KR20010023769A

KR20010023769A - 섬유-보강 복합재료 구조물에 유용한 건조물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20010023769A
Application number: KR1020007002425A
Authority: KR
Inventors: 버기스케이스이.
Original assignee: 알바니 인터내셔날 테크니위브 인코포레이티드
Priority date: 1998-07-09
Filing date: 1999-06-28
Publication date: 2001-03-26
Also published as: BR9906578A; ZA200001011B; WO2000002959A3; NZ503288A; CN1273549A; IL134852A; CA2303259A1; IL134852A0; EP1035969A4; WO2000002959A9; JP2002538014A; WO2000002959A2; CN1120085C; EP1035969A2; AU746077B2; AU1307400A; US6103337A; CA2303259C

Abstract

본 발명은 섬유-보강 복합 재료 구조물에 사용되는 보강 프리폼 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 보강 프리폼은 제 1 보강 프리폼 엘리먼트 및 제 2 프리폼 엘리먼트와 상기 엘리먼트내에 원하는 방향으로 배향되어 삽입되어 있는 강도 보강 섬유를 구비한다. 상기 제 1 엘리먼트는 상기 구성 강도 보강 섬유를 가로질러 연장되는 섬유 교차면을 가지며, 상기 섬유교차면을 상기 제 2 엘리먼트의 선택면 영역에 병렬 접합됨으로써 엘리먼트간에 접합부를 형성한다. 얀이나 쓰레드와 같은 섬유의 연속사에 의해 그 위치에서 삽입될 수 있는 상기 접합 보강 섬유는, 상기 제 2 엘리먼트의 적어도 일부 및 상기 선택면 영역을 거쳐 상기 접합부를 가로질러 상기 섬유 교차 모서리면을 거쳐, 섬유 교차면을 가로지르는 구성 강도 보강 섬유 방향으로 상기 제 1 엘리먼트 내로 연장된다.

Description

섬유-보강 복합재료 구조물에 유용한 건조물 및 그 제조방법{NEW AND USEFUL IMPROVEMENTS IN FIBER-REINFORCED COMPOSITE MATERIALS STRUCTURES AND METHODS OF MAKING SAME}

현재 구조적 컴포넌트를 제조하는 데에는 보강 복합 재료를 사용하는 것이 일반적이다. 특히, 중량, 강도, 인성, 열저항성, 자체-지지성, 및 성형과 모양에 대한 적합성 면에서 바람직한 특성을 얻고자 할 때, 보강 복합 재료를 사용한다. 이러한 구조적 컴포넌트는 예를 들면, 항공, 항공우주, 위성, 배터리, 레크리에이션(레이싱 보트 및 자동차) 분야, 및 기타 분야에서 사용된다.

종래 기술에서 알려진 바와 같이, 이러한 컴포넌트는 통상적으로 매트릭스 물질내에 보강 재료를 삽입시킨 형태로 이루어져 있다. 이러한 보강 재료는 유리, 카본, 세라믹, 아라미드(예를 들면, "KEVLAR"), 폴리에틸렌, 및/또는 원하는 물리적, 열적, 화학적 특성 및/또는 기타 특성(기타 특성중 중요한 것은 응력파괴에 대한 높은 강도)을 발휘하는 기타 다른 물질과 같은 물질로부터 만들어진다. 완성 컴포넌트의 구성 엘리먼트가 되는 이러한 보강 재료를 사용함으로써, 바람직한 보강 재료의 특성(예를 들면, 매우 높은 강도 특성)이 완성 컴포넌트에 부여된다. 구성 보강 재료는 다음과 같은 물리적 형태, 즉 섬유, 모노필라멘트, 멀티필라멘트, 방적사, 꼰 토우나 꼬지 않은 토우, 또는 섬유 및/또는 기타 다른 연속사 형태로부터 만들어지는 슬리버 형태 중 어떠한 형태를 취하여도 된다. 이러한 보강 재료는 그 자체로서 배트, 세트 또는 무리형태로 형성될 수도 있고, 또 직조 또는 니트되거나 원하는 배열 및 모양으로 배향되어 보강 프리폼(preform:예비적 형성품)으로 형성될 수 있다. 어떤 경우든, 예를 들면, 후술하는 바와 같이 구성 보강 재료를 배향함으로써 이 보강 재료의 특성을 가장 효과적으로 이용할 수 있도록 하는 방법으로, 보강 재료가 선택되어 진다. 본 발명의 범위내에 속하는 복합 구조물의 엘리먼트로서 사용되는, 다양한 조성, 형태 및 배열(이에 국한되는 것은 아니나, 앞서 기술한 것 및 본 명세서에서 언급되는 모든 형태)을 취하는 모든 보강 재료를 이하 "보강 프리폼"이라 한다. 통상적으로 원하는 완성 컴포넌트를 제조하기 위해서나 또는 완성 컴포넌트의 제조의 최종 마무리를 위한 워킹 스톡을 제조하기 위해서 매트릭스 물질에 이러한 보강 프리폼을 접합시킨다.

