KR20060079212A - 코어 복합체에서의 힘 도입 포인트 및 코어 복합체의두께를 횡단하는 보강 소자를 사용하여 힘 도입 포인트를제조하는 방법 - Google Patents

코어 복합체에서의 힘 도입 포인트 및 코어 복합체의두께를 횡단하는 보강 소자를 사용하여 힘 도입 포인트를제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코어 복합체의 두께를 횡단하는 보강 소자를 사용하여 코어 복합체에 힘 도입 포인트를 배치 및 제조하는 방법에 관한 것이다. 코어 복합체의 두께를 횡단하는 보강 소자는 힘 도입 포인트의 주변에 제공되어 있다. 보강 소자(예를 들면, 스티칭된 섬유)는 바람직하게는 스티칭 공정 및 스티칭 니들에 의해 삽입된다. 스티칭 공정 이후, 커버층(a 및 c), 바람직하게는 텍스타일 반가공물 및 니들의 통과에 의해 제조된 홀로 이루어진 커버층을 보강 소자와 함께 액체 중합체 매트릭스로 함침시켜, 코어 물질과 커버층의 물질 조합을 일으킨다.
코어 복합 구조물, 보강소자, 힘 도입 포인트, 스티칭 공정, 커버층, 코어층.

Description

코어 복합체에서의 힘 도입 포인트 및 코어 복합체의 두께를 횡단하는 보강 소자를 사용하여 힘 도입 포인트를 제조하는 방법 {Force-introduction point in core composites and method for producing said point using reinforcement elements that traverse the thickness of the core composite}
본 발명은 청구항 제1항의 기재사항에 따르는 코어 복합체의 두께를 횡단하는 보강 소자를 사용하여 코어 복합체에서의 힘 도입 포인트를 배치 및 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 힘과 토크(torque)를 코어 복합 구조물로 도입하는 데 적합하다. 코어 복합 구조물은 바람직하게는 텍스타일 반가공물로 이루어진 커버층(1 및 3, 예를 들면, 직포 또는 레이드 직물, 매트 등), 코어 물질(2, 예를 들면, 중합체성 발포체) 및 중합체성 매트릭스 물질(열가소성 또는 열경화성 물질)을 갖는 섬유-플라스틱 복합체를 포함할 수 있다. 코어 복합체는 층층이 적층되어 있는 구조이며, 상대적으로 얇은 상부 커버층(1) 및 하부 커버층(3)과 상대적으로 두껍고 겉보기 밀도가 낮은 코어층(2)을 포함한다. 상대적으로 얇은 커버층과 인장 및 압축 저항이 낮은 코어 물질로 인해, 코어 복합 구조물은 항상 국소적으로 도입되는 힘 또는 토크 하중에 민감하다. 따라서, 코어 복합 구조물에 힘을 도입하는 것은 응력 조건, 재료 및 이들이 제조되는 방법에 적합한 방식으로 수행해야 한다. 막 하중(인 장, 압축, 전단)만을 위해 고안된 커버층으로는 힘 도입 포인트에 우세한 다중축 상태의 응력을 더 이상 견딜 수 없다. 그 결과, 힘 도입 포인트에서 요구되는 구조적 수단들은 힘의 위치와 방향 및 작용하는 힘의 구성에 따라 좌우된다. 힘의 도입은 일반적으로, 국소적 불안정(예를 들면, 커버층의 비틀림 또는 구김)이 발생하지 않고 코어층과 커버층이 손상되지 않으며 힘 도입 소자가 코어 복합 구조물로부터 분리되지 않도록 하는 방식으로 일어나야 한다. 이는 코어 복합 구조물로 도입되는 힘과 토크가 가능한 한 넓은 면적에 걸쳐 가능한 한 균일하게 분포되는 것을 전제로 한다. 결과적으로, 힘을 샌드위치 구조물로 도입하기 위한 모든 구조적 수단들은 힘 도입 면적의 크기 및 단면적을 증가시킴으로써 이들이 응력을 국소적 수준으로 감소시킨다는 공통적인 측면을 공유한다. 또한, 몇몇 분야에서, 예를 들면, 스크류 커넥션의 긴장력(prestressing force)을 견딜 수 있도록 압축 저항이 낮은 코어 물질을 힘 도입 포인트 영역에서 압축 저항이 높은 물질로 교체해야 한다.
