pH 조절자들, 유리 비드들, 포졸란 물질들, 기포제들, 분산시킬 수 있는 폴리머 분말들, 또는 이들의 혼합물들을 포함할 수 있다.
바람직하게, 이러한 충전 물질은 굳을 때 BS EN 12390-6:2009를 사용하여 테스트된 0.1 내지 20MPa 또는 0.1 내지 10MPa, 또는 0.5 내지 5MPa로부터의 인장 강도를 가진다. 바람직하게, 이러한 충전 물질은 굳을 때 BS EN 12390-3:2009를 사용하여 테스트된 1 내지 500MPa 또는 2.5 내지 100MPa, 또는 5 내지 50MPa로부터의 압축 강도를 가진다.
제2 충전 물질은 예를 들면 부풀릴 수 있는 물질들을 사용함으로써 유체 불침투성을 제공할 수 있다. 물이나 기름으로 부풀릴 수 있는 충전 물질들이 일정한 액체들의 통과를 선택적으로 방지하기 위해 사용될 수 있거나 표면을 통해 오염시킨다. 제2 충전 물질은 벤토나이트 점토와 같은 물로 부풀릴 수 있는 물질들, 초흡수성 폴리머들, 변형된 아크릴 수지들, 기름으로 부풀릴 수 있는 탄성중합체들, 또는 이들의 혼합물들을 포함할 수 있다.
바람직하게, 제1 충전 물질은 시멘트를 포함하고, 제2 충전 물질은 벤토나이트와 같은 유체로 부풀릴 수 있는 물질 또는 초흡수성 폴리머들과 같은 부풀릴 수 있는 폴리머들, 또는 고로슬래그(blast furnace slag), 카본 블랙분(carbon black powder), 활성화된 탄소분(activated carbon powder), 열적 또는 전기 절연체들, 또는 이들의 혼합물들과 같은 다른 굳지 않을 수 있는 제2 충전 물질들을 포함한다.
제2 충전 물질은 팽창성 물질들, 석고, 회반죽 또는 이들의 혼합물들과 같은 내화성(fire resistant) 물질들을 포함할 수 있다. 바람직하게, 제2 충전 물질은 팽창성 필을 포함한다.
만약 제2 충전 물질이 제공되면, 제2 충전 물질로부터 제1 충전 물질을 분리하는 분리층은 하나 이상의 종이, 직조물, 부직포, 직조되지 않은 스펀레이스(spunlace), 압출된, 편직된, 멤브레인 시트, 또는 재활용된 섬유 타입 직물일 수 있다. 바람직하게, 분리층은 예를 들면 직조되지 않은 스펀레이스 또는 직조되지 않은 니들 펀치된(needle punched) 것과 같이 직조되지 않은 것이다. 분리 요소는 목재펄프 섬유들, 폴리에스테르 섬유들, 플리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유들, 폴리비닐 알콜 섬유들, 나일론, 실나일론, 비닐, 바살트 섬유들, 탄소 섬유들, 유리 섬유들, 코팅된 유리 섬유들, 폴리비닐클로라이드 섬유들, 아라미드 섬유들, 황마, 무명, 비스코스, 및 이들의 혼합물을 포함하는 물질로부터 만들어질 수 있다. 바람직하게, 분리층은 직조되지 않은 폴리프로필렌을 포함할 수 있고, 더 바람직하게는 직조되지 않은 스펀레이스 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.
층들은 접착제로 함께 접착될 수 있다. 이러한 접착제는 코-폴리아미드(co-polyamide)들, 폴리에스테르들, 코-폴리에스테르들, 폴리우레탄, 코-폴리비탈클로라이드들(co-polyvynalchlorides), 에틸렌-비닐 아세테이트, 폴리올레핀들, 폴리아미드들, 폴리피롤(polypyrrole), 폴리카보네이트들, 실리콘 고무들, 스티렌 블록 공중합체들, 열가소성 폴리머들, 스티렌 블록 폴리머들이나 아크릴릭스(carylics)와 같은 압력에 민감한 접착제들, 폴리에스테르와 같은 멀티-파트(multi-part) 접착제들, 다황화물(polysulphide)들 또는 폴리우레탄, 리그닌(lignin)에 기초한 글루(glue)들과 같은 천연 접착제들, UV 경화 가능한 접착제들과 같은 한 부분(one part) 접착제들 등을 포함할 수 있다.
가요성 복합제의 최종 용도(end use)에 따라서, 제1 층 및/또는 제2 층의 물질들은 수용성의, 썩을 수 있으며(rottable), UV 열화될 수 있고(degradable), 친수성, 및/또는 소수성인 것으로 선택될 수 있다. 황마, 무명, 코코넛 섬유, 셀룰로스 섬유, 비스코스 섬유 또는 이들의 혼합물들과 같은 천연 섬유들 또는 전분계(starch based) 폴리머 섬유들과 같은 인조 섬유들이 수용성이고, 썩을 수 있으며, UV 열화될 수 있고, 친수성 및/또는 소수성 중 하나 이상을 달성하기 위해 사용될 수 있다.
제1 층 및/또는 제2 층에서의 물질들 중 하나 이상은 살균제 또는 생물학적 성장 촉진재일 수 있다. 예를 들면, 충전 물질 및/또는 제1 및/또는 제2 층들은 생물학적 성장을 방지하기 위해 살생 분말을 포함할 수 있거나, 충전 물질 및/또는 제1 및/또는 제2 층들이 생물학적 성장을 촉진하기 위해, 비료를 포함할 수 있다. 가요성 복합재에 섬유로 된 외부 표면들(예컨대, 외부 표면에 대해 직조되지 않은 직물을 사용함으로써)을 제공하는 것이 생물학적 성장을 촉진할 수 있다는 것을 발견하였다. 예를 들면, 본 발명에 따라 섬유로 된 외부 표면을 갖는 가요성 복합재가 물 채널에 설치될 때, 유기 및 무기 파편들이 섬유로 된 외부 표면에서 잡히고, 그로 인해 얕은 뿌리를 가진 식물들과 이끼류들의 발아를 허용하여 뿌리가 합성물의 러프 표면에 부착하는 토양 층을 구축한다는 것이 발견되었다.
예를 들면, 층들 중 하나에서 생물학적 성장 촉진 물질을 사용하는 것은, 예를 들면 상기 층에서 식물 생장을 성장시킬 수 있다. 이것은 식물 생활의 성장이 복합재가 위치한 조경/환경 내로 도움이 되는 복합재의 특정 용도에 유리할 수 있다. 또한 식물 생활의 성장은 흐르는 물에 담긴 물건에 의한 떨어지는 이물질 또는 마모로 인한 충격 흡수를 위한 쿠션/완충제로서 유리하게 역할을 하는 것으로 밝혀졌는데, 예컨대 그렇게 하지 않으면 바위나 파편이 복합재에 손상을 가할 수 있다.