이러한 보강 프리폼을 형성시키는 물질을 선택함에 있어서, 흔히 고려되어 지는 특성 중의 하나는 높은 강도이다. 그러나, 이러한 특성을 발휘하는 물질의 전형적인 특징은 상당한 마진에 의해 이루어지는 그 물질의 최대 강도가 구성 섬유나 필라멘트의 장축방향에서 존재한다는 것이다. 이러한 이유로, 이러한 보강 프리폼을 패브리케이팅하는 작업은 보강 프리폼을 구성하는 물질을 그 장축이 완성 컴포넌트에 가해지는 힘과 같은 방향이 되도록 배향하는 것이다. 그러나 이러한 가해지는 힘은 여러 방향으로 가능하기 때문에, 어떤 경우에는, 통상적으로 여러 가닥이 적층되는 경우, 보강 재료가 여러 방향으로 배향됨으로써 완성 컴포넌트의 강도 특성이 한 방향보다 많은 방향으로, 심지어 유사-등방성 지점으로 적용될 가능성이 있다. 이 때문에, 이러한 힘은 기본적으로 장축이 힘이 가해지는 방향으로 배향되는 섬유에 의해서 발생될 수 있으며, 그럼으로써 복합 구조물의 강화 성분이 부하에 견디는 능력을 구조물에 최대로 부여할 수 있게 한다. 이러한 원리는 또한 보강 재료로 된 긴 연속사를 제조하는데, 예를 들면 얀(yarn), 쓰레드(thread) 또는 컴포넌트를 함께 스티치하는데 사용되는 기타 다른 연속사를 제조하는데, 그리고 기본적으로 선택된 방향에서 힘을 견디는 것으로 예상되는 시트나 스트립을 제조하는데 적용된다. 스티치하는데 사용되는 쓰레드나 얀 형태의 이러한 연속사는 느슨하게 구성된 토우나 슬리버으로서 만들어질 수 있다. 이 경우 구성 섬유가 긴 길이의 레이(꼰 마디)에 접합됨으로써, 우세한 구성 섬유의 장축이 가능한 한 거의 직선형이고, 연속사의 장축에 실질적으로 평행하며, 그럼으로써 연속사의 장축방향으로 강도에 견디는 능력을 향상시켜 준다. 이와 마찬가지로, 시트나 스트립의 경우도, 제공된 형태가 어떠하든 간에(예를 들면, 개개의 섬유형태, 연속사 형태, 또는 하나이거나 겹쳐 꼬여진 배트, 토우, 슬리버 등과 같은 종류의 섬유 형태), 우세한 구성 보강 재료는 통상적으로 보강 프리폼과 이것을 일부로서 함유하는 컴포넌트에 높은 강도 특성을 부여하는 것으로 예상되는 방향으로 배향된다.

원하는 보강 프리폼을 제조한 후에 이것에 매트릭스 물질을 삽입시킴으로써, 보강 프리폼은 매트릭스 내에 인케이싱되고 매트릭스 물질은 보강 프리폼의 구성 엘리먼트사이의 틈새 영역에 채워진다. 매트릭스 물질로는 에폭시, 폴리에스텔, 비닐에스텔, 세라믹, 카본 및/또는 물리적, 열적, 화학적 특성 및/또는 기타 다른 특성을 발휘하는 기타 다른 물질과 같은 다양한 어떠한 물질도 사용 가능하다. 매트릭스 로서 사용하기 위해 선택되는 물질은 보강 프리폼과 같은 물질일 수도 있고 그렇지 않을 수도 있으며, 물리적, 화학적, 열적 특성이나 기타 다른 특성이 같을 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 그러나 첫째로 복합체를 사용하는 주목적이 한 종류의 구성성분을 단독으로 사용했을 때는 얻을 수 없는 다양한 특성이 조합된 완성 제품을 얻는데 있기 때문에, 통상적으로 같은 물질이 아니거나 동일한 물리적, 화학적, 열적 특성을 가지지 않는 것을 사용한다. 이와 같이 보강 프리폼과 매트릭스 물질을 접합시킨 다음, 열경화법이나 기타 공지된 방법에 의해 동일한 조작하에 경화 및 안정화시킨 후에, 원하는 컴포넌트를 제조하는 방향으로 다른 조작을 행한다. 이때 중요한 것은 이렇게 경화시킨 후 그 지점에서, 고체화된 매트릭스 물질 매스(mass)가 보강 재료(예를 들면, 보강 프리폼)에 매우 강하게 점착된다는 점이다. 결과적으로, 완성 컴포넌트에 대한 응력, 특히 섬유 사이의 점착제로서 역할을 하는 매트릭스을 통해 생기는 완성 컴포넌트에 대한 응력은 효과적으로 변화될 수 있고 보강하는 보강 프리폼의 구성 재료에 의해 발생될 수 있다.

보통 판형, 시트형, 직사각형 또는 정사각형 고체등과 같은 단순한 기하학적 모양과는 다른 형태의 컴포넌트를 제조하는 것이 바람직하다. 이를 성취하는 방법은 이러한 기본적인 기하학적 모양을 원하는 보다 복잡한 형태에 접합시키는 것이다. 이러한 접합의 전형적인 방법 중의 하나는 상술한 바와 같은 방법으로 제조된 보강 프리폼들을 서로에 대해 각도를 가지도록(일반적으로 직각이 되도록) 접합시키는 것이다. 이렇게 보강 프리폼을 각도를 가지도록 배열하여 접합시키는 주목적은 하나 이상의 단벽을 가지는 보강된 보강 프리폼을 형성하기 위해 요구되는 모양(예를 들면 "T"자형)을 만들거나, 아니면 보강 프리폼을 접합시킴으로써 복합 구조물이 압력이나 인장과 같은 외부힘에 노출시에 생기는 편향이나 파손에 견딜정도의 강도를 부여하기 위해서이다. 어떤 경우든 이와 관련해서 고려되어야 할 점은 가해지는 힘의 결과로서 서로 떨어져버리게 되는 현상에 대항하여 가능한 한 강하게 구성 컴포넌트들 사이가 접합되도록 해야 한다는 것이다. 이와는 다르게, 보강 프리폼 구성성분 그 자체로서 바람직한 매우 높은 강도가 주어진다면, 접합된 엘리먼트 그 자체 각각의 것과 비교할만한 약한 접합이 구조적 "사슬"에서 효과적으로 "약한 링크"가 된다. 교차하는 형태의 이러한 종류의 예를 들면, 두 컴포넌트 엘리먼트 중 가늘고 긴 평면 리브(판상 또는 두께가 얇은 부분을 보강하기 위하여 덧붙이는 뼈대)인 한 엘리먼트가 평면 시트 형태인 나머지 한 엘리먼트의 스팬-중간 위치에 직각이 되도록 배향되어 있다. 이러한 구조물의 경우, 흔히 압력이 보강 리브의 폭 방향으로 가해질 때 평면 시트가 편향되거나 파괴되는 것을 억제 또는 완전히 방지할 수 있다. 이러한 종류의 두번째 예를 들면, 서로 교차되어 있는 나머지 한 엘리먼트와 멀어지는 방향으로 하나의 교차 엘리먼트에 힘이 가해질 때 파괴되지 않도록 서로 교차하는 엘리먼트(예를들어, 평면 시트 그 자체, 시트와 스트립 또는 기타 다른 모양 등)사이를 단순히 접합시킨 것이다.