힘 및 토크를 코어 복합체에 도입하기 위해, 추가의 적용된 힘 도입 소자[온서트(onsert)라고 공지되어 있음] 또는 삽입된 힘 도입 소자[인서트(insert)로서 공지되어 있음]를 사용할 수 있다. 또한, 섬유-플라스틱 복합체의 일체식 영역이 존재하고 추가의 힘 도입 소자가 필요치 않도록, 힘 도입 포인트 영역에서 코어 물질을 제거하여 2개의 커버층을 합칠 수 있다. 또한, 코어 복합 구조물을 위한 추가의 힘 도입 컨셉트로서 셀프-태핑 스크류(self-tapping screw) 또는 스크류 인서트 뿐만 아니라 리벳 커넥션(rivet connection)을 사용할 수 있지만, 이는 단지 작 은 힘 또는 토크만을 전달할 수 있다. 힘과 토크를 구조물로 도입하거나 구조물로부터 제거하고 구조 부재를 서로 결합시키고자 할 때마다 항상 힘 도입 포인트가 필요하다. 섬유-플라스틱 복합체의 코어 복합 구조물은 종종, 예를 들면, 항공 우주, 철도 및 동력차 제조 및 조선 분야에 사용된다.
섬유-플라스틱 복합체의 코어 복합 구조물을 위한 모든 공지되어 있는 적용된 힘 도입 소자(온서트)는 2개의 커버층 중의 하나에 물질적으로 결합된다. 이러한 힘 도입 컨셉트의 모든 솔루션은 다음의 단점을 공유한다. 2개의 커버층이 매우 상이하게 하중을 받는데, 즉 적용된 온서트를 갖는 커버층은 반대편 커버층보다 훨씬 더 큰 하중을 받는다. 이로 인해, 온서트와 커버층 사이에 또는 커버층과 코어층 사이에 탈적층이 야기될 수 있다. 또한, 온서트 바로 아래에 있는 인장 및 압축 저항이 낮은 코어 물질이 적절하게 보강되지 않아, 코어 물질이 높은 하중에 노출되어 코어 물질이 파손될 수 있다. 온서트 바로 아래에 있는 코어 물질의 파손을 피하기 위해, 몇몇 솔루션에서는, 코어 물질을 힘 도입 포인트 영역에서 기계적 특성이 보다 높은 또 다른 물질로 완전히 대체한다.
모든 공지된 추가로 삽입된 힘 도입 소자(인서트)는 코어 복합 구조물에 물질적으로 결합된다. 이로써, 인서트는 커버층들내에, 커버층과 코어층 사이에 또는 코어 물질 속에 위치할 수 있다. 순수한 물질 결합때문에, 국소적으로 작용하는 힘 또는 토크 하중의 결과로서 접착제 결합의 파손으로 인해 전체 코어 복합 구조물로부터 인서트가 분리될 수 있으며, 이에 의해 커버층과 코어층 사이의 탈적층 또는 힘 도입부의 전반적인 파손이 야기될 수 있다.
추가의 힘 도입 소자가 없는 코어 복합 구조물을 위한 모든 공지된 힘 도입 컨셉트는, 힘 도입 포인트 영역에서, 섬유-플라스틱 복합체의 개별적인 보강층의 일체식 영역이 존재하도록, 코어 물질을 먼저 제거 또는 압축시키고 2개의 커버층을 합친다는 공통적인 측면을 공유한다. 그후, 일체식 영역에 볼트 커넥션을 제공할 수 있다. 모든 공지된 솔루션에서, 이는 커버층들이 합쳐지는 영역에서는 커버층의 파손을 야기하고, 커버층들이 합쳐지는 영역 바깥에서는 커버층과 코어층 사이의 탈적층 또는 코어의 파손을 야기하는데, 그 이유는 이들 영역이 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 코어 복합 구조물의 추가의 비포지티브 및 포지티브 보강을 갖지 않기 때문이다.