제1 층 및/또는 제2 층은 전기 전도성인 섬유들 또는 층들을 포함할 수 있고, 그로 인해 가요성 복합재에 대한 손상 또는 변형, 및 그 위치의 검출을 가능하게 한다. 전기적으로 전도성인 섬유들은 전도성 탄소 섬유들이거나 광학 섬유들, 그래핀 코팅들일 수 있거나 이러한 타입들의 섬유들 또는 층들의 혼합물이 사용될 수 있다.
가요성 복합재는 제1 층의 최 외측 또는 제2 층의 최 외측에 단열층을 더 포함할 수 있다.
이러한 단열층은 발포 폴리스티렌, 발포 폴리 우레탄, 유리 섬유, 셀룰로오스, 암면(rock wool), 폴리스티렌 발포체, 에어로젤, 폴리우레탄 폼, 펄라이트(perlite), 코르크(cork), 이들의 혼합물 및 이들의 다수의 층을 포함할 수 있다.
본 발명은 다양한 방식으로 행해질 수 있고, 이제 본 발명에 따른 가요성 복합재의 몇몇 바람직한 실시예들이 첨부 도면들을 참조하여 예에 의해 설명된다.
도 1 내지 도 9는 가요성 복합재의 바람직한 실시예들을 통한 단면도들을 보여주는 도면들.
도 10과 도 11은 본 발명의 2개의 가요성 복합재들의 휨 강성도를 보여주는 도면.
도 12는 본 발명의 가요성 복합재의 층과 상기 가요성 복합재의 공간에서의 굳은 분말 물질 사이의 박리 강도를 보여주는 도면.
도 13은 본 발명의 가요성 복합재의 제2 층을 형성하는 2개의 요소들 사이의 박리 강도를 보여주는 도면.
도 14는 본 발명의 가요성 복합재의 굳지 않은 가요성 복합재의 제1 층과 제2 층 사이의 박리 강도를 보여주는 도면.
도 15는 3점 벤드 테스트 동안의 가요성 복합재에 발휘된 힘들을 보여주는 도면.
본 발명에 따른 가요성 복합재의 제1 예는 일방적으로 참조 번호 100으로 도 1에 도시되어 있고, 복합재(100)를 구성하는 층들을 보여주는 분해도가 같이 도시되어 있다. 가요성 복합재(100)는 제1 층(a), 제2 층(c), 및 제1 층과 제2 층 사이의 공간(b)을 포함한다. 공간(b)은 충전 물질(3)과 연결 요소들(2)을 포함한다.
가요성 복합재(100)의 구조는 양의 차이 압력 하에서 제1 층(a)과 제2 층(c) 사이에 충전 물질(3)을 스며들게 하고, 전술한 바와 같이 니들 펀칭을 사용하여 상기 층들 사이에서 연장되기 위해 공간(b)에서 연결 요소들(2)의 위치를 정함으로써 이루어진다.
제1 층(a)은 첫 번째로는 제1 층과 제2 층 사이의 공간(b)에서 충전 물질(3)을 담을 수 있고, 두 번째로는 예컨대 액체들과 기체들에는 침투할 수 있지만 충전 물질(3)에는 실질적으로 그렇지 아니하는 특정 유체들에 선택적으로 침투 가능한 니들 펀치된 플리프로필렌 부직포로 만들어진 섬유를 주는 층(1)이다.
섬유들(2)은 제1 층의 부직포로부터 연장되어 나온 폴리프로필렌 섬유들이고, 상기 층들의 세로축에 대해 실질적으로 수직이도록 층들(a, c)에 대해 대략 90°인 네트 앵글(net angle)로 공간(b)을 통해 연장한다. 니들링(needling) 기술은 층(a)의 직조되지 않은 폴리프로필렌으로부터 섬유들을 골라내고 그것들을 공간(b)을 통해 제2 층(c)까지 나르고 실질적으로 제2 층(c) 위로 연장되기 위해 미늘(barb)이 있는 니들들을 사용한다.
굳지 않을 때 충전 물질(3)은 장력이 섬유들에 인가되는 압력에서 공간(b)에 제공된다. 충전 물질의 압력과, 장력을 받는 섬유들의 세로 신장(stretch)이 부족한 것은 제1 층과 제2 층으로 하여금 장력을 받는 섬유들의 세로 길이에 대해 외향으으로 불룩해지게 한다. 다시 말해, 제1 층과 제 2 층은 섬유들(2)의 순수한 세로축의 방향으로 섬유들(2)을 넘어 외향으로 연장한다.
제1 층(a) 및/또는 제2 층(c)이 가압된 충전 물질로 인해 밖으로 불룩해지는 양/정도는 섬유들과 제1 층 및 제2 층의 물질 성질들에 따라 좌우된다. 예를 들면, 제1 및/또는 제2 층의 강성도는 불룩해지는 것이 전체적으로 방지되도록 층들 중 하나에서 훨씬 증가되거나 불룩해지는 양을 감소시키도록 증가될 수 있다. 제1 층(a)과 제2 층(c)의 물질 성질들은, 충전 물질이 장력을 받는 공간에 존재할 때 상이한 사이즈들을 갖는 불룩해지는 부분들을 얻게끔 변화될 수 있다.
그러므로, 가요성 복합재(100)는 양의 차이 압력 하에서 충전 물질을 채움으로써 생성된 3차원 미세구조들을 통한 단면을 보여주고, 이 경우 연결된 섬유들이 그렇게 형성된 형상의 최소점들(minima)을 형성한다.
일단 섬유들(2)이 니들 펀칭으로 인해 제2 층(c)을 통과하여 빠져나오면, 그것들의 주요 방향은 제1 층(a) 및 제2 층(c)의 세로축에 대해 실질적으로 수직인 것으로부터 실질적으로 층들(a, c)의 상기 세로축에 대해 평행하게 되는 것으로 변한다. 방향이 바뀐 섬유들의 부분들은 제2 층(c)의 불룩해진 표면에 실질적으로 일치하게 구성된다. 이러한 방향 변경 후, 섬유들은 접착 층(5)을 사용하여 제2 층(c)에 접착되고 그로 인해 제1 층(a)과 제2 층(c) 사이의 기계적인 만남(join)을 제공한다.
충전 물질은 액체의 추가시, 예컨대 임의의 적합한 페이스트, 분말 또는 거품이 일 수 있는 조성물과 같이, 공기와 같은 기체 또는 UV 방사선에 노출될 때, 경성 또는 반경성 고체로 굳을 수 있는 임의의 물질일 수 있다. 시멘트가 필러들과, 반응 조절자들과 같은 다른 첨가제들과 함께 사용될 수 있다.
제2 층(c)은 직조된 폴리프로필렌 테이프로 만들어진 보강 요소(4)로 이루어진다. 직조된 폴리프로필렌 테이프는 고온 용융(hot melt) 폴리머(5)와 같은 접착제의 막(film)에 의해 외부면 상에 코팅된다. 고온 용융 접착제(5)는 일단 그것들이 제2 층(c)을 통해 밀어지고 그것들의 방향이 제2 층(c)의 형상에 실질적으로 일치하게 변경되었다면 섬유들(2)의 부착을 허용한다.
직조된 폴리프로필렌 테이프(4)는, 일단 미늘이 있는 니들들에 의해 만들어진 구멍들이 접착층에 의해 다시 밀봉되면 실질적으로 유체들에 대해 불침투성이 된다.
