KR20000069313A - 횡단방향 및 축방향으로 보강된 풀트루젼 제품 - Google Patents

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Abstract

보강 풀트루젼 제품 (30′) 은 중합 매트릭스 (36), 이 중합 매트릭스 (36) 에 내장되고 길이 방향으로 배향된 뒤틀린 1 이상의 보강 섬유 (44), 및 상기 중합 매트릭스 (36) 에 내장되고 길이 방향으로 배향된 1 이상의 선형 보강 섬유 (46) 를 포함한다. 제품 (30′) 은 풀트루젼 방법을 통하여 형성되며 보강 섬유 및 중합 섬유로 이루어진 복합체 스트랜드 세트 (24) 가 제공된다. 추가의 인장력이 복합체 스트랜드 (26) 의 제 1 서브세트에 가해진다. 복합체 스트랜드는, 복합체 스트랜드의 제 2 서브세트 (28) 의 중합 섬유가 수축하여 복합체 스트랜드의 제 2 서브세트 (28) 각각에 있는 보강 섬유가 뒤틀리게 하도록 가열된다. 뒤틀린 보강 섬유 (44) 를 포함하는, 가열된 복합체 스트랜드 (24) 세트는 풀트루젼 금형 (18) 에서 고화된다.

Description

횡단방향 및 축방향으로 보강된 풀트루젼 제품{transversely and axially reinforced pultrusion product}
배경기술
본 발명은 보강 풀트루젼 (pultrusion) 제품, 특히, 횡단방향 보강을 제공하기 위하여 유리 섬유부가 뒤틀리는, 유리 섬유로 보강되는 풀트루젼 제품, 및 그러한 보강 풀트루젼 제품의 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 풀트루젼 방법에 따르면, 횡단방향 및 축방향 강도를 제공하기 위하여 축방향 및 횡단방향의 보강 열가소성 및 열경화성 구조물이 필요하고, 유리 섬유의 매트나 직조 직물, 스티치드 (stitched) 직물, 또는 비직조 직물이 열가소성 또는 열경화성 재료에 첨가된다. 그러나, 열가소성 풀트루젼에서는, 매트 또는 직물이 유리의 양호한 젖음성을 얻기 위하여 열가소성 재료로 미리 함침되거나 열가소성 섬유로 적층되는 것이 바람직하다. 그러한 함침 및 적층 단계는 종래의 열가소성 풀트루젼 방법에 추가한 시간 소비 및 고비용을 나타낸다.
따라서, 저비용으로 축방향 및 횡단방향으로 보강된 풀트루젼 제품 및 그러한 제품의 제조를 위한 상응하는 저비용 및 편리한 풀트루젼 방법에 대한 필요성이 있다.
발명의 개요
이러한 필요성은 뒤틀리고, 길이방향으로 배향된 보강 섬유를 포함하는 본 발명에 의해 충족된다. 풀트루젼 제품은, 복합체 스트랜드 세트를 가열함으로써 스트랜드 일부의 중합 섬유가 수축하게 하고, 이에 의해서 이들 복합체 스트랜드에 있는 보강 섬유가 뒤틀리게 함으로써 풀트루젼 장치에서 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며 이러한 제 1 단부로부터 제 2 단부까지 연장하는 풀트루젼 제품축을 한정하는 중합 매트릭스 (polymeric matrix), 및 중합 매트릭스에 내장되어 풀트루젼 제품축에 실질적으로 평행한 방향으로 연장하는 1 이상의 뒤틀린 보강 섬유를 포함하는 보강 풀트루젼 제품이 제공된다. 보강 풀트루젼 제품은 바람직하게는 중합 매트릭스에 내장되어 풀트루젼 제품축과 실질적으로 팽행한 방향으로 연장하는 1 이상의 선형 보강 섬유를 추가로 포함한다.