독일 공개특허공보 제100 02 281 A1호 및 유럽 공개특허공보 제1 106 341 A2호에는 커버층을 합치는 것을 포함하여, 추가의 힘 도입 소자가 없는 코어 복합 구조물을 위한 힘 도입 컨셉트의 가능성이 기재되어 있다. 그러나, 상기 발명의 경우에는, 커버층이 합쳐지는 영역 내부 또는 외부에 코어 복합 물질의 비포지티브 및 포지티브 보강이 없어, 커버층과 코어층 사이의 탈적층에 대한 저항(박리 강도)이 향상될 수 없으며 코어층이 어떠한 보강도 나타내지 않는다. 결과적으로, 상기한 두 가지 가능성에 의해서는 전형적인 파손 거동, 커버층과 코어층 사이의 탈적층 및 힘 도입 포인트 영역에서의 코어 파손이 개선될 수 없다.
미국 특허 제005741574A호에는 코어에 삽입된 섬유 보강 구조물을 사용하여 볼트 커넥션을 보강할 수 있는 가능한 방법이 기재되어 있다. 상기 발명은 완전한 코어 물질내에 섬유 필라멘트를 초기 삽입함을 기초로 한다. 이후에, 텍스타일 커 버층을 코어 물질에 적용하고 압력을 가하여, 코어 물질을 압축시키고 필라멘트를 커버층에 침투시킬 수 있다. 이후에는 액체 열경화성 수지 시스템으로 코어 복합 시스템을 함침시킨다. 그후, 수지 시스템의 경화 공정을 수행할 수 있다. 볼트 커넥션을 위한 관통공(through-hole)을 경화된 코어 복합 구조물로 도입한다. 여기서 코어 물질 중의 섬유 필라멘트는 스크류 커넥션의 긴장력을 흡수하고 힘 도입 포인트 영역의 커버층과 코어층 사이에 탈적층 경향이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 발명의 경우, 힘 도입 영역에는 단지 물질 결합만이 있고, 섬유 필라멘트와 전체 코어 복합 구조물 사이에 비포지티브 및 포지티브 결합은 없으며, 이로써 커버층과 코어층 사이의 탈적층에 대한 저항이 비포지티브 및 포지티브 결합시와 비교하여 단지 약간 증가한다. 상기 발명의 추가의 단점은 코어 복합 구조물의 완전한 코어 물질이 스티칭 트레드(stitching thread)를 갖다는 것이다. 그 결과, 힘 도입 포인트는 나머지 코어 복합 구조물과 비교하여 어떠한 필요한 추가의 보강을 겪지 않아, 교란되지 않은 코어 복합 구조물과 힘 도입 포인트가 매우 상이하게 하중을 받게 되고, 경량의 건조물(construction)을 위한 코어 복합 구조물의 가능성이 충분히 이용되지 못한다. 추가로, 코어 물질은 관통공 영역에서 비어 있어, 액체 또는 기상 매질이 코어 물질로 침투될 수 있다. 이렇게 침투된 매질은 코어 물질의 특성을 불리하게 변화시킬 수 있으며, 심지어 파손을 촉진시킬 수 있다.
독일 특허명세서 제198 34 772 C2호에는 추가로 삽입된 힘 도입 소자(인서트)를 개별적인 보강층을 포함하는 섬유 보강 구조물과 결합시키는 가능한 방법이 기재되어 있다. 여기서, 인서트는 개별적인 보강층 사이에 위치하며, 스티칭 트레드를 사용하여 섬유 보강 구조물의 두께 방향으로 스티칭한다. 개별적인 보강층을 포함하는 일체식 섬유 보강 구조물에 인서트를 결합시키기 위한 상기한 솔루션은 코어 복합 구조물의 경우에도 사용될 수 있다. 여기서, 인서트는 두 개의 커버층 중의 하나의 개별적인 보강층들 사이에 삽입하며 스티칭 트레드를 사용하여 스티칭한다. 이후에, 스티칭된 인서트를 포함하는 커버층 및 다른 커버층 둘 다를 코어층에 적용한다. 액체 함침 공정을 사용하여, 커버층을 중합체성 매트릭스 물질로 함침시키며, 커버층과 코어층 사이에 접착제 결합을 형성하여, 섬유-플라스틱 복합체의 코어 복합 구조물을 수득한다. 