보강 요소(4)를 통해 돌출하는 주는(donating) 층(1)으로부터의 섬유들은 뜨거운 공기 또는 복사 소스(radiative source)와 같은 열원(heat source)을 사용하여 대신 쪼글쪼글해질 수 있고, 이는 추가로 사용될 수 있는 보강 층을 통해 다시 잡아 당겨지는 것을 억제하거나 이 경우에는 보강 층(4)이 더 침투 가능하지만 여전히 실질적으로 분말 충전 물질(3)을 담는 역할을 하게 되는 접착제 층(5)에 대한 대안으로서 보강물(reinforcement)의 외부면 상에서 섬유를 두껍게 하는 효과를 가진다.
물과 같은 액체들은 제1 층(a)을 거쳐 가요성 직물(100) 내로 침입할 수 있고, 예를 들면 시멘트와 같은 충전 물질(3)의 수화는 섬유들(2)에 의해 도움을 받는데, 이는 가요성 직물(100)의 내부로 물을 집어넣을 수 있다. 제2 층(c)은 섬유들(2)과 함께 굳을 때 충전 물질로의 보강을 제공하고, 크랙이 전파되는 것을 방지한다.
보강 요소(4)에는 임의로 외부 표면 상에서 추가 보호 요소(7)가 제공될 수 있고 그로 인해 가요성 복합재의 밑면이 설치 및 사용 중에 손상이 가해지는 것으로부터 보호한다. 추가로, 보강 요소(4)의 안쪽 표면에는 충전 물질(3)이 내부로 키(key)하기 위한 표면을 제공하기 위해 키잉(keying) 요소(8)가 제공될 수 있다. 도 2는 일반적으로 참조 번호 200으로 표시된 본 발명에 따른 가요성 복합재를 보여주고, 이는 추가로 참조 번호 8과 7로 각각 표시된 그러한 키잉 및 보호 요소들을 포함한다. 키잉 요소는 스펀레이스 니들 펀치되거나 열적으로 접착된 폴리프로필렌 부직포이다. 보호 요소는 니들 펀치된 직조되지 않은 폴리프로필린 직물이다. 키잉 및 보호 요소들은 이들 요소들로부터 만들어지는 것에만 제한되지 않고, 대안적으로 키잉 및 보호 요소들에 관련하여 앞서 묘사된 타입의 임의의 다른 적합한 물질일 수 있다
보호 요소(7)는 미끄러지지 않는 능력을 가지게 추가로 작용할 수 있다. 이는 그것이 표면 상에 놓일 때 가요성 복합재의 그립(grip)을 향상시키게 된다. 대안적으로, 미끄러지지 않는 요소는 대체적으로 보호 요소(7)를 대체할 수 있거나, 보호 요소(도면에는 도시되지 않은)의 외부면 상에 적용될 수 있다. 미끄러지지 않는 요소는 임의의 적합한 물질로 만들어질 수 있는데, 예를 들면 그러한 미끄러지지 않는 요소는 미끄러지지 않은 요소에 관련하여 앞서 묘사된 물질들 중 임의의 것으로부터 만들어질 수 있다.
키잉 요소(8)와 보호 요소(7)는 도 5와 도 9에 각각 도시된 보강 요소(4)의 직조된 폴리프로필렌의 어느 한면 상의 저온 용융(low-melt) 폴리머 코팅에 달라붙는다.
제1 층(a)에는 요소(4)와는 대조적으로 유체과 침투 가능해야 하는 제1 층(1)의 안쪽 표면(충전 물질에 더 가까운 층(1)의 표면) 상에서 보강 요소(10)가 임의로 제공될 수 있다. 제1 층(1)의 안쪽 표면 상에 보강 요소(10)가 있는 가요성 복합재는 일반적으로 도 3에서 참조 번호 300으로 도시되어 있다. 다른 층들과 요소들(1 내지 9)은 도 2에 도시된 가요성 복합재(200)에 관련하여 묘사된 것들과 동일하다. 이러한 보강 요소(10)에 관한 바람직한 물질은 열린 위브(open weave) 폴리프로필렌 테입이 된다. 이러한 추가적인 보강 요소에는 접착제 층(11)이 제공될 수 있는데, 이는 앞서 묘사된 타입의 고온 용융 폴리머일 수 있다. 이는 보강되지 않은 버전(version)에 대해 양 방향으로 증가된 휨 강도(한번 정해진)를 가요성 복합재에 주는데, 즉 가요성 복합재가 고장 전의 제1 층(a) 사이드로부터 그리고 고장 전의 제2 층(c) 사이드로부터 취할 수 하중(load)의 양은 보강되지 않는 경우보다 더 크다.
도 4는 일반적으로 참조 번호 400으로 표시된 본 발명에 따른 가요성 복합재의 또 다른 예를 보여준다. 도 1 내지 도 3에서와 같이 제1 층(a)에서 단일 섬유 도너 요소(1)를 가지는 것 외에, 가요성 복합재(400)는 추가로 제2 층(c)에 제2 섬유 도너 요소(12)를 포함한다. 공간(b) 내의 섬유들(2) 중 일부가 가요성 복합재들(100, 200)에 따른 제1 도너 요소(1)로부터 연장되는 섬유들(2) 전부와는 반대로 제2 섬유 도너 요소(12)로부터 추가적으로 연장된 것을 제외하고는, 가요성 복합재(400)의 제1 층(a)과 공간(b)은 실질적으로 가요성 복합재들(100, 200)의 제1 층(a) 및 공간(b)과 같다.
가요성 복합재(400)의 섬유들(2)은 도너 요소(1) 및 도너 요소(12)로부터 연장되고, 공간(b)을 통해 그리고 대향하는 층 쪽으로 층들(a, c)에 대해 90°인 네트 앵글을 가지고 연장되는 폴리프로필렌 섬유들이다. 섬유들(2)은 가요성 복합재(100) 및 가요성 복합재(200)와 연관하여 앞서 묘사된 기술과 유사한 니들 퍼치 기술을 사용하여 확립된다. 이러한 니들 펀칭 기술은, 제2 섬유 도너 요소(12)의 직조되지 않은 폴리프로필렌으로부터 섬유들을 골라내고(위에서 논의된 바와 같은 도너 요소(1)로부터 섬유들을 골라내는 것 외에), 그것들을 공간(b)을 통해 그리고 제1 층(a)까지 나르기 위해 미늘이 있는 니들들이 사용된다는 점에서, 전술한 니들링 기술과 다르다. 그러므로 니들들은 층(1)을 통해 아래로 그리고 층(12)을 통해 대향하는 방향으로 모두 부딪힌다. 이들 부딪힘은 잇따라 일어나거나 동시에 일어날 수 있다.
몇몇 적용예들에서는 충전 물질의 2개의 별개인 층들을 가지는 것이 유용할 수 있다. 예를 들면, 만약 본 명세서에서 개시된 바와 같은 가요성 복합재가 수로를 형성하기 위해 사용되거나 강바닥(river bed)에 높이게 된다면, 굳을 수 있거나 굳지 않을 수 있는 더 낮은 물질이 닳아지거나 침식되는 것으로부터 보호할 굳을 수 있는 물질의 층이 있는 가요성 복합재를 가지는 것이 바람직할 수 있다.