중합 매트릭스는 섬유화가능 열가소성 재료, 예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 나일론, 폴리프로필렌, 및 폴리페닐렌 설파이드로 이루어진 군에서 선택된 재료로 이루어질 수 있다. 뒤틀린 보강 섬유는 유리, 그라파이트, 아라미드 재료, 강과 같은 금속, 및 금속으로 코팅된 재료로 이루어진 군에서 선택된 재료로 이루어질 수도 있다. 선형 보강 섬유는 뒤틀린 보강 섬유의 수를 압도할 수도 있다. 특히, 선형 보강 섬유 대 뒤틀린 보강 섬유의 비율은 약 85 : 15 일 수도 있지만, 15 : 85 일 수 있거나 풀트루젼 제품의 설계 및 의도된 적용의 필요성에 따라서 다른 비율일 수도 있다. 중합 매트릭스는 보강 풀트루젼 제품의 약 20 중량% 내지 80 중량% 를 구성할 수 있다. 풀트루젼 제품은 약 0.01 " (0.254 mm) 내지 약 1" (2.54 cm), 바람직하게는 약 0.05" (1.27mm) 의 두께 및 약 6" (76.2 mm) 의 폭을 갖는 재료의 시이트로 이루어질 수도 있다. 풀트루젼 제품의 폭은, 보강 제품을 형성시키는데 사용된 풀트루젼 금형의 디자인에 따른다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 보강 풀트루젼 제품은 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖고, 이러한 제 1 단부로부터 제 2 단부까지 연장하는 풀트루젼 제품축을 한정하는 중합 매트릭스, 및 중합 매트릭스에 내장된 1 이상의 실질적으로 비선형인 보강 섬유를 포함한다. 비선형 보강섬유는 비선형 경로를 따라서 제 1 비선형 보강섬유 단부로부터 제 2 비선형 보강 섬유 단부까지 연장하며, 비선형 경로는 길이방향으로 연장하고 이 길이 방향은 푸트루젼 제품축에 실질적으로 평행하다. 보강 풀트루젼 제품은 바람직하게는 중합 매트릭스에 내장된 1 이상의 축방향 보강 섬유를 추가로 포함한다. 축방향 보강 섬유는 선형 경로를 따라서 제 1 축방향 보강 섬유 단부로부터 제 2 축방향 보강 섬유 단부까지 연장하며, 선형 경로는 풀트루젼 제품축에 실질적으로 평행하다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 복합체 스트랜드 세트가 풀트루젼 금형에서 고화할 때 인장되는 풀트루젼 방법이 제공되며, 이 방법은, 각각의 스트랜드가 1 이상의 보강 섬유 및 1 이상의 중합 섬유를 포함하는 복합체 스트랜드 세트를 제공하는 단계; 1 이상의 복합체 스트랜드를 복합체 스트랜드 세트의 제 1 서브세트로, 1 이상의 복합체 스트랜드를 복합체 스트랜드 세트의 제 2 서브세트로 지정하는 단계; 제 1 서브세트 스트랜드의 1 이상의 스트랜드 각각에 추가의 인장력을 가하는 단계; 복합체 스트랜드의 제 2 서브세트의 1 이상의 스트랜드 각각에 있는 1 이상의 중합 섬유가 수축하여, 복합체 스트랜드의 제 2 서브세트의 1 이상의 스트랜드 각각의 보강 섬유가 뒤틀리게 가열하는 단계; 및 가열된 복합체 스트랜드 세트를 풀트루젼 금형부에서 고화시켜 보강 풀트루젼 제품을 형성시키는 단계를 포함한다.
중합 섬유는 미리 펼쳐지거나 부분적으로 또는 전체적으로 배향된 중합 섬유는 포함할 수도 있다. 추가의 인장력은 스트랜드당 약 2 lbf(8.88 N) 내지 약 25 lbf(111 N) 일 수 있다. 추가의 인장력은, 제 2 서브세트 스트랜드의 1 이상의 스트랜드에는 추가의 인장력을 가하지 않고 상기 제 1 서브세트 스트랜드의 1 이상의 스트랜드가 인장부를 통과할 때 인장부에 의해서 제 1 서브세트 스트랜드의 1 이상의 스트랜드 각각에 가해지는 것이 바람직하다.
가열 단계는 복합체 스트랜드를 예비성형 온도로 가열하는 것을 포함할 수 있고, 여기서 예비 성형 온도는 1 이상의 중합 섬유의 융점보다 낮다. 예비성형 온도는 1 이상의 중합 섬유의 융점보다 낮은 약 25。F (15 ℃) 일 수 있다. 고화 단계는 풀트루젼 금형의 일부에 초음파 진동을 가하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 1 이상의 복합체 스트랜드의 제 1 및 제 2 서브세트를 제공하기 위하여 가동하는 복합체 스트랜드 공급부를 포함하는 풀트루젼 장치가 제공된다. 복합체 스트랜드 각각은 1 이상의 보강 섬유 및 1 이상의 중합 섬유를 포함한다. 장치는 복합체 스트랜드의 제 1 서브세트의 1 이상의 스트랜드가 인장부에 의해서 인장되도록 배치되는 복합체 스트랜드 인장부와; 복합체 스트랜드의 제 2 서브세트의 1 이상의 스트랜드 각각의 1 이상의 중합 섬유가 수축하여 복합체 스트랜드의 제 2 서브세트의 1 이상의 스트랜드 각각에 있는 1 이상의 보강 섬유가 뒤틀리게 하도록 복합체 스트랜드의 제 1 및 제 2 서브세트를 가열하도록 작동하는 예비성형부; 및 가열된 복합체 스트랜드로 풀트루젼 제품을 형성하도록 작동하는 풀트루젼 금형부를 추가로 포함한다.