상기한 발명을 코어 복합 구조물에 적용하면 단지 스티칭 트레드를 사용하여 형성된 커버층과 인서트 사이에 비포지티브 및 포지티브 결합이 발생한다. 이는 커버층과 코어층 사이의 탈적층에 대한 저항을 증가시키지 못하거나 인장 및 압축 저항이 낮은 코어 물질을 힘 도입 포인트 영역에서 보강시킬 수 없으며, 그 결과로서 코어 복합 구조물의 파손의 두 가지 전형적인 형태가 개선될 수 없다. 상기 발명의 추가의 단점은, 힘과 토크를 인서트에 도입할 경우, 인서트가 위치하는 커버층이 다른 커버층보다 응력을 훨씬 더 받으므로, 경량의 건조물을 위한 코어 복합체의 가능성이 충분히 이용될 수 없다는 것이다. 추가로, 하나의 커버층에서 다른 커버층으로의 힘의 유입은 코어 물질을 통해서 일어나야 하며, 이러한 코어 물질은 커버층의 물질에 비해 기계적 특성이 낮고 코어 복합 구조물에서 약한 포인트를 나타낸다. 이는 코어 물질에 매우 높은 응력을 가하여 코어 파손을 촉진시키는 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이러한 힘 도입 포인 트 또는 전체 코어 복합 구조물의 강도 및 강성은 주로 코어 물질의 낮은 기계적 특성에 의해 영향을 받는다.
코어 복합 구조물에 대해 이전에 공지된 모든 힘 도입 컨셉트는 코어 복합 구조물이 힘 도입 포인트 영역에서 부적절하게 보강되어 과잉 인장, 압축 또는 전단 응력 뿐만 아니라 커버층과 코어층 사이의 탈적층의 결과로서 코어 파손이 발생할 수 있다는 공통적인 측면을 공유한다. 또한, 추가로 적용되거나 삽입된 힘 도입 소자의 모든 공지된 솔루션의 경우에, 전체 코어 복합 구조물에 대한 소자의 비포지티브 및 포지티브 결합이 없다. 그 결과, 코어 복합 구조물로부터 힘 도입 소자가 분리되고 커비층과 코어층 또는 힘 도입 소자와 커버층 사이가 탈적층되는 것을 방지할 수 없다.
본 발명의 목적은 코어 복합 구조물의 두께 방향(z 방향)(도 1a 및 1b 참조)으로 보강 소자를 삽입함으로써 코어 복합체에서의 힘 도입 포인트의 기계적 특성을 향상시키는 것을 기본으로 한다.
상기한 목적은 코어 복합체의 커버층들을 합치고/합치거나 힘 도입 소자를 코어 복합체 중의 힘 도입 포인트 영역에 배치하고, 추가로 도입 포인트에서, 코어 복합체의 두께를 횡단하는 보강 소자에 의해 코어 복합 구조물을 보강함으로써 달성된다. 보강 소자는 상부 커버층, 코어층 및 하부 커버층이 비포지티브 및 포지티브하게 결합되어 있는 힘 도입 포인트 영역에서 효과를 나타낸다. 추가로, 힘 도입 소자는 보강 소자를 사용하여 코어 복합체에 고정시킬 수 있다. 텍스타일 보강 구조물(4, 예를 들면, 스티칭 트레드, 섬유 스트랜드, 로빙 등)이 보강 소자로 서 바람직하게 사용될 수 있다. 본 발명은 커버층(1 및 3), 바람직하게는 텍스타일 반가공물(예를 들면, 직포, 레이드 직물, 편직물, 매트 등)로 이루어진 커버층, 코어층(2), 바람직하게는 중합체성 경질 발포체로 이루어진 코어층 및, 경우에 따라, 매트릭스 물질, 바람직하게는 중합체성 물질(열가소성 또는 열경화성 물질)로 이루어진 매트릭스 물질을 갖는 코어 복합체에 관한 것이다. 코어 복합 구조물은 다수의 복합체의 액상 성형(Liquid Composite Molding) 공정(예를 들면, 수지 사출 공정 또는 수지 침투 공정) 중의 하나로 제조할 수 있다. 이러한 유형의 코어 복합 구조물을 중합체성 매트릭수 물질로 함침하기 전에, 힘 도입 영역에서 텍스타일 보강 구조물을 사용하여 두께 방향으로 보강시킨다. 이러한 보강된 힘 도입 포인트의 제조는, 예를 들면, 공업적 스티칭 기법으로 수행할 수 있다. 