종래에는 이러한 접합체를 만들기 위해 많은 제안이 있어왔다. 그 중 한 제안을 기술하면 다음과 같다. 패널형 엘리먼트와 구부러진 강화 엘리먼트를 따로따로 성형시켜 경화시킨다. 후자는 하나의 패널 접합면을 가질 수도 있고, 한 끝단에서 갈라져 있는 두 개의 서로 다른 공동-평면형 패널 접합면을 가질 수도 있다. 그 다음 강화 엘리먼트의 패널 접합면을 열경화 접착제나 기타 다른 접착제로 나머지 한 엘리먼트의 접합면에 접착시킴으로써 두 엘리먼트를 접합시킨다. 그러나 이 복합 구조물의 표면이나 경화된 패널에 인장이 가해지면, 효과적인 접합의 강도는 접착제가 아니고 매트릭스 물질이 가지는 것이기 때문에, 허용할수 없는 낮은 값의 부하가 결과적으로 강화 엘리먼트가 그 접합면에서 패널로부터 분리되게 하는 "박리"시키는 힘으로 된다.

한 엘리먼트가 나머지 한 엘리먼트로부터 분리되지 않도록 구성 엘리먼트들 사이의 접착 또는 접합의 강도를 최대화시키는데 있어서 문제점은, 보강 섬유 그 자체는 특히 길이 또는 직선형 차원으로 가해지는 힘에 견디는 높은 강도(다른 것 중에)에 의해 특징지워지는 한편, 이러한 용도에 사용되는 다양한 매트릭스 물질은 보강 프리폼 보강 섬유와 비교할 만한 강도를 어떠한 차원에서도 가지지 않는다는 것이다. 매트릭스 물질은 통상적으로 보강 섬유들 사이에 존재하는 힘을 변화시킬 정도로 보강 섬유를 서로 접합시키는 능력과 같은 특성과 화학적 또는 열적 내성을 가지느냐에 따라 선택된다. 여기서 높은 강도는 선택 우선권이 낮다. 사실상 앞서 지적한 바와 같이, 복합 재료에 있어서, 보강 성분을 사용하는 첫번째 목적은 복합 구조물의 강도 특성을 매트릭스 물질을 단독으로 사용할 때 얻을 수 있는 것보다 훨씬 향상시키고자 하는데에 있다. 그러므로, 강도면에서 매트릭스 물질 자체의 접합은 이러한 목적으로 사용하는 경우 불충분한 강도를 가진다.

또한 이러한 엘리먼트의 접합면에 금속 볼트나 리벳을 사용하는 것도 바람직하지 못하다. 왜냐하면 이러한 것이 가해지면 복합 구조물 자체가 적어도 일부 파괴되고 약해지며, 중량이 늘어나고 이 엘리먼트와 주변 물질사이의 열 팽창 계수에 차이가 생긴다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 또 다른 방법은 한 엘리먼트에 다른 한 엘리먼트를 스티치하는 방법을 사용해서 접합부분에 높은 강도의 섬유를 삽입시키는 방법으로서, 스티치 쓰레드에 따라서 이 강화 섬유를 접합부를 가로질러 내부로 삽입시킨다. 이러한 방법 중 한 방법에 대해서는 미국 특허 제 4,331,495 호 및 그 방법 분할 출원 미국 특허 제 4,256,790 호(실시예에서 참고문헌으로 인용함)에 기재되어 있다. 이들 특허는 접착 접합된 섬유 플라이(ply)로 부터 제 1 과 제 2 복합 패널사이에 접합부를 형성시키는 것을 기술하고 있다. 앞서 기술한 방식으로 제 1 패널을 한 끝단에서 갈라서 두 부분의 공동-평면 패널 접합면을 형성시키고 이것을 두 패널을 거치도록 비경화된 유연한 복합 쓰레드로 스티치함으로써 제 2 패널에 접합시킨다. 그 다음 공-경화시킨다. 즉, 동시에 경화시킨다. 그러나 이 제안 역시, 후속 노력에 의해서 접합 강도의 문제점을 효과적으로 극복한 것을 보여주기에는 불충분하다.

그러한 노력은 미국 특허 제 5,429,853 호에 예시되어 있다. 이 특허는 패널 형태와 강화 리브 형태를 가지는 보강 복합 컴포넌트들 사이에 접합을 형성시킨다고 제안하고 있다. 또한, 이 강화 리브는 강화 플랜지를 형성하는 리브의 나머지 부분과 연속되는 패널 접합 베어링 플랜지를 가지도록 직선형으로 구부러진 긴 스트립의 형태를 취하는 종래 기술의 사상을 기초로 하고 있다. 제안된 바와 같이, 이러한 형태의 리브 두개를 그 강화 플랜지가 서로 등을 맞대도록 서로 접합시킬 수 있다. 이러한 노력은 "T"자형의 상부에 대해 패널 접합면을 가지도록 두 갈래로 갈라진 엘리먼트를 형성시키는 것이 효과적이다. 어떠한 변형체이든, 강화 리브 엘리먼트의 베어링 플랜지는 패널 표면과 병렬접합되도록 배치시킨 다음, 두 엘리먼트(즉, 리브과 패널)를, 패널을 거쳐 수직 방향으로 보강 부재속으로 삽입되는 섬유 "필라멘트"나 쓰레드에 의해 접합시킨다. 이 때 필라멘트 중 몇몇은 "강화 플랜지", 즉 패널 엘리먼트의 수평면에 수직인 강화 리브 부분의 주몸체와 나란히 배치되거나 그 속으로 연장된다. 이러한 결과, 패널 엘리먼트로부터 강화 리브의 강화 플랜지 부분으로 연장되는 필라멘트에 의해 일부 섬유가 삽입되어 진다. 이러한 종래 기술의 구조물은 어떠한 목적에 유효하다 하더라도, 보강된 엘리먼트들이 차후에 서로 분리되는 이러한 접합의 파손에 대해 원하는 수준의 강도를 여전히 발휘하지 못할 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 섬유 강화 복합 재료 구조물에 사용하기 위한 보강 프리폼 엘리먼트 사이의 접합에 유용한 수단을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 보강 프리폼 엘리먼트들이 서로에 대해 각도를 가지도록 배치되는 상기 목적물을 만족시키는 수단을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 파괴에 대한 내성이 향상된 접합을 가지는 하나 또는 그 이상의 상기 목적물을 얻기 위한 수단을 제공하는 것이다.

본 발명은 첨부한 도면 및 도면 설명과 청구범위로부터 보다 상세히 이해될 것이다.

도 1 은 종래의 한 실시예의 단면도이다.

도 2 는 본 발명의 한 실시예의 단면도이다.