복합체 스트랜드 공급부는 바람직하게는 복수의 불연속 복합체 스트랜드 공급원을 포함한다. 복합체 스트랜드 인장부는 바람직하게는 1 이상의 복합체 스트랜드의 제 1 서브세트와 접촉하는 1 이상의 인장 바아 또는 다른 인장 장치 세트를 포함한다. 예비성형부는 복합체 스트랜드의 제 1 및 제 2 서브세트를 서로에 대응하여 배치시키도록 채용된 천공 플레이트를 포함할 수 있다. 풀트루젼 금형부는 초음파 풀트루젼 금형부를 포함할 수 있다.
따라서, 복 발명의 목적은 횡단 방향 보강을 제공하기 위하여 보강 섬유의 일부가 뒤틀리는 저비용의 보강 풀트루젼 제품, 및 그러한 보강 풀트루젼 제품의 제조를 위한 상응하는 저비용 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 본 발명에 따른 풀트루젼 방법 및 장치의 부분 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 보강 풀트루젼 제품의 개략도이다.
도 2A 는 도 2 에 도시된 보강 풀트루젼 제품 일부의 개략도이다.
도 3 은 제품이 U-형 단면부를 포함하는 본 발명에 따른 보강 풀트루젼 제품의 사시도이다.
발명의 상세한 설명 및 바람직한 실시예
도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풀트루젼 장치 (10) 는 복합체 스트랜드 공급부 (12), 복합체 스트랜드 인장부 (14), 예비성형부 (16), 및 풀트루젼 금형부 (18) 를 구비한다.
복합체 스트랜드 공급부 (12) 는 크릴 (creel; 22) 에 탑재된 일련의 스풀 (spool; 20) 의 형태인 다수의 불연속 복합체 스트랜드 공급원을 포함한다. 각 스풀 (20) 은 스풀 (20) 둘레에 감겨진 복합체 스트랜드 (24) 를 포함한다. 각 복합체 스트랜드 (24) 는 상응하는 가이드 아이 (guide eye; 23) 를 통하여 공급된다. 이러한 방식에서, 복합체 스트랜드 공급부 (12) 는 작동되어 복합체 스트랜드의 제 1 서브세트 (26) 와 복합체 스트랜드의 제 2 서브세트 (28) 를 제공한다.
복합체 스트랜드의 제 1 서브세트 (26) 와 접촉하고 있는 예컨데, 무거운 물건, 스프링 하중 장치와 같은 인장 장치나 인장 바아 세트 (15) 를 포함하는 복합체 스트랜드 인장부 (14) 는, 복합체 스트랜드의 제 1 서브세트 (26) 가 인장부 (14) 에 의하여 인장되도록 배치된다. 본 발명의 특정 실시예에서, 전체가 54 개인 복합체 스트랜드가 공급부 (12) 에 의해서 공급된다. 복합체 스트랜드의 제 1 서브세트 (26) 는 54 개 복합체 스트랜드 (24) 중에서 46 개를 포함하고, 복합체 스트랜드의 제 2 서브세트 (28) 는 나머지 8 개의 복합체 스트랜드 (24) 를 포함한다.
각 복합체 스트랜드 (24) 는, 도시된 스케일의 도면에서 분별할 수 없기 때문에 도 1 에 도시되지 않은 보강 및 중합 섬유를 포함한다. 1994 년 9월 26일에 출원된 미국 특허 출원 제 08/311,817 호는 그 내용이 여기에 참고 자료로 합체되고, 복합체 스트랜드 (24) 를 제조하는 방식을 교시한다. 보강 섬유는, S-유리 및 E-유리를 포함하는 유리, 중공 섬유, 그라파이트, 아라미드 재료, 금속이나 금속 코팅된 섬유, 및 다른 섬유화가능 재료에서 선택된 재료로 이루어진다. 중합 섬유는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 나일론, 폴리프로필렌, 폴리페닐렌 설파이드 및 임의의 다른 섬유화가능 열가소성 재료에서 선택된 재료로 이루어진다. 또한, 본 발명에서 사용된 중합 섬유는 예비 성형부 (16) 의 열에 의해서 수축하는 것들이다. 예컨대, 높은 인장 강도를 내기 위하여 제조하는 동안에 스트레칭되거나 배향된 중합 섬유는 가열시 수축되고, 따라서, 본 발명에 사용하는데 적합하다.