보강 구조물, 바람직하게는 스티칭 트레드를 코어 복합체의 두께 방향으로 삽입하는 것은, 예를 들면, 스티칭 니들(stitching needle)에 의해 수행할 수 있다. 스티칭 니들은 전체 코어 복합 구조물을 천공시키며, 중합체성 경질 발포체의 코어 물질의 경우에는 보강 구조물을 포함하여 관통공을 남긴다. 이러한 경우, 보강 구조물이 중합체성 매트릭스 물질로 함침되고 코어층에 물질적으로 결합될 수 있도록 하기 위해서는, 관통공의 단면적이 보강 구조물의 단면적에 비해 적절하게 커야 한다. 보강 소자는 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 xz 또는 yz 평면내에서 z축을 기준으로 하여 0° 이외의 각을 가질 수 있으며(도 1a 및 도 1b), 예를 들면, 전단-우세 하중의 경우에 x축과 z축 사이 및/또는 y축과 z축 사이의 각은 +/-45°이다. 힘 도입 포인트와 전체 코어 복합 구조물을 보강 구조물로 완전히 보강한 후에, 보강 구조물 을 포함하는 관통공 및 텍스타일 커버층을 LCM 공정으로 중합체성 매트릭스 물질로 함침하며, 코어 물질과 커버층의 물질 결합이 동시에 일어난다. 일단 코어 복합 구조물의 경화가 완료되면, 중합체성 매트릭스 물질로 함침된 텍스타일 보강 구조물이 코어 물질내에 일방향성 섬유 보강된 인장/압축 바를 구성하며, 이는 힘 도입 포인트, 코어 물질 및 전체 코어 복합체의 보강을 가져온다. 여기서 보강 구조물은 힘 도입 소자와 코어 복합 구조물 사이 및 커버층과 코어층 사이의 박리 강도를 증가시키고, 코어 복합 구조물로부터 힘 도입 소자가 분리되는 것을 방지하며, 코어 물질의 기계적 특성(두께 방향으로의 특징적인 강도 및 강성 값)을 향상시키는 역할을 한다. 텍스타일 보강 구조물은 커버층과 코어층의 경계 영역에 존재하는 크랙을 중지 또는 편향시킬 수 있다. 이는 코어 복합체를 위한 힘 도입 포인트의 안전장치 거동(failsafe behavior)을 향상시킬 수 있다. 힘 도입 포인트 영역에서 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 텍스타일 보강 구조물을 삽입하면, 공지된 통상의 힘 도입 컨셉트와 비교하여, 코어 복합체 평면에 수직인 압축 및 인장 강도, 코어 복합체 평면에 수직인 압축 및 인장 강성, 코어 복합체 평면에서의 압축 강도, 커버층과 코어층 사이 및 힘 도입 소자와 커버층 사이의 전단 강도와 강성 및 박리 강도를 증가시킬 수 있다. 추가로, 증가된 박리 강도 및 각각의 보강 소자의 "크랙 중지 기능"에 의해 안전장치 거동이 향상될 수 있어, 힘 도입부의 갑작스런 파괴를 방지할 수 있고, 그 결과 안전장치 거동이라고 공지된 바가 수득된다. 공업적 스티칭 기법을 사용하여, 힘 도입 소자를 정확한 위치에서 코어 복합 구조물에 결합시킬 수 있다. 특정 수의 보강 소자의 삽입 및 존재에 의해 코어 복합체에서 의 힘 도입 포인트의 품질 보증을 보장할 수 있다. 본 발명의 추가의 잇점은 보장 소자가 힘 도입 포인트를 지나서 힘 도입 포인트를 둘러싸고 있는 코어 복합 구조물에까지 이를 수 있어 보다 높은 힘과 토크가 코어 복합 구조물로 도입될 수 있다는 것이다.
코어 복합 구조물의 중량에 불리한 영향을 미치는 추가의 힘 도입 소자를 필요로 하지 않도록 하기 위해, 힘 도입 포인트 영역에서 코어 물질을 제거 또는 압출시킬 수 있으며, 이로써 커버층이 합쳐질 수 있다. 추가의 잇점은 하나 이상의 플랜지(flange)를 갖는 힘 도입 소자에 의해 달성될 수 있으며, 이에 의해 힘과 토크가 보다 큰 표면적에 걸쳐 코어 복합 구조물로 도입될 수 있다.