도 5에서의 가요성 복합재(500)에는 공간(b)에 위치하고 분리 층(13)에 의해 제1 충전 물질(3)로부터 분리되는 추가적인 제2 충전 물질(14)이 제공되고, 그로 인해 제1 충전 물질 층과 제2 충전 물질 층을 규정한다. 제1 충전 물질 층은 앞에서 묘사된 것처럼 굳을 수 있는 필이어야 한다. 그에 반해, 제2 충전 물질(14)은 제2 충전 물질에 관련하여 앞서 묘사된 물질들과 같은 다양한 잠재적인 물질들 중 하나일 수 있다. 제2 충전 물질은 제1 충전 물질과 유사한 굳을 수 있는 충전 물질일 수 있지만, 예를 들면 벤토나이트 점토와 같이 유체로 부풀어 오를 수 있는 물체(fluid swellable substance)와 같이 굳지 않을 수 있는 물질일 수도 있다.
분리 요소는 물과 같은 액체들에 대해 침투될 수 있는, 직조되지 않은 폴리프로필렌으로부터 만들어질 수 있다. 그런 경우 액체(예컨대, 물)가 복합재에 인가될 때에는 분리 요소가 물이 제1 충전 물질 층을 통해 제2 충전 물질 층까지 스며나오는 것을 허용하고, 그로 인해 양 충전 물질들이 수화되는 것을 허용하지만 건조하거나 젖어 있을 때 2개의 충전 물질들이 실질적으로 혼합되는 것을 방지한다.
분리 요소는 직조되지 않은 폴리프로필렌으로 만들어지는 것에 제한되지 않고, 대안적으로 2개의 충전 물질들을 분리할 수 있는 임의의 다른 적합한 물질 섬유로 만들어지고 물과 같은 액체들에 침투 가능하다. 분리 요소는 분리 요소에 관련하여 앞서 묘사된 물질들 중 임의의 것일 수 있다. 분리 요소는 또한 앞서 묘사된 바와 같은 보강 요소(도면들에는 도시되지 않은)를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 묘사된 가요성 복합재들 중 임의의 것에는 하나 이상의 전도성 섬유들이 제공될 수 있다(예컨대, 전도성 탄소 섬유들, 강철, 알루미늄 또는 구리 또는 광섬유들과 같은 금속 전도성 와이어들, 그래핀-코팅된 섬유들 또는 시트들). 그러한 섬유들은 도 6에서 가요성 복합재(600)에 도시된 것처럼, 충전 물질(3)(또는 충전 물질들인 3 및 14)과 나란히 공간(b) 내로 삽입된다. 이러한 식으로 전도성 섬유들(15)을 포함하는 가요성 복합재를 제공하는 것은, 만약 수리들이 더 쉽게 이루어질 수 있거나 설비가 다른 목적들을 위해 감시되도록 가요성 복합재가 언제 그리고 어디서 손상되거나 액체에 노출되거나 많은 당기는 힘을 겪는지를 결정하기 위해 전기 전도성 저항 측정을 사용자가 사용하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이들 섬유들은 대안적으로는 도 1 내지 도 6에 도시된 임의의 층(1 내지 15)의 일체형 요소(integral element)일 수 있다.
전술한 가요성 복합재들(가요성 복합재들 100, 200, 300, 400, 500 및 600)의 실시예들은 모두 섬유들(2)에 관한 섬유 도너(fiber donor)로서 작용하는 직조되지 않은 물질의 요소를 포함하고, 이들은 위에서 논의된 바와 같은 니들 펀칭 기술을 사용하여 안쪽 공간(b)에 걸쳐 니들링이 이루어진다. 이러한 니들링 기술은 제1 층(a)이 제2 층(c)과 기계적으로 접합하는 것을 가능하게 한다. 본 발명의 가요성 복합재는 니들 펀칭에 의해 만들어진 가요성 복합재에 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 가요성 복합재의 대안적인 예는 일반적으로 도 7에서 참조 번호 700으로 도시된다. 가요성 복합재(700)는 앞서 묘사된 바와 같은 스티치 접착 기술을 사용하여 삽입된 섬유들(2)을 가진다. 이들 섬유들(2)은 제1 층을 통해 외부 방적사로부터 삽입되었고(다른 실시예들에서 도시된 바와 같이 제1 층 및/또는 제2 층으로부터 시작되는 것과는 대조적으로), 제2 층을 통해 스티치되며 그로 인해 스티치에 의해 그것들을 기계적으로 연결한다. 가요성 복합재(700)의 제1 층(a)은 앞서 언급된 타입의 니들 펀치된(needle-punched) 직조되지 않은 폴리프로필렌(1)을 포함한다. 가요성 복합재(700)의 제1 층(a)은 그러한 물질이 되는 것에 제한되지 않고, 제1 층(a)에 관련하여 앞서 묘사된 타입의 임의의 다른 물질이 대안적으로 될 수 있다. 게다가, 층(a)의 물질은 섬유들을 줄 수 있는 것에 제한되지 않고, 따라서 오로지 직조되거나 편직된 물질 또는 스펀레이스 또는 열적으로 통합되거나 압축될 수 있다. 제2 층(c)은 앞서 논의된 타입의 직조된 폴리프로필렌 테이프(4)이다. 제2 층(c)은 대안적으로 직조되지 않은 물질(18)일 수 있고, 바람직하게는 직조되지 않은 0g/㎡의 니들 펀치된 폴리프로필렌(PP)일 수 있다. 이러한 실시예(도면들에서는 도시되지 않은)에 대한 옵션은, 예를 들면 산물(product) 밑면에 열적으로 라미네이트된 연속적인 LLPDE 지오멤브레인과 같이 보강 요소 및 함유 요소 모두로서 작용하기 위해 단일 추가 층을 추가하는 것이다.
본 발명에 따른 가요성 복합재에는 제1 층(a) 및/또는 제2 층(c)의 가장 바깥쪽 표면 상에서 절연 요소가 제공될 수 있다. 이러한 절연 요소는 새로운 층(d)의 형태를 취할 수 있다. 절연층(d)을 갖는 가요성 복합재의 일 예는 도 8에서 가요성 복합재(800)의 형태로 도시된다. 절연층(d)은 가요성 복합재에 절연 효과를 제공할 수 있는 임의의 적합한 물질로부터 만들어질 수 있다. 절연층(d)은 절연 요소 또는 절연층에 관련하여 앞서 논의된 전술한 물질들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 이러한 절연층은 복합재가 롤 업(roll up)되는 것을 허용하기 위해 삼각형 또는 다르게는 쪽매맞춤(tessellating) 블록들로 잘라진 고체 발포(solid foam)로 구성될 수 있다.