본 발명의 일 실시예에서, 보강 섬유는 약 15 미크론 내지 약 23 미크론의 단면 직경을 갖는 E-유리로 이루어지고 중합 섬유는 동일한 크기를 갖는 폴리프로필렌 섬유로 이루어져 양호한 젖음성을 달성한다. 복합체 스트랜드는 약 15 중량% 내지 약 85 중량% 의 보강 섬유를 포함할 수 있지만 더 양호한 젖음성 및 더 적은 손실을 위하여는 약 60 중량% 의 중합체가 양호한 제품 특성을 달성하였다.
예비 성형부 (16) 는 풀트루젼 제품 (30) 의 최종의 소망 형태와 유사한 배치로 복합체 스트랜드 (24) 를 서로에 대응하여 위치시키기 위하여, 각각의 복합체 스트랜드 (24) 가 관통하는 개구부가 있는 천공 플래이트 (17) 를 구비한다. 예비 성형부 (16) 는 복합체 스트랜드의 제 1 및 제 2 서브세트 (26, 28) 를 가열한다. 예비 성형부 (16) 에 의해서 발생된 열에 노출되는 경우에 복합체 스트랜드의 제 1 및 제 2 서브세트 (26, 28) 는 수축한다.
복합체 스트랜드의 제 2 서브세트 (28) 에 있는 특정 복합체 스트랜드 (24) 에서 중합 섬유의 수축은, 동일한 복합체 스트랜드 (24) 에 있는 대응 보강 섬유가 뒤틀리게 야기하는, 즉 실질적으로 비선형 배향이 되게하는 응집력을 생성한다. 보강 섬유는 중합 섬유와 함께 수축하지 않으므로 보강 섬유는 응집력에 대응하여 뒤틀리게 된다. 복합체 스트랜드의 제 1 서브세트 (26) 에 있는 특정 복합체 스트랜드 (24) 에서의 중합 섬유의 수축은, 동일한 복합체 스트랜드에 있는 대응 보강 섬유가 뒤틀리게 하지 않는데 이는 복합체 스트랜드의 제 1 서브세트 (26) 에 가해진 추가의 인장력 때문이다.
미리 가열된 복합체 스트랜드 (24) 는 풀트루젼 금형부 (18) 에서 고화되어 풀트루젼 금형부 (18) 의 특정 형태에 의해 한정된 바라는 단면부를 갖는 풀트루젼 제품 (30) 을 형성한다. 인발 롤러부 (32) 는 풀트루젼 동안에 축방향으로 풀트루젼 제품 (30) 을 인발한다. 이러한 인발은 보강 섬유에 만들어진 뒤틀림을 감소시킨다. 따라서, 풀트루젼 금형부 (18) 는 풀트루젼 동안에 뒤틀림이 실질적으로 감소되지 않도록 선택될 수 있다. 초음파 진동이 풀트루젼 금형에 가해지는, 테일러 (Taylor) 의 미국 특허 제 5,091,036 호에 개시된 초음파 풀트루젼 금형부는, 금형부에 걸쳐 인장력을 최소화시키고 그 결과, 본 발명에 사용하는데 적합한 풀트루젼 장치의 일 예이다. 그러나 본 발명의 발명자에 의해서 숙고된 것은 초음파 금형부 이외에 풀트루젼 금형이 사용될 수 있다는 것이다. 제품 냉각부 (34), 바람직하게는 냉각수 미스트 분무기가 풀트루젼 금형부 (18) 의 라인 하부에 제공되어 단순히 주위 공기에의 노출을 통하여 가능한 것보다 더 빠르게 풀트루젼 제품 (30) 을 냉각시킨다.