힘 도입 소자가 힘 도입 포인트 영역에서 전체 코어 복합 구조물에 비포지티브 및 포지티브하게 결합될 수 있도록 하기 위해, 힘 도입 소자는 보강 소자를 수용하기 위한 홀(hole)을 갖는다. 이는 힘 도입 소자의 분리를 방지하고 힘 도입 소자와 코어 복합 구조물 사이의 박리 강도를 증가시킬 수 있다. 코어 복합 구조 부재(예를 들면, 조선시 배의 선체)에 부과되는 기술적 요건때문에 코어 복합체의 하나 이상의 커버층의 침투를 피해야 하는 경우, 힘 도입 소자(소위 온서트)를 두 개의 커버층 중의 하나 또는 둘 다 위에 배치할 수 있다.
보다 높은 힘과 토크가 코어 복합 구조물에 도입될 수 있도록 하기 위해서는, 힘 도입 소자(소위 인서트)를 두 개의 커버층 중의 하나 또는 둘 다 내에 배치할 수도 있다. 추가로, 힘 도입 소자를 2개의 커버층 사이에 위치시킬 수 있는데, 이에 의해 코어 물질이 부분적으로 또는 전적으로 좌우로 움직이게 된다.
추가의 잇점은, 힘 도입 소자가 커버층(들)에 기대여 놓여있는 하나 이상의 걸쇠(attachment)를 가지므로 보다 큰 레버 암(lever arm)의 결과로 힘과 토크의 도입이 향상될 수 있다는 점에서, 힘 도입 소자의 용도-관련 기하학적 및 구조적 형상에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 경우, 힘 도입 포인트 영역에서 코어 물질이 제거 또는 압축되고 두 개의 커버층이 합쳐져 섬유-플라스틱 복합체의 일체식 영역이 존재함으로써 코어 복합체에서 힘 도입 포인트를 보강할 수 있는 가능성이 있다. 이러한 방식으로, 상부 커버층(1)이, 스티칭 기법의 도움으로 삽입된, 코어 복합 구조물의 두께를 횡단하는 보강 소자(4)에 의해 힘 도입 포인트 영역에서(5) 하부 커버층(3)에 결합된다(도 1a 및 도 1b). 추가로, 보다 높은 힘과 토크를 흡수하고 기계적 특성을 향상시키기 위해, 보강 소자(4)가 힘 도입 포인트를 지나서(6) 힘 도입 포인트를 둘러싸고 있는 코어 복합 구조물에까지 이를 수 있다(도 1c). 텍스타일 반가공물의 커버층(1 및 3), 코어 물질(2) 및 중합체성 매트릭스 물질을 갖는 코어 복합체를 위한, 힘 도입 소자를 갖지 않는 보강된 힘 도입 포인트는 다수의 LCM 공정 중의 하나로 제조할 수 있다. 중합체성 매트릭스 물질을 삽입하기 전의 작업 단계에서, 먼저 코어 물질을 힘 도입 포인트 영역에서 제거 또는 압축시킨다. 이어서, 두 개의 커버층을 합치고, 힘 도입 영역에서(5) 및, 경우에 따라, 힘 도입 영역을 지나서(6) 존재하는 상부 커버층(1), 코어 물질(2) 및 하부 커버층(3)을 스티칭 기법을 사용하여 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 텍스타일 보강 구조물(4)에 의해 서로 스티칭시킨다. 그후, 텍스타일 보강 구조물을 포함한 코어 복합 구조물을 LCM 공정(예를 들면, 수지 사출 공정 또는 수지 침투 공정)으로 중합체성 매트릭스 물질(열경화성 또는 열가소성 물질)로 함침시키고 경화시킨다.