도 3 은 도 1 에 도시된 종래의 실시예의 단면도이고, 도 3A 는 도 3 의 일부를 확대한 확대도이다.

도 4 는 도 1 에 도시된 종래의 실시예의 일부의 단면도이다.

도 5 는 본 발명의 또 다른 한 실시예의 단면도이다.

바람직한 실시예의 설명

앞서 소개한 바와 같은 미국 특허 제 4,331,495 호 및 그 방법 분할 청구 미국 특허 제 4,256,790 호를 참조한다. 이들 특허는 접착 접합된 섬유 플라이(ply)로 부터 만들어진 제 1 과 제 2 복합 패널사이에 접합부에 대해 기술하고 있다. 앞서 기술한 방식으로 제 1 패널을 한 끝단에서 갈라서 두 부분의 공동-평면 패널 접합면을 형성시키고, 이것을 비경화된 유연한 복합 쓰레드로 스티치함으로써 제 2 패널에 접합시킨다. 그 다음 공-경화시킨다. 즉, 동시에 경화시킨다. 바로 알 수 있는 바와 같이, 이들 특허는 구조적 특징 및 구조적인 기능 특성을 보여주지 못한다. 이것이 종래의 기술과 본 발명이 구별되는 점이다. 더군다나, 구조적으로, 이들 특허에 따르는 구성 엘리먼트의 교차점은 (1) 결합된 컴포넌트에 접합면을 제공하기 위해서 약 90도 정도 구부림으로써 재배향된 단부를 가지는 컴포넌트를 항상 구비하고 있으며, (2) 강화 섬유가 두 컴포넌트 사이의 접합부를 가로질러 접합된 컴포넌트 중 한 컴포넌트로부터 다른 한 컴포넌트 내부로 연장되며, 다른 한 강화섬유와 서로 평행한 방향으로 배치되는 것을 잘 설명하지 못한다. 기능 및 구조 면에서의 중요성은 다음의 디스커션에서 보다 명백해 질 것이다.

또한 미국 특허 제 4,331,495 호를 참조한다. 예를 들면 도 1 에 도시한 바와 같이, 이 특허는 패널(2)과 강화 리브(3) 형태의 보강 복합 컴포넌트 사이의 접합부에 대해 발표하고 있다. 강화 리브(3)는 또한 하나 또는 두개의 리브 엘리먼트로 구성되며, 이 엘리먼트 각각은 긴 차원을 따라 약 90도 각도로 구부러져서 베어링 플랜지(3A) 부분과 강화 플랜지(3B)부분으로 이루어지는 리브(3)를 형성한다. 리브(3)는 이러한 리브 하나로서 사용될 수도 있고, 도 1 에 도시한 바와 같이, 이러한 리브를 두개 사용하여, 두 강화 플랜지를 등을 맞대도록 접합시켜 "T" 자형의 상부에 두 "베어링 플랜지" 또는 패널 접합면(3A)이 존재하도록 한 끝이 둘로 갈라져 있는 리브 구조를 효과적으로 형성시킨 것이 사용될 수도 있다. 단일 형태이든 이중 형태이든, 본 발명과의 구조적 차이점 면에서 볼 때, 그 결과는 상기 모든 종래의 기술에서, 구성 컴포넌트사이의 접합에는 항상 접합된 컴포넌트 중 한 컴포넌트의 말단부가 접합 컴포넌트의 면에 접합면을 제공하기 위해 90도 방향변화에 의한 재배향가 포함된다는 점에서 앞서 인용된 또 다른 특허의 실시예와 다를바가 없다. 다른 구조적인 차이점은 차치하고라도, 이러한 면에서 본 발명의 실시예는 상기 인용된 참고문헌에 따르는 실시예와 구조적으로 다르다는 것을 본 발명의 상세한 설명 및 디스커션으로부터 명백히 알 수 있다. 또한 이러한 차이점은 본 발명의 경우에만 가능한 것으로, 서로 접합된 보강 엘리먼트들의 차후 분리 및 접합 파괴에 견디는 강도가 상기 종래 기술의 경우에 가능한 수준에 비해 실질적으로 현저하게 높은 접합을 형성할 수 있다는 것을 명백히 보여준다.

본 발명에 따르는 예의 구조적 특징은 도 2 에 도시된 예에 의해 명백해 질 것이다. 이 도면은 섬유-보강 복합 구조물을 제조하는데 사용되는 보강 프리폼(10)을 도시한 것이다. 이 구조물은 접합되는 구성 엘리먼트로서 제 1 보강 프리폼 패널(12)과 이것의 스팬-중앙을 교차하는 제 2 보강 프리폼 패널(14)을 구비한다. 도 2 에 도시한 바와 같이, 이러한 엘리먼트는 서로 직각으로 배향되어 있다. 그러나, 본 발명의 장점은 또 다른 실시예의 수, 두 접합 프리폼 엘리먼트 사이의 접합 위치(예를 들면, 보강 리브, 말단 또는 중앙벽 교차) 및 교차각을 현실화할 수 있다는 것이다. 그러나 특히 도 2 에서 주목해야 할 부분은 두 엘리먼트(12, 14)가 쓰레드, 얀 또는 기타 연속사(16)에 의해 접합 영역으로 삽입되는 보강 섬유에 의해 서로 접합될 때 패널(14)과 접합면을 형성하는 "섬유-교차엣지면"(18)과 패널(14)와 엘리먼트(12)의 접합면의 선택부분(20)이 형성된다는 점이다.

상기 인용된 종래 기술과 본 발명을 비교했을 때 주목해야 할 점은, 상기 종래 기술 중 그 어느 것도, 병렬식으로 접합하는 보강 프리폼 엘리먼트들이, 보강 섬유를 한 엘리먼트 내부에서부터 접합 영역을 가로질러 다른 한 엘리먼트 내부로 연장시켜 삽입함으로써 서로 접합되는 것으로서, 접합이 한 엘리먼트의 섬유-교차엣지면과 다른 한 엘리먼트의 면의 선택부분 사이에 존재하는 보강 복합 구조물을 제조하는데 사용되는 보강 프리폼이 아니라는 점이다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 특징은 앞서 인용한 종래 기술과는 구조적으로 다를 뿐만 아니라, 그 차이점도 종래의 방법에서 얻을 수 있는 것보다 훨씬 강한 접합이 형성된다는 면에서 현저히 나타난다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 다음과 같은 의미로 사용된다.