도 1 를 참조하여 설명하면, 모든 복합체 스트랜드 (24) 가 인발 롤러부 (32) 에 의해서 풀트루젼 금형부 (18) 를 통과하여 인발될 때 어느 정도 인장될지라도, 스트랜드의 제 1 서브세트 (26) 가 인장부 (14) 를 통하여 인장될 때 복합체 스트랜드 인장부 (14) 의 인장 장치 (15) 가 복합체 스트랜드의 제 1 서브세트 (26) 에 추가의 인장력을 가한다. 추가의 인장력은 스트랜드의 제 1 서브세트 (26) 가 예비 성형부 (16) 및 풀트루젼 금형부 (18) 를 통과할 때 스트랜드의 제 1 서브세트 (26) 의 뒤틀림을 방지한다. 추가 인장력의 크기는 스트랜드의 제 1 서브세트 (26) 에 있는 보강 섬유가 뒤틀리지 않게 보장하는데 충분히 크다. 예컨대, 중합 섬유가 폴리프로필렌으로 이루어진 곳과 보강 섬유가 E-유리 섬유로 이루어진 곳에서, 스트랜드의 제 1 서브세트 (26) 에 가해지는 추가의 인장력은 약 10 lbf(44.4 N) 이며, 스트랜드의 제 2 서브세트 (28) 에서의 인장력은 복합체 스트랜드 공급부 (12) 로부터 스트랜드를 하적시키고 예비 성형부 (16) 및 풀트루젼 금형부 (18) 를 통하여 스트랜드를 인발하는데 필요한 정도이다.
상기한 바와 같이, 설명한 실시예에서 복합체 스트랜드의 제 2 서브세트 (28) 에 추가의 인장력이 가해지지 않고, 필요한 인장력이 보강 섬유의 적어도 일부의 뒤틀림을 방지할 정도로 크지 않게 풀트루젼 금형부 (18) 및 인발 롤러부 (32) 가 배치되기 때문에, 복합체 스트랜드의 제 2 서브세트 (28) 에 있는 중합 섬유의 수축은 복합체 스트랜드의 제 2 서브세트 (28) 에 있는 보강 섬유가 뒤틀리게, 즉 구부러지게 야기한다. 본 발명에 의해서 숙고된 것은 중합 섬유가 미리 스트레칭되거나 배향되는 정도를 다르게 하여 다른 수준의 뒤틀림이 얻어질 수도 있다는 것이다. 특히, 섬유를 배향하는 동안에 정상 길이의 6 배로 스트레칭된 중합 섬유는, 배향 하는 동안에 정상 길이의 2 배로 스트레칭된 중합 섬유보다 비례적으로 더 많은 뒤틀림을 야기할 것이다.
예비 성형부 (16) 에서, 복합체 스트랜드 (24) 는 약 350。F (175 ℃) 내지 400。F (200 ℃) 의 예비성형 온도로 가열된다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에서, 예비성형 온도는 중합 섬유의 용융점보다 낮은 약 25。F (15 ℃) 이다.
이하, 동일한 구성 요소를 동일한 참조 부호로 표시한 도 2 및 도 2A 를 참조하면, 도 1 에 도시한 풀트루전 제품 (30) 으로부터 형성된 절단되거나 불연속인 보강 풀트루젼 제품 (30′) 은 제 1 단부 (38) 및 제 2 단부 (40) 를 가지며, 제 1 단부 (38) 로부터 제 2 단부 (40) 까지 연장하는 풀트루젼 제품축 (42) 을 한정하는 중합 매트릭스를 포함한다. 상기 풀트루젼 방법을 통하여 복합체 스트랜드 (24) 에 있는 중합 섬유로부터 중합 매트릭스를 형성하였다. 1 이상의 뒤틀린 보강 섬유 (44) 가 내장되고, 즉 중합 매트릭스 (36) 에 의해서 적어도 부분적으로 둘려쌓여지고 풀트루젼 제품축 (42) 에 실질적으로 평행한 방향으로 연장한다. 보강 풀트루젼 제품 (30′) 은 중합 매트릭스 (36) 에 내장되어 풀트루젼 제품축 (42) 에 거의 평행인 방향으로 연장하는 1 이상의 선형 보강 섬유 (46) 를 포함한다. 도시된 실시예에서, 상기한 풀트루젼 방법을 통하여 복합체 스트랜드 (24) 에 있는 보강 섬유로부터 뒤틀린 보강 섬유와 선형 보강 섬유 (44, 46) 가 형성된다. 풀트루젼 제품 (30′) 은 선형 보강 섬유 (46) 에 의해서 축방향으로 보강되고 뒤틀린 보강 섬유 (44) 에 의해서 횡단방향으로 보강된다.