힘과 토크의 도입을 위해, 코어 복합 구조물에 적용된 힘 도입 소자(온서트, 7)를 사용하는 것도 가능하다(도 2a 및 도 2b). 온서트는 두 개의 커버층 중의 하나에 적용되거나(도 2a 내지 도 2f), 커버층 둘 다에 적용되며(도 2g), 보강 소자(4)에 의해 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 힘 도입 포인트 영역에서 전체 코어 복합 구조물에 결합된다. 보강 소자를 수용하기 위해, 온서트는 홀(8)을 갖는다. 온서트는 상부 커버층(1) 또는 하부 커버층(3)에 배치된 측면 돌출 플랜지(9)(도 2c)를 가질 수 있으며, 또한 보강 소자를 수용하기 위한 홀(8)을 갖는다. 힘과 토크를 보다 양호하게 도입하기 위해, 보강 소자(4)를 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 온서트 또는 온서트의 플린지를 지나서(10) 코어 복합 구조물에 삽입할 수 있다(도 2d). 추가로, 힘과 토크를 코어 복합 구조물로 보다 양호하게 도입하기 위해, 온서트의 플랜지가 하나 이상의 걸쇠(11)를 가질 수 있다(도 2e 및 도 2f). 중합체성 매트릭스 물질을 삽입하기 전의 작업 단계에서, 힘 도입 포인트 영역의 코어 복합 구조물과 온서트(7)를 공업적 스티칭 기법을 사용하여 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 텍스타일 보강 구조물(4)에 의해 서로 스티칭시킨다. 그후, 커버층, 코어층 및 텍스타일 보강 구조물을 LCM 공정으로 중합체성 물질로 함침 및 경화시킨다.
코어 복합 구조물에 삽입된 힘 도입 소자(인서트, 12)를 갖는 힘 도입 포인트는 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 보강 소자(4)에 의해 서로 스티칭되어 있 는 인서트의 영역 바깥에 있는 상부 커버층(1), 코어 물질(2) 및 하부 커버층(3)에 의해 보강될 수 있다(도 3a 및 도 3b). 텍스타일 반가공물로 이루어진 커버층(1 및 3), 코어 물질(2) 및 중합체성 메트릭스 물질을 갖는 코어 복합체를 위한 삽입된 힘 도입 소자(12)를 갖는 힘 도입 포인트를 제조하는 방법은, 중합체성 매트릭스 물질을 삽입하기 전의 작업 단계에서, 힘 도입 포인트의 바깥에 있는 상부 커버층(1), 코어 물질(2) 및 하부 코어층(3)을 스티칭 기법에 의해 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 삽입된 텍스타일 보강 구조물(4)로 서로 스티칭시킨다. 보강 구조물의 삽입에 이어 가능한 LCM 공정 중의 하나로 코어 복합 구조물을 중합체성 물질로 함침 및 경화시킨다.
인서트(12)는 또한 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 보강 소자(4)에 의해 코어 복합 구조물에 결합될 수 있다(도 4a 및 4b). 이를 위해, 인서트는 보강 소자를 수용하기 위한 홀(13)을 갖는다. 추가로, 인서트는 커버층(1 또는 3) 내에, 코어층(2, 도 4c)에 또는 커버층과 코어층 사이에 위치할 수 있는 측면 돌출 플랜지(14)(도 4c)를 가질 수 있으며, 텍스타일 보강 구조물을 수용하기 위한 홀(13)을 갖는다. 인서트는 또한 두 개의 커버층(1 및 3) 내에, 코어층(2, 도 4d)에 또는 커버층(1 및 3)과 코어층(2) 사이에 배치될 수 있는 2개의 측면 돌출되고 일정 간격으로 떨어져 있는 플랜지(14)(도 4d)를 가질 수 있으며, 보강 소자를 수용하기 위한 홀(13)을 가질 수 있다. 힘과 토크를 보다 양호하게 도입하기 위해, 보강 소자(4)를 인서트(12) 또는 인서트의 플랜지(14)를 지나서(15) 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 코어 복합 구조물에 삽입할 수 있다(도 4e). 힘과 토크를 코어 복 합 구조물에 보다 양호하게 도입하기 위해, 인서트의 플랜지는 하나 이상의 걸쇠(16)를 가질 수 있다(도 4f 및 도 4g). 텍스타일 반가공물로 이루어진 커버층(1 및 3), 코어 물질(2) 및 중합체성 메트릭스 물질을 갖는 코어 복합체를 위한 삽입된 힘 도입 소자(12)를 갖는 힘 도입 포인트를 제조하는 방법은, 중합체성 매트릭스 물질을 삽입하기 전의 작업 단계에서, 코어 복합 구조물을 갖는 인서트를 스티칭 기법을 사용하여 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 삽입된 텍스타일 보강 구조물(4)로 스티칭시킨다. 보강 구조물의 삽입에 이어 가능한 LCM 공정 중의 하나로 보강 구조물 및 인서트를 포함한 코어 복합 구조물을 중합체성 물질로 함침 및 경화시킨다.