"실질적으로"라는 용어는 상태나 조건을 변화시켰을 때 이러한 변화로 인해 발생하는 결과가 현저하게 기본적으로 차이가 나는 것이 아니라는 전제하에, 상태나 조건이 변화되었을 때에도 사용된다.

"섬유-교차"라는 용어는 강도를 보강시킬 목적으로 사용되는 보강 프리폼에 삽입되는 섬유를 가로지르는 방향, 또한 일반적인 방향에 교차하는 방향을 의미하는 것이다.

"섬유 교차면"이라는 용어는 섬유 교차 방향으로 연장된 보강 프리폼이나 그 엘리먼트의 면을 의미하는 것이다.

연속사(16)는 도 2 의 경우 "U"를 단순히 거꾸로 한 형태이지만, 여러가지 형태 및 배열, 예를 들면(이에 국한되지 않음) 직접 삽입형태나, 쓰레드류나 얀류 무리의 섬유의 연속적인 스티치(슬리버나 토우 형태) 형태를 가질 수도 있고, 복합 보강 재료와 같은 물질로 형성될 수도 있다. 일반적으로 스티치 라인은 보강 엘리먼트를 가로지르는 방향으로 연장된다. 왜냐하면, 접합부분이 형성되는 방향이 그 방향이기 때문이다. 결국 본 발명의 목적은 어떤 수단에 의해서든, 보강 프리폼의 두 구성 엘리먼트 사이의 접합에 높은 강도를 부여하기 위해서, 이 두 엘리먼트 사이의 접합부를 가로질러 보강 섬유를 삽입시키는 것이다. 그 자체로서 알려져 있는 매트릭스 물질을 이 보강 프리폼의 틈속으로 또한 그 둘레에 삽입시킴으로써 "접착" 또는 보강 프리폼 엘리먼트 자체에 접합 브리징 섬유의 적어도 말단이 면접합되는 효과를 가지게 된다. 따라서, 앞서 기술한 바와 같이, 매트릭스 물질이 보강 섬유를 포함한 물질에 비해 강도가 떨어지기 때문에, 파괴에 대한 접합부의 완전성은 기본적으로 보강 프리폼 엘리먼트를 상호연결하는 접합 브리징 섬유의 응력을 견디는 능력의 함수가 된다.

본 발명과 인용된 종래 기술 사이에 왜 이렇게 구조적인 차이가 나타나는가에 대한 이유는 차치하고라도, 문제는 결과가 현저히 다르게 나타난다는 점이다. 이러한 차이점은 보강 복합 구조물에 사용되는 보강 프리폼의 구성 엘리먼트 사이에 존재하는 접합부에 훨씬 높은 강도가 부여된 바람직한 결과를 달성하기 위한 매우 중요하다는 것을 입증하는 테스트 결과를 기술하고자 한다.

섬유-보강 복합 재료 구조물에 사용하기 위한 바람직한 보강 프리폼 및 그 제조방법은 발명의 실시를 통해 성취될 수 있다. 보강 프리폼은 원하는 배향에서 높은 강도를 가진 보강 섬유를 구비한 제 1 및 제 2 프리폼 엘리먼트로 구성된다. 제 1 엘리먼트는 적어도 일부가 강도 보강 섬유에 가로질러 연장되는 섬유-교차 면을 가지며, 이 면은 제 2 의 엘리먼트의 선택된 면 부분에 병렬 접합됨으로써 이들 사이에 접합부가 형성된다. 접합부의 강도 보강 섬유는 얀이나 쓰레드와 같은 섬유 연속사에 의해 그 위치에서 삽입될 수도 있고, 상기 제 2 엘리먼트의 적어도 일부분 및 상기 선택된 면 부분, 상기 접합부, 상기 섬유-교차 모서리면을 거쳐, 섬유-교차면이 횡단되는 강도 보강 섬유 중 적어도 일부에 배향되어 있는 상기 제 1 엘리먼트 내부로 연장된다.

5개의 시험샘플을 첨부된 도 1에 도시된 바와 같은 미국특허 제5,429,853호에 개시된 것과 같이 구성하였다. 5개 이상의 시험샘플을 첨부된 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라 구성하였다. 모든 경우에, 이들 시험샘플을 시험장치에 적합하게 하고 또 각각 그 자체로서 접합력을 결정하는 것과 관계없는 요인(factor)으로부터 가능한한 그 시험결과를 분리하기 위해 모든 샘플에 실질적으로 동일한 지그와 다른 기구를 부착하였다. 이 시험샘플들은 동일한 크기와 치수를 가지고 있고, 보강 및 접합을 위해 동일한 카본사(carbon yarn)와, 동일한 품질 및 치수와 다른 조성 및 물리적 속성을 갖는 에폭시 매트릭스 재료를 사용하여 제조된 것으로, 실질적으로 동일한 조건하에서 시험되었다. 스티칭은 보강 리브의 긴 축방향으로 배향되며, 모든 샘플에서 동일한 스티치 밀도로 되어 있다. 이와 같이 준비되면, 0.2''/min의 크로스 헤드(cross-head) 속도로 Instron #4206에서 샘플의 접합을 시험하였다. 미국특허 제5,429,853호에 따르는 샘플에 대한 이들 시험결과를 표 1에 나타냈으며, 본 발명에 따르는 시험결과는 표 2에 나타내고 있는데, 이들은 각각에 있어서의 (파운드 당의) 파손에 대한 최대부하를 다음과 같이 보여주고 있다.

샘플 ID	최대부하(파운드)
A1	1624.0
A2	1661.0
A3	1402.0
A4	1602.0
A5	1439.0
평균	1546.0
표준	117.0

샘플 ID	최대부하(파운드)
T2-1	2933.0
T2-2	3104.0
T2-3	3028.0
T2-4	2754.0
T2-5	2862.0
평균	2936.0
표준	137.0

시험결과를 요약하면, 이들 시험은 본 발명의 사상에 따라 제조된 접합이 미국특허 제5,429,853호의 사상에 따라 제조된 것보다 약 2배정도 강한 것을 보여준다.

상술한 설명으로 부터, 본 발명의 실시에 의해 달성되는 실질적인 이점이 분명해 진다. 어떤 이론에 구속되는 것을 원하는 것은 아니지만, 왜 이러한 이점이 얻어지는 가에 대하여는 다음과 같은 설명에 의해 가능하다.