뒤틀린 보강 섬유 (44) 는, 일반적으로 점선 (52) 으로 지시된 경로를 따라서 일반적으로 48 로 지시된 제 1 비선형 보강 섬유 단부로부터 일반적으로 50 으로 지시된 제 2 비선형 보강 섬유 단부까지 각각 연장하는 실질적으로 비선형인 보강 섬유를 포함한다. 도시된 실시예에서, 제 1 및 제 2 비선형 보강 섬유 단부는 매트릭스 (36) 의 제 1 및 제 2 단부 (38, 40) 까지 연장한다. 그러나, 제 1 및 제 2 비선형 보강 섬유는 매트릭스 (36) 의 길이방향 길이보다 작은 길이를 가질 수도 있고 그리하여 매트릭스 (36) 의 양 단부 (38, 40) 까지 연장하지 않을 수도 있다는 것이 숙고되었다. 비선형 경로 (52) 는 일반적으로 화살표 (54) 로 지시된 길이 방향으로 일반적으로 연장한다. 길이 방향 (54) 은 풀트루젼 제품축 (42) 에 실질적으로 평행하다. 선형 보강 섬유 (46) 는, 일반적으로 점선 (60) 으로 지시된 선형 경로를 따라서 일반적으로 56 으로 지시된 제 1 축방향 보강 섬유 단부로부터, 일반적으로 58 로 지시된 제 2 축방향 보강 섬유 단부까지 각각 연장하는 축방향 보강 섬유를 포함한다. 제 1 및 제 2 축방향 보강 섬유 단부 (56, 58) 는 도시된 실시예의 매트릭스 (36) 의 제 1 및 제 2 단부 (38, 40) 까지 연장한다. 선형 경로 (60) 는 또한 풀트루젼 제품축 (42) 에 실질적으로 평행하다.
보강 풀트루젼 제품에 존재하는 뒤틀린 보강 섬유 및 선형 보강 섬유 (44, 46) 의 상대적인 수는 특정 풀트루젼 제품에서의 횡단방향 및 축방향 보강의 원하는 정도에 따라서 변할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에서 복수의 선형 보강 섬유가 뒤틀린 보강 섬유의 수를 압도한다. 특히, 선형 보강 섬유 대 뒤틀린 보강 섬유의 비율은 85 대 15 이다. 유사하게, 보강 풀트루젼 제품에서 중합 재료와 보강 섬유의 배치와 상대적인 함량은 특정 풀트루젼 제품의 원하는 특성에 따라서 변한다. 본 발명의 일 실시예에서 중합 매트릭스는 변할 수 있지만 보강 풀트루젼 제품의 전체 중량의 약 40% 내지 약 50% 가 중합 재료로 이루어질 때 최량의 결과가 얻어진다. 또한 풀트루젼 제품 자체의 칫수는 실시에 따라서 변할 수 있다.
보강 섬유가 제 1 보강 섬유 재료로 이루어진 1 이상의 제 1 보강 섬유세트 및 제 2 보강 섬유 재료로 이루어진 1 이상의 제 2 보강 섬유세트를 포함하도록 하기 위하여, 1 종류 이상의 보강 섬유가 풀트루젼 제품 (30′) 내에서 사용될 수도 있다는 것이 본 발명에 의해서 숙고되었다. 예컨대, 아라미드 섬유는 강하지만 여러 보강 섬유보다 비싸므로, 저비용으로 증가된 강도를 달성하기 위하여, 보강 섬유의 10% 는 아라미드 섬유이며 나머지 보강 섬유는 다른 적합한 재료로 제조되도록 상기한 풀트루젼 방법이 채택된다. 유사하게, 보강 섬유의 10% 는 도전 재료일 수 있고 나머지 보강 섬유는 다른 적합한 재료로 형성된다.
비복합체 스트랜드가 최종 풀트루젼 제품의 매트릭스 안에 내장되게 하기 위하여 1 이상의 비복합체 보강 섬유 스트랜드가 풀트루젼 공정 중에 복합체 스트랜드와 합체될 수도 있다는 것이 본 발명에 의해 숙고되었다. 비복합체 보강 섬유 스트랜드는 크릴 (22) 에 탑재된 스풀 (spool) 의 형태로 제공될 수도 있다. 보강 섬유 스트랜드는 S-유리 및 E-유리를 포함하는 유리, 중공 섬유, 그라파이트, 아라미드 재료, 금속, 또는 금속 코팅된 재료로 이루어진 군에서 선택된 재료로 형성될 수 있다.
이하, 도 3 을 참조하면, 보강 풀트루젼 제품 (30′) 은 U-형 단면부를 포함하는 신장된 채널 디자인으로 될 수도 있다는 것이 본 발명에 의해 숙고 되었다. 이러한 방식에서, 보강 풀트루젼 제품 (30′) 은 비틀림 응력에 저항하는 구조 부재로서의 기능을 한다. 예컨대, 인장되거나 인장되지 않은 스트랜드의 수가 특정 제품의 필요에 따라서 변할 수 있을지라도, U-형 단면부를 포함하는 본 발명의 일 실시예에서 스트랜드의 50% 가 인장되고 스트랜드의 50% 는 인장되지 않는다.