가요성 복합재들의 표면들(제1 층(a) 및/또는 제2 층(c))은 가요성 복합재의 기계적 성질들을 향상시키는 작용을 하는 임의의 개수의 코팅들을 포함하는 하나 이상의 추가 층들에 접착될 수 있다(도면들에는 도시되지 않은). 예를 들면, 제1 층(a) 및/또는 제2 층(c)은 상기 층에서의 마모의 영역들을 보여줄 수 있는 코팅을 포함할 수 있어서, 그로 인해 상기 가요성 복합재의 사용자가 복합재의 닳은 영역들을 확인하는 데 도움을 주고, 그러한 복합재에 대한 UV 손상을 방지하기 위해 자외선(UV) 복사선 저항성을 제공하며, 차량들 또는 사람이 미끄러짐 없이 상기 가요성 복합재 상에서 각각 이동하고 걷는 것을 허용하기 위해 증가된 마찰 계수를 제공하고, 가요성 복합재의 표면 상에서의 초목의 성장을 촉진하기 위해 생물학적 성장 촉진 표면을 제공하거나 조류(algae), 이끼들 또는 다른 식물들의 성장을 방지하기 위해 살균 성분을 제공하며, 가요성 복합재의 내화성(fire resistance)을 향상시키고, 물질이 소수성 또는 친수성이 되게 하고/하거나 가요성 복합재의 화학적 저항성을 향상시킨다.
본 발명에 따른 가요성 복합재에는 제2 층(c)의 가장 바깥 표면 상에 물이 침투하지 못하는 층(방수 층)이 제공될 수 있다. 제2 층(c)의 가장 바깥 표면 상으로 접착된 물이 침투하지 못하는 층을 갖는 가요성 복합재의 일 예는 일반적으로 도 9에서 참조 번호 900으로 도시된다. 물이 침투하지 못하는 층(17)은 물에 대해 불침투성인 임의의 적합한 물질로 만들어질 수 있고, 바람직하게는 고분자 물질이며, 가장 바람직하게는 폴리프로필렌, 폴리에스테르, PVC, 또는 폴리우레탄이다. 고분자 물질들은 액화될 수 있고 슬롯 압출기(slot extruder)를 사용하여 가요성 복합재 상에 주조될 수 있다. 층(17)의 물에 대한 불침투성은 본 명세서에서 묘사된 제2 층에 대한 임의의 다른 가장 바깥 층과 결합될 수 있는데, 예를 들면 물에 대한 불침투성을 갖는 층은 고유한 미끄러지지 않거나 절연성을 추가로 가지기 위해 결합될 수 있다.
본 명세서에서 묘사된 바와 같은 가요성 복합재의 제작 순서의 일 예는 아래에서 설명된다.
첫 번째로 제1 층(니들 펀치된 폴리프로필렌 부직포로 이루어지는)과 제2 층(외부면 상에서 저온 용융(low melt)으로 코팅되고 안쪽 면에 접착된 직조되지 않은 니들 펀치된 폴리프로필렌이 있는 직조된 폴리프로필렌 테이프로 이루어지는)이 니들 베틀(needle loom) 내로 끌어당겨진다. 예를 들면 폭이 최대 10m인 물질을 만들어낼 수 있는 베틀이 사용된다. 그러한 베틀은 베틀 베드(loom bed)와 스트리퍼 플레이트(stripper plate)들 사이에 고정된 기계 방향(MD)으로(즉, 가요성 복합재의 생성 방향으로) 달리는 일련의 긴 튜브들을 가진다. 튜브들은 그것들의 어느 한 변에 간극(gap)을 남기도록 스트리퍼 플레이트들과 베틀 베드 사이에 위치한다. 베드와 스트리퍼 플레이트들은 3㎜와 10㎜ 사이에 있는 간극에 의해 분리된다. 제1 층은 튜브들과 스트리퍼 플레이트 사이의 베틀을 통해 끌어당겨진다. 제2 층은 튜브들과 베드 플레이트 사이의 베틀을 통해 끌어당겨지며, 이 경우 튜브들은 2개의 층들 사이의 샌드위치(sandwich)를 형성한다. 그러한 튜브들은 3㎜와 25㎜ 사이에 있는 외경(outer diameter)을 가지고, 4㎜와 50㎜ 사이에 있는 가로지르는 방향(MD로부터 90°만큼 각도를 이루는 가로 방향)에서의 간격(spacing)에서 정렬되며, 그러한 튜브들은 원형이 아닌 단면을 가질 수 있고/있거나 쌓일 수 있다. 최종 가요성 복합재의 두께는 베드와 스트리퍼 플레이트들 사이의 간극의 사이즈와, 튜브들의 직경 모두에 의존적이다. 가요성 복합재의 두께는(일단 채워지면) 3㎜와 50㎜ 사이에 있다.
두 번째로는, 니들 베틀의 니들들이 튜브들 사이에서 맞부딪히도록 정렬된다. 스트리퍼 플레이트와 베틀 베드는 구멍(hole)들 또는 슬릿(slit)들을 포함하고, 이들은 니들들을 받고 그것들이 부딪히는 행위 동안에 통과하는 것을 허용하도록 정렬된다. 이러한 식으로 반복해서 부딪히는 니들들은 제1 층으로부터 섬유들을 튜브들 사이의 간극을 가로질러 그리고 제2 층을 통해 밀고, 이 경우 제2 층의 외부면으로부터 돌출하는 섬유들의 단부(end)들은 0.1㎜와 30㎜ 사이에 있다. 그렇게 형성된 연결 요소들의 기계 방향에서의 간격은 0.5㎜와 20㎜ 사이에 있다. 가로 방향에서의 간격은 튜브들의 간격의 배수로서 고정되고, 이는 그것들 사이에 고르거나 불규칙적인 간극들을 가지고 고르게 또는 불규칙하게 떨어져 있을 수 있다. 그러한 물질이 0.1m/분과 50m/분 사이의 라인 속도(line speed)로 니들 베틀을 통해 끌어당겨질 때문에, 그것은 고정된 튜브들 위로 미끄러진다. 그러한 니들들은 그것들이 튜브들과 부딪히지 않는 한 임의의 각도로 부딪히도록 설정될 수 있다.
세 번째로는, 튜브들의 니들 베틀과 다운스트림 단부 사이의 위치에서, 히터(heater)(뜨거운 공기, 전도성이고 복사성이며, 높은 주파수 등)와 압력 롤러(pressure roller)는 제2 층의 외부면으로부터 돌출하는 연결 섬유들의 단부들 아래쪽으로 저온 용융 층과 아교(glue)을 활성화하기 위해 제2 층의 외부면에 작용한다. 대안적으로, 또는 추가적으로 위 가열 방법은 풀-아웃(pull-out)을 방지하기 위해 돌출하는 섬유 단부들을 오그라들게 하거나 접착하기 위해 사용될 수 있다.