먼저 도 3 및 도 3A에 도시된 종래 기술의 실시예를 참조하면, 일반적으로 첨부된 도 1에 도시된 바와 구성이 동일하다. 여기에서 컴포넌트의 기본적인 접합 형태는 미국특허 제4,256,790호 및 제4,331,495호에 도시되어 있고 기술한 바와 같이 둘로 갈라져서 접합되어 있는 모양이다. 이들 특허에서 참고로 예시되고 있는 실시예의 특징은 강화 플랜지(3A)로부터 베어링 플랜지(3B)(또는 이들과 구조적으로 같은 등가물)로의 이동부의 외면에 반경이 형성된다는 것이다. 이 반경은 이들 경우에 엘리먼트(3)의 강화 플랜지(3B)로부터 약 90도 만큼 베어링 플랜지(3A)를 구부려서 형성시킨다. 그러나 이 반경은 작겠지만 이 곡선 때문에 엘리먼트(3)의 쌍을 이루는 곡선의 상부와 엘리먼트(2)의 하면 사이에 작은 크기의 갭이 형성된다. (물론, 이러한 둘로 갈라진 구성의 경우, 2개의 구성 엘리먼트의 2개의 곡선이 갭을 형성한다. 만약 하나의 엘리먼트가 사용되면 상기한 갭은 형성되지 않을 것이다. 그러나 이러한 구조가 갖는 약한 강도 현상은 둘로 갈라진 형태에서와 같이 적용될 것임이 분명하다.) 그 자체로서 알려진 바와 같이, 이 갭은 일반적으로 낮은 강성을 갖는 복합 충전재로 채워지며, 이 충전재의 기능은 그것이 프리폼에 삽입될 때 큰 매트릭스 물질의 연속적 매스의 갭의 형성을 방지하는 것이다. 게다가 갈라진 분기 라인과 관련하여, 어디에서 연속 필라멘트(4A, 4B, 4C)가 프리폼 컴포넌트를 교차하는 구성으로 배치되느냐에 따라 이 갭을 가로지르는 각 필라멘트의 길이가 크게 다르다는 것을 도 3 및 도 3A로부터 알 수 있다. 이것은 도 3 및 도 3A에 나타나 있으며, 이들 필라멘트가 엘리먼트(3)내에 넣어지게 되는 지점들을 보면 알 수 있다. 이들 모든 필라멘트는 그 바닥면과 동일한 레벨 이상 또는 미만으로 엘리먼트(2) 내에 넣어져 있다. 따라서 필라멘트(4A)(지점 "A"에서 플랜지(3A)에 들어감, 라인 4A-4A'로 표시)는 가장 긴 갭길이를 갖는다. 필라멘트(4B)(가장 긴 필라멘트)의 갭길이와 필라멘트(4C)(가장 짧은 필라멘트)의 갭길이는 지점 "B"와 지점 "C"에서 플랜지(3A)에 들어가는 각각의 지점에 의해 결정된다(라인 4B-4B'와 라인 4C-4C'로 각각 표시). 이들 필라멘트의 상대적 길이는 다음의 이유 때문에 중요한 특성을 나타내는 것으로 결론지어 진다. 필라멘트의 단부가 일단 경화된 매트릭스 재료 내에 들어가면, 엘리먼트(2, 3)의 몸체에 다소 견고하고 강고하게 접합된다. 그러므로 그들의 스트레치 능력은 그들이 넣어진 부분내로 상당히 제한된다. 따라서 예를 들어 엘리먼트(3)에 대하여 아래쪽으로 인장을 가하면, 그들이 파괴되기 전에 발생하는 필라멘트(4A, 4B, 4C)의 스트레칭은, 자유길이가 길면 길수록 손상전에 더욱 더 스트레치될 수 있기 때문에 갭을 가로지르는 자유길이의 양만큼 줄어들게 되고 3개의 필라멘트간에 불균형이 초래될 것이다. 이것은 각각의 필라멘트가 상이한 시간에 파괴의 지점에 대하여 부하를 받게 된다는 것을 의미하는 것이며, 제때에 주어진 지점에서는 모든 필라멘트가 총부하의 일부를 견딜 수 있고, 그것들이 불균형한 경우에는 그들의 일부만이 부분적으로 부하를 견딜 수 있다는 것을 의미한다. 더욱이 각각의 필라멘트는 인장력의 우세를 동시적으로보다는 순차적으로 견딜 것이다. 따라서 필라멘트의 파괴에 견딜 수 있는 접합을 형성하는 능력은 다수의 필라멘트를 접합영역에 위치시킴으로써 예상되는 결과처럼 점증적으로 되지 않는다. 갈라져있는 플랜지(3A)의 곡선부가 패널(2)의 하면과 만나는 지점에 인접한 필라멘트(예를들면, 4C)는 보다 짧은 갭길이를 갖기 때문에 다른 것보다 덜 신장되어 이로인해, 보다 큰 갭길이(예를들면, 4B)를 갖기 전에 파손될 것이고, 갈라지는 분기 라인(예를들면, 4A)에 가장 근접한 필라멘트는 가장 잘 신장되며 순차적으로 계속 파괴될 것이다. 이는 왜 이러한 접합부가 분기 플랜지(3A)의 곡선부가 패널(2)의 하면과 만나는 곳에서 우선 파괴되는 것이 관찰되는지를 설명해 준다는 가정을 명백히 한다. 상기 설명에서 파괴는 기술적으로 "박리(peeling)"로 알려져 있는 공정과 관련된다.