바람직한 실시예를 참조하여 상세하게 본 발명을 기재하였지만, 첨부된 청구범위에 의해서 한정되는 본 발명의 범위 내에서 수정 및 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 추가의 인장력이 복합체 스트랜드의 제 2 서브세트 (28) 에 가해질 수도 있다는 것이 추가로 숙고되었다. 그러나, 복합체 스트랜드의 제 1 서브세트 (26) 의 추가의 인장은 스트랜드의 제 2 서브세트 (28) 의 인장을 초과해서는 안된다.

Claims (27)

  1. 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖고, 상기 제 1 단부로부터 상기 제 2 단부까지 연장하는 풀트루젼 제품축을 한정하는 중합 매트릭스; 및
    상기 중합 매트릭스에 내장되고 상기 풀트루젼 제품축에 실질적으로 평행한 방향으로 연장하는 1 이상의 뒤틀린 보강 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 보강 풀트루젼 제품.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 중합 매트릭스에 내장되고 상기 풀트루젼 제품축에 실질적으로 평행한 방향으로 연장하는 1 이상의 선형 보강 섬유를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 보강 풀트루젼 제품.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 중합 매트릭스는 섬유화가능 열가소성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 보강 풀트루젼 제품.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 중합 매트릭스는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 나일론, 폴리프로필렌, 및 폴리페닐렌 설파이드로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 보강 풀트루젼 제품.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 뒤틀린 보강 섬유는 유리, 그라파이트, 아라미드 재료, 금속 재료, 및 금속 코팅된 재료로 이루어진 군에서 선택된 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 보강 풀트루젼 제품.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 1 이상의 선형 보강 섬유는 복수의 선형 보강 섬유를 포함하며 상기 복수의 선형 보강 섬유는 상기 1 이상의 뒤틀린 보강 섬유의 수보다 큰 것을 특징으로 하는 보강 풀트루젼 제품.
  7. 제 6 항에 있어서, 선형 보강 섬유 대 뒤틀린 보강 섬유의 비율은 약 85 대 15 인 것을 특징으로 하는 보강 풀트루젼 제품.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 중합 매트릭스는 보강 풀트루젼 제품의 약 40 중량% 내지 약 50 중량% 를 구성하는 것을 특징으로 하는 풀트루젼 제품.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 풀트루젼 제품은 약 0.01 " (0.254 mm) 내지 약 1" (2.54 cm) 의 두께 및 약 6" (15.24 cm) 의 폭을 갖는 재료의 시이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 보강 풀트루젼 제품.
  10. 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖고, 상기 제 1 단부로 부터 상기 제 2 단부까지 연장하는 풀트루젼 제품축을 한정하는 중합 매트릭스, 및
    상기 중합 매트릭스에 내장되는 1 이상의 실질적으로 비선형인 보강 섬유를 포함하고, 상기 비선형 보강 섬유는 비선형 경로를 따라서 제 1 비선형 보강 섬유 단부로부터 제 2 비선형 보강 섬유 단부까지 연장하며, 상기 비선형 경로는 길이방향으로 연장하며, 상기 길이 방향은 상기 풀트루젼 제품축에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 보강 풀트루젼 제품.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 중합 매트릭스에 내장된 1 이상의 축방향 보강 섬유를 추가로 포함하고, 상기 축방향 보강 섬유는 선형 경로를 따라서 제 1 축방향 보강 섬유 단부로부터 제 2 축방향 보강 섬유 단부까지 연장하며, 상기 선형 경로는 상기 풀트루젼 제품축에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 보강 풀트루젼 제품.
  12. 제 1 항에 있어서, 복수의 뒤틀린 보강 섬유가 제공되고 상기 복수의 뒤틀린 보강 섬유는 제 1 보강 섬유 재료로 이루어진 1 이상의 제 1 보강 섬유세트와 제 2 보강 섬유 재료로 이루어진 1 이상의 제 2 보강 섬유세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 보강 풀트루젼 제품.