네 번째로는, 보호 요소(직조되지 않은 니들 펀치된 폴리프로필렌으로 이루어지는)가 제2 층의 외부면에 추가될 수 있다. 연결 섬유 다발(tuft)들을 아래쪽으로 교착시키는 동일한 저온 용융 접착제가 역시 보호 층에 달라붙도록 라인에서 히터와 동일한 위치에서 이를 도입하는 것이 바람직하다. 다양한 전형적인 가요성 복합재들에 관련하여 본 명세서에서 묘사된 다른 층들은 미끄러지지 않거나 유체가 침투하지 못하는 층들과 같이, 제1 층 및/또는 제2 층과 유사한 방식으로 도입될 수 있다. 만약, 예를 들면 물이 침투할 수 없는 층(17)이 본 명세서에서 개시된 바와 같은 가요성 천에 추가된다면, 연속적인 멤브레인의 형태로 니들링 후, 보강 요소(또는 보호 요소)의 외측 상에서 제2 층으로 접착될 수 있다. 임의로, 물이 침투할 수 없는 층(도 11에는 도시되지 않은)의 외부면 상에 보호 층이 미리 접착될 수 있다.
다섯 번째로는, 튜브들은 0.1m와 20m 사이에 있는, 기계 방향에서의 거리만큼 니들 베틀로부터 연장한다. 이들 튜브들은 압축된 공기로 유동화된 압축된 굳을 수 있는 분말을 담고 있는 압력 용기(pressure vessel)에 업스트림 단부(upstream end)에서 연결되고, 이 경우 입자 사이즈는 튜브들을 통과하기에 충분히 작다. 이러한 굳을 수 있는 분말은 튜브들 아래쪽으로 내보내지고, 제1 층과 제2 층 사이의 간극 내로 빠져나간다. 굳을 수 있는 분말은 0.1바(bar)와 50바 사이의 압력 용기를 빠져나갈 때 양의 차이 압력 하에 있고, 제1 층과 제2 층 사이의 간극에 들어갈 때 빽빽히 채워 넣어진다. 이들 층 중 하나는 공기가 그러한 물질을 떠나는 것을 허용하기 위해 필터와 같이 작용한다. 적층된 튜브들(그것들 사이에 도입된 분리 요소를 갖는)은 앞서 묘사된 바와 같은 굳지 않을 수 있는 분말의 제2 층을 도입하기 위해 사용될 수 있다.
임의로, 가요성 복합재의 가장자리들은 충전 물질이 탈출하는 것을 방지하기 위해 밀봉된다. 가요성 복합재의 가장자리들은 충전 물질의 도입 전 또는 도입 후에 밀봉될 수 있지만, 충전 물질의 도입 전에 밀봉되는 것이 바람직하다. 가요성 복합재의 가장자리들은 탄성 방적사, 스티칭(stitching), 초음파 접착, 열적 접착, 니들 펀칭, 또는 접착제에 의해 밀봉될 수 있다.
마지막으로 그리고 임의로, 채워진 가요성 복합재는 튜브들의 끝 후에 말아올려진다.
임의로, 제조시 가요성 복합재에 보강 메시(mesh)가 추가되어진다면, 메시의 간격 두기(spacing)로부터 베틀 내로 메시가 도입되는 속도(rate)와 니들들의 간격 두기에 색인을 붙이는 것이 필수적일 수 있다. 이는 니들들 및/또는 메시에 손상을 줄 수 있는 메시 자체보다는 메시에서의 구멍들에 니들들이 부딪히는 것을 보장하기 위함이다.
위에서 설정된 제작 방법에 의해 생성된 가요성 복합재의 2개의 주된 층들(제1 층(a)과 제2 층(c))은 니들 펀칭 기계(니들 베틀)를 사용하여 주요 층들(primary layers) 중 하나로부터 시작되는 섬유들에 의해 연결된다. 하지만, 본 명세서에서 언급된 것처럼 이들 연결 섬유들은 스티치 접착 기계 내로 도입된 방적사와 같이, 어딘가 다른 곳으로부터 시작될 수 있다. 제1 층과 제2 층이 니들링 기계보다는 스티치 접착 기계 내로 끌어당겨지게 되는 점을 제외하고는 위 제작 순서는 나중(latter) 시나리오에서 동일하게 된다. 가요성 복합재 천의 폭, 두께, 라인 속도, 연결 섬유 간격두기 등은 바뀌지 않고 남아 있게 된다. 중요한 차이는 왕복 운동하는 니들들이 연결 섬유들을 생성하기 위해 층들 중 하나로부터 섬유들을 미늘이 있는 니들들이 골라내기 보다는 2개의 층들 사이에서 외부 릴(external reel)로부터 방적사를 운반하게 됨으로써 그것들과 만난다는 점이다. 대안적으로, 그러한 물질은 정수압 하에 벌크 분말(bulk powder)을 통한 니들링에 의해 적재될 수 있다.
예들(Examples)
휨 강성도(Flexural Stiffness)
도 10과 도 11은 BS EN 196-1:2005에서 설정된 표준 테스트에 기초하고 본 발명에 따라 2개의 굳은 가요성 복합재들(A, B) 각각에 대해 행해진 3점 벤드 테스트들의 플롯(plot)들을 보여준다. 도 10과 도 11은 MPa로 나타낸 휨 강도 대(vs) ㎜로 나타낸 중앙 변위를 보여준다. 플롯(17)은 위에서 묘사되고 도 2에서 도시된 가요성 복합재(200)의 굳은 샘플(set sample)을 보여준다.
테스트된 샘플들은 상면(top surface)으로부터 주어진 섬유들로 이루어진 연결 요소들의 위치를 정하기 위해 니들 펀칭 공정(process)을 사용하였다. 그러한 샘플들은 기계 방향(MD)으로 140㎜인 길이를 가지고, 가로 방향(TD)으로 40㎜인 폭을 가졌다. 복합재들(A와 B)에 대한 세트 필의 두께는 최소 점들에서 각각 12㎜와 14㎜였고, 최대 점들에서는 각각 13.5㎜와 15㎜였다(불룩한 부분(bulge)들의 점에서).
3점 벤드에 대한 지지체들은 100㎜인 중심들에 있었고 로딩 바(loading bar)가 중심으로 인가되었다. 그러한 샘플은 TD로 전파하는 제1 크랙(crack)을 가지고 MD에 있는 긴 치수(long dimension)로 테스트되었다.
복합재 A는 다음 구성을 가졌는데, 즉 섬유 도너/마모 면(wear face): 340g/㎡ PP 니들 펀치된 직조되지 않은 17 데시텍스의 스테이플 섬유들; 키잉 요소: 120g/㎡ PP 니들 펀치된 직조되지 않은 7 데시텍스의 스테이플 섬유들; 보강 요소: PP 직조된 테이프, 80g/㎡, 20kN/m UTS; 보호 요소: 120g/㎡ PP 니들 펀치된 직조되지 않은 7 데시텍스의 스테이플 섬유들; 32 게이지(guage) 니들들로 섬유 도너 면(doner face)을 니들 펀칭함으로써 생성된, 1.5㎜(MD)×12㎜(TD)의 정방형 패턴으로 배열된 연결 섬유들; 굳을 수 있는 필(settable fill): 4바의 차이 압력에서 채워진 고 알루미나 시멘트; 24시간 동안 표준 온도 및 압력(STP)에서 샘플이 초과 물(excess water)에서 굳고 남겨졌으며, 물이 처음 추가된 후 24시에 테스트되었다.