또한 이러한 구성에서, 이 결함은 비록 강화 플랜지(3A)로부터 베어링 플랜지(3B)(또는 그들과 구조적으로 동일한 등가물)로 이동하는 외면에 곡선이 형성되지 않는 경우, 예컨대 곡선의 면이 제거되어 사각형 모서리로 대체되는 경우에도 해소될 수 없다. 이러한 변화는 비록 만들어 질 수 있는 것이기는 하지만, 본 발명과 구조적으로 상이한 구조로 되기 때문에 비교결과를 얻을 수 없는 것으로 결론지어 진다. 어떠한 이론에 구속되지 않으면서도 다음의 근거로 결론을 설명할 수 있다. 엘리먼트(3)를 형성하는 평면 스트립형 부재와 같은 구조물용 보강 프리폼을 제조하는 통상의 방법은 보강재료의 연속 플라이를 적층하는 것에 의한 것으로서, 플라이 각각의 섬유나 얀은 그 다음 인접 플라이에 대하여 약간 한쪽 방향으로 배향되거나 각도를 갖도록 배향될 수 있다. "연성"이나 강성, 강도와 같은 이러한 구성의 상호간의 층간특성은 도 1 및 도 3에서 화살표 "X"로 나타낸 방향에서는 그들의 특성에 비해 낮은 것으로 알려져 있다. 여기에서 X는 엘리먼트(3) 내의 우세한 보강 섬유가 지향하는 평면의 방향을 나타낸다. 그러나 이 결함은 적어도 그 방향에서 구조물이 그 엘리먼트에 대하여 인가되는 힘에 대항하여 충분히 강한 것으로 만들어 질 수 있기 때문에 일반적으로 허용가능하다. 그러나 구조물의 접합부 단부가 갈라진 형태이거나 또는 단일하고 편향된 엘리먼트(예를들어 베어링 플랜지를 형성하도록)로서 나타나며, 베어링 플랜지가 약 90도 방향으로 재배향되는 경우에, 각도상 편향된 부분에서의 섬유의 "고강도" 방향(도 1 및 도 3의 "X")도 또한 재배향된다. 그 결과 도 4에 도시된 바와 같이, 도 1의 라인 7-7'을 따라 취해진 교차부, 베어링 플랜지(3A)에서의 섬유의 적층부(100a, a00b,...100n)는 더 이상 강화 플랜지(3B)에서의 것들과 동일한 방향으로 지향되지 않지만, 그 대신에 엘리먼트(2)의 하부와 실질적으로 수평하게 재지향된다. 그러므로 베어링 플랜지(3A)에 의해 접합부에 전달되는 힘은 비교적 약한 층간 강도, 강성 또는 "연성" 및 기타 다른 특성에 노출될 것이다. 이 힘은 이제 플랜지(3A)의 보강 섬유의 적층부를 가로질러 전달되고 또한 틈이 있는 매트릭스 매스를 가로질러 전달된다. 따라서 강화 플랜지부(3B)로부터 베어링 플랜지부(3A)로 엘리먼트(3)를 따라 하나가 진행함에 따라 그들의 섬유의 강화 효과가 점차 효과가 없게 되는 반면, 본 발명에 의하면 접합부 보강 섬유가 접합부에 대해 힘이 가해지는 영역에 집중되어 순차적이라기 보다는 실제로 동시에 가해지는 부하를 견딜 수 있게 된다. 상술한 공정 또는 공정의 조합은 종래기술의 디바이스에서는 중앙 지점에서 보다는 엘리먼트(2)와 엘리먼트(3) 사이의 갭의 최외각 지점으로부터 파괴가 일어나서 결과적으로 "박리효과"과 발생한다는 점에서 중요한 요인이 될 수 있는 것으로 생각된다.

또한 종래기술의 디바이스의 경우, 접합영역에 보강섬유를 부가하는 것은 섬유의 부가가 동시적이라기 보다는 순차적이기 때문에, 강도의 면에서 누적되기 보다는 점점 효과를 감소시키는 것으로 된다. 이와 대조적으로 본 발명에 의하면, 보강 섬유는 교차 엘리먼트의 당접 단부(교차 섬유 표면)의 두께에 의해서 숫자까지만 효과적으로 제한되는 정도까지 접합 영역을 가로질러 부가될 수 있다. 또한 본 발명에 의하면 이러한 각각의 부가 효과가 실질적으로 다른 것과 합해져서 누적화 된다. 본 발명에 따르는 이러한 탁월한 접합 특징은 또 다른 시험으로부터 명백히 알 수 있다. 접합영역을 통해 보강 섬유의 스티치 라인을 하나 이상 추가한 점을 제외하고는 동일한 5개 이상의 샘플을 준비하여, 표 2의 결과에 정리된 것들과 동일한 방식으로 시험하였다. 즉, 이들은 도 5에 도시된 바와 같이, 2 이상의 필라멘트를 접합한 3개의 줄(따라서 보다 강한 섬유)이 엘리먼트(12)로부터 엘리먼트(14A)의 당접단부로 삽입될 수 있도록 교차 보강 프리폼 엘리먼트(14A)(이것은 도 2의 엘리먼트(14)와 비교)가 보다 두꺼운 당접 단부로 구성되는 점을 제외하고는 본 발명에 따라 제조된다. 이와 같이 제조된 샘플은 상술한 표 1 및 표 2에서 정리한 샘플과 동일한 기기 및 동일한 조건하에서 시험된다. 이 시험의 결과는 표 3에 나타내었다.

샘플 ID	최대부하(파운드)
T1	4301.0
T2	4349.0
T3	3985.0
T4	3972.0
T5	4805.0
평균	4282.0
표준	340.0

상기 표 1에 나타낸 결과와 비교해 보았을 때 이들 결과로부터, 보다 많은 수의 유효한 보강 섬유를 접합부를 통해 삽입할 수 있기 때문에 종래기술의 디바이스보다도 본 발명에 의해 훨씬 높은 접합 강도를 얻을 수 있다는 것을 분명하게 알 수 있다.

본 명세서에 개시 및 언급되고 예시적으로 설명된 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이지 제한하기 위한 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 광범위하게 응용 및 실시될 수 있는 것임을 이해하여야 한다.

Claims

섬유-보강 복합재료 구조물에 사용하기 위한 보강 프리폼에 있어서,

상기 보강 프리폼은 원하는 방향으로 배향되어 삽입되어 있는 강도 보강 섬유를 포함하는 제 1 엘리먼트 및 제 2 엘리먼트를 구비하고,

상기 제 1 엘리먼트는 상기 구성 강도 보강 섬유의 적어도 일부를 가로질러 연장되고, 상기 제 2 엘리먼트의 선택면 영역에 병렬 접합되어 그 사이에 접합부를 형성하는 섬유 교차면을 가지며,

상기 보강 프리폼은 상기 제 2 엘리먼트의 적어도 일부 및 상기 선택면 영역을 거쳐, 상기 접합부를 가로질러, 상기 섬유 교차면을 거쳐, 섬유 교차면을 가로지르는 구성 강도 보강 섬유 중 적어도 일부의 방향으로 상기 제 1 엘리먼트 내로 연장되는 접합 보강 섬유를 구비하는 것을 특징으로 하는 보강 프리폼.
제 1 항에 있어서,