  13. 복합체 스트랜드 세트가 풀트루젼 금형에서 고화될 때 인장되는 풀트루젼 방법으로서,
    각각의 스트랜드가 1 이상의 보강 섬유 및 1 이상의 중합 섬유를 포함하는 상기 복합체 스트랜드 세트를 제공하는 단계;
    상기 복합체 스트랜드의 1 이상을 상기 복합체 스트랜드 세트의 제 1 서브세트로, 상기 복합체 스트랜드의 1 이상을 상기 복합체 스트랜드 세트의 제 2 서브세트로 지정하는 단계;
    상기 스트랜드의 제 1 서브세트의 상기 1 이상의 스트랜드 각각에 추가의 인장력을 가하는 단계;
    상기 복합체 스트랜드의 제 2 서브세트에 있는 상기 1 이상의 스트랜드 각각의 1 이상의 중합 섬유가 수축하여, 상기 복합체 스트랜드의 제 2 서브세트의 상기 1 이상의 스트랜드 각각에 있는 보강 섬유가 뒤틀리게 가열하는 단계; 및
    상기 가열된 복합체 스트랜드 세트를 풀트루젼 금형부에서 고화시켜 보강 풀트루젼 제품을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풀트루젼 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 1 이상의 중합 섬유는 적어도 부분적으로 배향된 중합 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 풀트루젼 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 추가의 인장력은 스트랜드당 약 2 lbf(8.88 N) 내지 약 25 lbf(111 N) 인 것을 특징으로 하는 풀트루젼 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 추가의 인장력은, 상기 스트랜드의 제 1 서브세트의 상기 1 이상의 스트랜드가 상기 인장부를 통과할 때 인장부에 의해서 상기 스트랜드의 제 1 서브세트의 상기 1 이상의 스트랜드 각각에 가해지는 것을 특징으로 하는 풀트루젼 방법.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 추가의 인장력은, 상기 스트랜드의 제 2 서브세트의 상기 1 이상의 스트랜드에는 가해지지 않고 상기 스트랜드의 제 1 서브세트의 상기 1 이상의 스트랜드 각각에 가해지는 것을 특징으로 하는 풀트루젼 방법.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 가열 단계는 상기 복합체 스트랜드를 예비성형 온도로 가열하는 것을 포함하며, 상기 예비성형 온도는 상기 1 이상의 중합 섬유의 융점보다 낮은 것을 특징으로 하는 풀트루젼 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 예비성형 온도는 상기 1 이상의 중합 섬유의 융점 보다 낮은 약 25。F (15 ℃) 인 것을 특징으로 하는 풀트루젼 방법.
  20. 제 13 항에 있어서, 상기 고화 단계는 상기 풀트루젼 금형의 일부에 초음파 진동을 가하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 풀트루젼 방법.
  21. 제 13 항에 있어서, 1 이상의 비복합체 섬유 스트랜드를 제공하고 상기 가열 단계 이전에 상기 1 이상의 비복합체 보강 섬유 스트랜드를 복합체 스트랜드와 결합시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 풀트루젼 방법.
  22. 1 이상의 복합체 스트랜드의 제 1 및 제 2 서브세트를 제공하기 위하여 가동하는 복합체 스트랜드 공급부와, 여기서 상기 복합체 스트랜드 각각은 1 이상의 보강 섬유 및 1 이상의 중합 섬유를 포함하며;
    상기 복합체 스트랜드의 제 1 서브세트의 상기 1 이상의 스트랜드가 상기 인장부에 의해서 인장되도록 배치되는 복합체 스트랜드 인장부와;
    상기 복합체 스트랜드의 제 2 서브세트의 상기 1 이상의 스트랜드 각각의 1 이상의 중합 섬유가 수축하여 상기 복합체 스트랜드의 제 2 서브세트의 상기 1 이상의 스트랜드 각각에 있는 1 이상의 보강 섬유가 뒤틀리게 하도록 상기 복합체 스트랜드의 제 1 및 제 2 서브세트를 가열하도록 작동하는 예비성형부; 및
    상기 가열된 복합체 스트랜드로 풀트루젼 제품을 형성시키도록 작동하는 풀트루젼 금형부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풀트루젼 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 복합체 스트랜드 공급부는 복수의 불연속 복합체 스트랜드 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 풀트루젼 장치.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 복합체 스트랜드 인장부는 상기 1 이상의 복합체 스트랜드의 제 1 서브세트와 접촉하는 1 이상의 인장 장치 세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 풀트루젼 장치.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 예비성형부는 상기 복합체 스트랜드의 제 1 및 제 2 서브세트를 서로에 대응하여 배치시키도록 채택된 관통 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 풀트루젼 장치.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 풀트루젼 금형은 초음파 풀트루젼 금형을 포함하는 것을 특징으로 하는 풀트루젼 장치.
  27. 제 22 항에 있어서, 상기 복합체 스트랜드 공급부는 1 이상의 불연속 비복합체 스트랜드 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 풀트루젼 장치.
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