복합재 B는 다음 구성을 가졌는데, 즉 섬유 도너/마모 면: 200g/㎡ PP 니들 펀치된 직조되지 않은 6 데시텍스의 스테이플 섬유들, UTS ~12 kN/m; 키잉 요소: 200g/㎡ PP 니들 펀치된 직조되지 않은 6 데시텍스의 스테이플 섬유들; 보강/불침투성 요소: 1㎜의 LLDPE 지오멤브레인, 900g/㎡, 15kN/m UTS; 30 게이지 니들들로 섬유 도너 면을 니들 펀칭함으로써 생성된, 4.5㎜(MD)×12㎜(TD)의 정방형 패턴으로 배열된 연결 섬유들; 굳을 수 있는 필: 3바의 차이 압력에서 채워진 100% CEM 1/52.5N 보통의 포틀란드 시멘트; 7시간 동안 표준 온도 및 압력(STP)에서 샘플이 초과 물(excess water)에서 굳고 남겨졌으며, 물이 처음 추가된 후 7일째에 테스트되었다.
복합재 A의 샘플은 로딩 바의 대략 0.5㎜의 중앙 변위에서 시멘트에서 제1 중앙 크랙을 생성하였다. 샘플들의 중심으로부터 대략 5 내지 20㎜에 있는 이어지는 크랙들은 대략 2.5, 4.6, 8 및 16㎜ 중심 변위로 나타났다. 대략 23㎜인 중심 변위에서 성분 테이프들을 스냅(snap)함으로써 직조된 테이프 보강 요소가 샘플의 중심에 떨어지기 시작하였다. 이러한 점 후에는 시멘트에서 어떠한 추가 크랙들도 발생하지 않았다. 테이프는 대략 30㎜인 중앙 변위(도 9의 스케일로부터 오프(off)된)에서 샘플이 어떠한 중앙 로드(central load)도 지닐 수 없을 때까지 점진적으로 고장났다.
복합재 B의 샘플은 4.8MPa인 휨 강도로 로딩 바(loading bar)의 대략 0.5㎜인 중앙 변위만큼 시멘트에서 제1 중앙 크랙을 생성하였다. 샘플들의 중심으로부터 대략 5 내지 20㎜에 있는 이어지는 크랙들은 대략 2, 2.8, 4.5, 6.5, 8, 9, 12.3 및 22㎜ 중앙 변위에서 나타났다. 1㎜ LLDPE 지오멤브레인에 의해 보강된 제2 층은 대략 25㎜인 중앙 변위에서 샘플의 중심에서 떨어지기 시작하였다. 이러한 점 후에는 시멘트에서 어떠한 추가 크랙들도 발생하지 않았다. 이러한 지오멤브레인은 대략 35㎜인 중앙 변위(도 10의 스케일로부터 오프된)에서 최종 고장(failure) 전에 큰 연장(extention)을 겪었다.
세트 필의 제1 크랙 다음에는 제1 크랙의 것보다 높은 휨 로드(flexural load)에서 세트 필의 점진적인 일련의 크랙들이 오고, 마지막으로 제2 층에서의 보강 요소의 사라짐은 본 명세서에서 묘사된 굳은 가요성 복합재의 고장 모드를 나타낸다.
도 12, 도 13, 및 도 14는 본 명세서에서 묘사된 복합재 B의 3개의 박리 강도 테스트들을 보여준다.
도 12는 굳은 상태에 있는 복합재 B의 시멘트 필과 제2 층 사이의 박리 강도를 보여준다. BS EN 13426-2:2005에서 묘사된 방법을 사용하여 데이터가 얻어졌다.
도 12에 도시된 결과들은 미터 폭당 2.5kN과 4.3kN 사이에 있는 로드에서의 180㎜의 연장이 후속하는 0㎜부터 20㎜까지의 변위를 갖는 샘플을 적재하는 초기 기간을 보여준다. 그러한 범위의 박리 강도는 얇은 조각으로 갈라짐 없이 도 11에서 상세히 묘사된 휨 성질들을 생성하기에 충분한 것 이상이다.
도 13은 함께 제2 층을 형성하는 1㎜의 LLDPE 지오멤브레인(보강 층과 함유 층 모두로 작용하는)과 200g/㎡ 키잉 층(keying layer) 사이의 박리 강도를 보여준다. 이러한 박리 강도 데이터는 BS EN 13426-2:2005에서 묘사된 방법을 사용하여 얻어졌다. 굳지 않은 물질에 대해 테스트가 수행되었다.
도 13에서 도시된 결과들은 단위 미터 폭 당 1.9kN과 2.7kN 사이에 있는 로드에서 165㎜의 연장이 후속하는 0㎜부터 35㎜까지의 변위를 갖는 샘플을 적재하는 초기 기간을 보여준다. 그러한 범위의 박리 강도는 얇은 조각으로 갈라짐 없이 도 11에서 상세히 묘사된 휨 성질들을 생성하기에 충분한 것 이상이다.
도 14는 굳지 않은 상태에 있는 복합재 B의 제1 층과 제2 층 사이의 박리 강도를 보여준다. 이러한 박리 강도 데이터는 BS EN 13426-2:2005에서 묘사된 방법을 사용하여 얻어졌다.
도 14에서 도시된 결과들은 미터 폭 당 0.42kN과 0.65kN 사이에 있는 로드에서 170㎜의 연장이 후속하는 0㎜부터 30㎜까지의 변위를 갖는 샘플을 적재하는 초기 기간을 보여준다. 이러한 박리 강도는 연결 섬유들의 인장 강도와, 제1 층과 제2 층에 그것들의 얼마나 잘 부착되는지를 나타낸다. 그러한 범위의 박리 강도는 조작(manipulation)과 설치 동안에 굳지 않은 상태에 있는 제1 층과 제2 층이 얇은 조각으로 갈라지는 것을 방지하기에 충분한 것 이상이고, 그러한 범위가 또한 가요성 복합재의 제작시 상기 가루가 된 필의 압력이 가해진 전달 동안에 가루가 된 필을 담기에 충분한 것으로 발견되었다.