상기 접합 강도 보강 섬유는 섬유질 연속사를 구성하는 구성요소이며, 이것의 삽입에 의해 상기 접합 강도 보강 섬유가 제 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 보강 프리폼.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 엘리먼트는 상기 제 2 엘리먼트의 선택면 영역에 대해 각도를 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 보강 프리폼.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1 엘리먼트는 상기 제 2 엘리먼트의 선택면 영역에 대해 각도를 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 보강 프리폼.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 엘리먼트는 상기 제 2 엘리먼트의 선택면 영역에 대해 실질적으로 90도의 각도를 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 보강 프리폼.
제 4 항에 있어서,

상기 제 1 엘리먼트는 상기 제 2 엘리먼트의 선택면 영역에 대해 실질적으로 90도의 각도를 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 보강 프리폼.
제 1 항에 있어서,

구성 엘리먼트들 사이의 틈새 영역에 채워지는 매트릭스 물질내에 인케이싱되는 것을 특징으로 하는 보강 프리폼.
제 2 항에 있어서,

구성 엘리먼트들 사이의 틈새 영역에 채워지는 매트릭스 물질내에 인케이싱되는 것을 특징으로 하는 보강 프리폼.
섬유-보강 복합 재료 구조물에 사용되는 보강 프리폼에 있어서,

상기 보강 프리폼은 제 1 평면 엘리먼트에 적어도 하나의 방향으로 증가된 강도를 부여하도록 배향되는 강도 보강 섬유를 포함하는 제 1 평면 엘리먼트와,

상기 제 1 엘리먼트의 평면에 대해 각도를 갖도록 배치되어 있고, 강도 보강 섬유를 가로질러 연장 교차하는 자신의 모서리 면을 따라 상기 제 1 엘리먼트의 평면과 연속적으로 접합되어 있는 제 2 평면 엘리먼트를 구비하며, - 상기 강도 보강 섬유는 상기 제 2 엘리먼트를 구성하는 한 구성요소로서, 상기 제 1 엘리먼트와 멀어지는 방향으로 상기 제 2 엘리먼트에 증가된 강도를 부여하도록 배향되고,

상기 보강 프리폼은 상기 제 1 엘리먼트의 적어도 일부 및 평면을 거쳐, 상기 제 1 엘리먼트와 상기 제 2 엘리먼트 사이의 접합부를 가로질러, 상기 제 2 엘리먼트의 모서리면을 통해, 상기 구성 강도 섬유에 의해 부여되는 제 2 엘리먼트의 강도가 증가하는 방향으로 제 2 엘리먼트 내로 단속(斷續)적으로 연장되는 적어도 하나의 연속사를 구비하고, - 상기 연속사는 상기 제 1 엘리먼트의 평면과 상기 제 2 엘리먼트의 모서리면과의 접합라인을 따라 배향된 스티칭 라인인 것을 특징으로 하는 보강 프리폼.
제 9 항에 있어서,

상기 제 1 엘리먼트는 상기 제 2 엘리먼트의 선택면 영역에 대해 실질적으로 90도의 각도를 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 보강 프리폼.
제 9 항에 있어서,

구성 엘리먼트들 사이의 틈새 영역에 채워지는 매트릭스 물질내에 인케이싱되는 것을 특징으로 하는 보강 프리폼.
제 10 항에 있어서,

구성 엘리먼트들 사이의 틈새 영역에 채워지는 매트릭스 물질내에 인케이싱되는 것을 특징으로 하는 보강 프리폼.
섬유-보강 복합 재료 구조물에 사용되는 보강 프리폼의 제조방법에 있어서,

원하는 방향으로 배향되어 삽입되어 있는 강도 보강 섬유를 구비하는 제 1 프리폼 엘리먼트와 제 2 프리폼 엘리먼트를 제조하는 단계로서, 상기 제 1 엘리먼트가 상기 구성 강도 보강 섬유의 적어도 일부를 가로질러 연장되는 섬유 교차면을 가지는 것을 특징으로 하는 단계와,

상기 섬유 교차면을 상기 제 2 엘리먼트의 선택면 영역에 병렬 접합되도록 배치시킴으로써 엘리먼트간에 접합부를 형성하는 단계와,

상기 접합 보강 섬유가 상기 제 2 엘리먼트의 적어도 일부 및 상기 선택면 영역을 거쳐 상기 접합부를 가로질러 상기 섬유 교차면을 거쳐, 섬유 교차면을 가로지르는 구성 강도 보강 섬유 중 적어도 일부의 방향으로 상기 제 1 엘리먼트 내로 연장되도록 접합 보강 섬유를 배치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 13 항에 있어서,

상기 접합 강도 보강 섬유를 배치시키는 단계는 섬유질 연속사의 구성성분인 섬유를 사용하여 그 위치에 삽입시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 13 항에 있어서,

상기 제 2 엘리먼트에 대해 상기 제 1 엘리먼트를 배치시키는 단계는 상기 제 1 엘리먼트가 상기 제 2 엘리먼트의 선택면 영역에 대해 각도를 갖도록 배치시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 14 항에 있어서,

상기 제 2 엘리먼트에 대해 상기 제 1 엘리먼트를 배치시키는 단계는 상기 제 1 엘리먼트가 상기 제 2 엘리먼트의 선택면 영역에 대해 각도를 갖도록 배치시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 15 항에 있어서,

상기 제 2 엘리먼트에 대해 상기 제 1 엘리먼트를 배치시키는 단계는 상기 제 1 엘리먼트가 상기 제 2 엘리먼트의 선택면 영역에 대해 실질적으로 90도의 각도를 갖도록 배치시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 16 항에 있어서,

상기 제 2 엘리먼트에 대해 상기 제 1 엘리먼트를 배치시키는 단계는 상기 제 1 엘리먼트가 상기 제 2 엘리먼트의 선택면 영역에 대해 실질적으로 90도의 각도를 갖도록 배치시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 13 항에 있어서,

상기 프리폼을 인케이싱하고 그 구성 엘리먼트 사이의 틈이 있는 영역을 매트릭스 물질로 채우는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 14 항에 있어서,

상기 프리폼을 인케이싱하고 그 구성 엘리먼트사이의 틈이 있는 영역을 매트릭스 물질로 채우는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.