Claims (61)

  1. 경성(rigid) 또는 반경성(semi-rigid)이 되도록 굳을 수 있는 가요성 복합재에 있어서,
    상기 복합재는:
    제1 층;
    상기 제1 층과 대향하고 공간에 의해 상기 제1 층으로부터 분리되는 제2 층;
    상기 제1 층과 상기 제2 층 사이의 상기 공간에 위치하는 분말 충전 물질 - 상기 분말 충전 물질은 액체, 기체 또는 방사선(radiation)의 추가시 경성이거나 반경성인 고체로 굳을 수 있음 -;
    상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층으로부터 상기 공간 내로 연장되고, 상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층에 연결되며, 상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층을 통과할 수 있고, 함께 연결될 수 있어 상기 층들을 함께 접합하기 위한 연결 요소들을 형성하는 복수의 요소들을 포함하고,
    상기 연결 요소들 중 하나 이상에 장력이 인가되도록 하고, 상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층으로 하여금 장력을 받는 상태에 있는 인접한 연결 요소들 사이에서 외향으로 부풀려지게 하는 압력으로 상기 공간에 굳지 않은 분말 충전 물질이 제공되는, 가요성 복합재.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 층은 부직포를 포함하고,
    상기 부직포는 니들 펀칭(needle punching), 접착제들, 가열, 고수압 직조(hydroentanglement), 스티치 접착(stitch bonding), 또는 초음파 용접에 의해 접착되는 섬유들을 포함할 수 있고,
    상기 부직포는 폴리프로필렌 섬유들을 포함할 수 있는, 가요성 복합재.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 층에는 기체들과 액체가 침투 가능하지만, 상기 분말 충전 물질에는 침투가 가능하지 않은, 가요성 복합재.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층은, 상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층의 인장 강도를 향상시키고/향상시키거나 강성도를 증가시키도록 구성되는, 직조물, 부직물, 연속적인 멤브레인(continuous membrane) 또는 편직물(knitted fabric)을 포함하는 보강 요소를 더 포함하고,
    상기 보강 요소는 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 포함할 수 있는, 가요성 복합재.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층의 최종 인장 강도는 식:
    Figure 112022089810701-pct00009

    에 의해 나타내어질 수 있고,
    여기서:
    σf는 굳을 때 상기 분말 충전 물질의 (N/㎡) 단위의 상기 최종 인장 응력이고;
    tf는 상기 굳은 분말 충전 물질의 평균 두께(m)이고;
    Tr은 미터 폭 당(per metre width), 장력을 받는 상태에서 로드되는 상기 층의 상기 최종 인장 강도(N/m)인, 가요성 복합재.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층은 미터 폭 당 0.5 내지 200 kN인 인장 강도를 가지는, 가요성 복합재.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층은 자신의 가장 안쪽 표면의 적어도 일부에 러프 키잉 직물 요소(rough keying fabric element)를 포함하고, 그로 인해 굳을 때 상기 분말 충전 물질이 달라붙는 상기 공간에서 상기 분말 충전 물질과 인접하고,
    상기 러프 키잉 직물 요소는 폴리프로필렌 섬유들을 포함할 수 있고,
    상기 분말 충전 물질과 인접하는 상기 러프 키잉 직물 요소는, 상기 분말 충전 물질이 굳을 때 상기 러프 키잉 직물 요소와 상기 분말 충전 물질 사이에 0.5 내지 10 kN/m인 박리 저항을 갖는 접착을 제공하도록 구성될 수 있는, 가요성 복합재.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 러프 키잉 직물 요소는 상기 보강 요소에 접착되고, 상기 러프 키잉 직물 요소와 상기 보강 요소 사이의 접착의 박리 저항은 0.5 내지 10 kN/m인, 가요성 복합재.
  9. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 연결 요소들은 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이에서 연장되고, 그로 인해 상기 제1 층과 상기 제2 층을 접합하고, 상기 가요성 복합재의 세로축 및/또는 가로축을 따라서 규칙적이거나 불규칙적인 배열로 이격되고,
    각각의 연결 요소는 인장 하중을 지탱할 수 있는 이산 컬럼(discrete column)에서 상기 공간을 가로질러 그리고 상기 층들 중 하나 또는 둘 모두를 통해 연장되는 복수의 부요소들(a plurality of sub-elements)을 포함할 수 있고,
    상기 연결 요소들은 0.1 ㎜와 100 ㎜ 사이의 거리로 서로 이격될 수 있고,
    상기 연결 요소들은 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이의 중간 평면에 대해 수직인 네트 앵글(net angle)로 상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층 사이에서 연장될 수 있고,
    상기 연결 요소들은 니들 펀칭, 스티치 접착, 고수압 직조, 및 미리 형성된 후크들과의 맞물림 중 하나 이상에 의해 상기 공간에 위치될 수 있는, 가요성 복합재.
  10. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층으로부터 상기 공간을 가로질러 연장되는 상기 연결 요소들은 상기 대향하는 층을 통해 연장되고, 그로 인해 상기 층들을 함께 접합하고,
    상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층을 통해 연장되는 상기 연결 요소들은, 통과해서 연장한 상기 층의 가장 바깥쪽 변에 고착되도록 적응될 수 있고,
    상기 연결 요소들은 기계적인 얽힘(mechanical entanglement), 접착제, 화학적이거나 기계적인 수단에 의한 가열 또는 폴리머 층으로의 접착에 의한 융합(fusing) 중 하나 이상에 의해 고착될 수 있는, 가요성 복합재.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 굳지 않은 가요성 복합재의 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이의 박리 저항은 0.1 kN/m과 20 kN/m 사이에 있는, 가요성 복합재.
  12. 제9 항에 있어서,
    일단 상기 연결 요소들이 상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층을 통해 연장되면, 상기 연결 요소들은 상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층에 대해 평행하게 방향을 변경하는, 가요성 복합재.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층으로부터 상기 공간을 가로질러 연장되는 상기 연결 요소들은 상기 대향하는 층을 통과하여 상기 공간 내로 다시 연장되고,
    상기 공간 내로 다시 연장되는 상기 연결 요소들은 상기 공간에 위치하는 다른 연결 요소들과 접합하도록 구성될 수 있고,
    상기 공간 내로 다시 연장되는 상기 연결 요소들은 얽힘(entanglement)에 의해 다른 연결 요소들과 접합할 수 있고,
    상기 공간 내로 다시 연장되는 상기 연결 요소들은 상기 섬유들이 시작된 상기 층과 접합하도록 구성될 수 있는, 가요성 복합재.
  14. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 층과 상기 제2 층 사이의 상기 공간에 위치하는 제2 충전 물질을 더 포함하고,
    상기 제2 충전 물질은 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이의 상기 공간에 위치하는 분리 층에 의해 상기 분말 충전 물질로부터 분리되고,
    상기 제2 충전 물질은 분말, 페이스트, 또는 발포성 조성물 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있고,
    상기 제2 충전 물질은 벤토나이트 점토(bentonite clay) 또는 초흡수성 폴리머(super absorbent polymer)를 포함할 수 있는, 가요성 복합재.
  15. 제5 항에 있어서,
    상기 가요성 복합재의 상기 제1 층 및 상기 제2 층은 접착제로 함께 접착되고,
    상기 접착제는 보강 요소의 부분에 또는 상기 보강 요소의 부분으로서 달라붙는 폴리프로필렌 공중합체를 포함할 수 있고,
    상기 접착제는 상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층의 상기 최종 인장 강도와 유사한 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이의 전단 강도를 제공할 수 있는, 가요성 복합재.
  16. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층을 형성하는 데 사용되는 물질들은 수용성이거나, 썩을 수 있거나(rottable), UV 열화될 수 있거나(UV degradable), 친수성이거나, 소수성인, 가요성 복합재.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 물질이 굳기 전에 자신의 자체 하중(self-weight)을 지탱할 수 있는 3차원 형상으로 상기 굳지 않은 가요성 복합재를 형성하기 위해 구부러질 수 있는 충분한 면외 강성도(out of plane stiffness)를 가지는 연성 층을 더 포함하는, 가요성 복합재.
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