다음에 13가지의 예시적인 양태를 기초로 하여 본 발명을 설명한다.
도 1a는 함께 결합된 커버층(1 및 3), 힘 도입 영역에서 제거된 코어 물질(2) 및 힘 도입 포인트(5) 영역에서 코어 복합체의 두께를 횡단하는 보강 소자(4)를 갖는 코어 복합체에서의 힘 도입 포인트의 예시적인 제1 양태를 아래에서 나타낸 도면이다.
도 1b는 도 1a의 A-A선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 1c는 힘 도입 포인트를 지나서(6) 힘 도입 포인트를 둘러싸고 있는 코어 복합 구조물에까지 뻗어있는 보강 소자(4)의 형성에 대한 제2 양태를 나타낸, 도 1a의 A-A선을 따라 도시한 단면도이다.
도 2a는 코어 복합 구조물의 상부 커버층(1)에 위치한 힘 도입 소자(7, 온서트)를 도시한 예시적인 제3 양태의 평면도이며, 여기서 온서트는 코어 복합 구조물 의 두께 방향으로 보강 소자(4)에 의해 힘 도입 포인트 영역에서 전체 코어 복합 구조물에 결합되어 있으며 보강 소자(4)를 수용하기 위한 홀(8)을 갖는다.
도 2b는 도 2a의 B-B선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 2c는 온서트의 형상에 대한 추가의 양태를 나타낸, 도 2a의 B-B선을 따라 도시한 단면도이고, 여기서 온서트는 측면 돌출 플랜지(9)(도 2b)를 가지며, 이는 상부 커버층(1)에 배치되어 있고, 마찬가지로 보강 소자를 수용하기 위한 홀(8)을 갖는다.
도 2d는 힘 도입 포인트를 지나서(10) 힘 도입 포인트를 둘러싸고 있는 코어 복합 구조물에까지 뻗어있는 보강 소자(4)의 형성에 대한 추가의 양태를 나타낸, 도 2a의 B-B선을 따라 도시한 단면도이다.
도 2e는 코어 복합 구조물의 상부 커버층에 위치한 힘 도입 소자(7, 온서트)를 나타낸 예시적인 제6 양태의 평면도이며, 여기서 당해 소자는 힘과 토크를 코어 복합 구조물로 보다 양호하게 도입하기 위한 걸쇠(11)를 갖는다.
도 2f는 도 2e의 C-C선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 2g는 코어 복합 구조물의 상부 커버층(1)과 하부 커버층(3)에 위치한 2개의 힘 도입 소자(7, 온서트)를 나타낸 예시적인 제7 양태의 평면도이며, 여기서 2개의 온서트는 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 보강 소자(4)에 의해 힘 도입 포인트 영역에서 전체 코어 보합 구조물에 결합되어 있으며 보강 소자(4)를 수용하기 위한 홀(8)을 갖는다.
도 2h는 도 2g의 D-D선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 3a는 코어 복합 구조물에 삽입된 힘 도입 소자(12, 인서트)를 나타낸 예시적인 제8 양태의 평면도이며, 여기서 인서트는 코어 복합 구조물의 코어 물질(2) 내에 두 개의 커버층(1 및 3) 사이에 배치되어 있으며, 상부 커버층(1), 코어 물질(2) 및 하부 커버층(3)은 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 보강 소자(4)에 의해 인서터 영역 바깥에서 서로 결합되어 있다.
도 3b는 도 3a의 E-E선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 4a는 코어 복합 구조물에 삽입된 힘 도입 소자(12, 인서트)를 나타낸 예시적인 제9 양태의 평면도이며, 여기서 인서트는 코어 복합 구조물의 코어 물질(2) 내에 두 개의 커버층(1 및 3) 사이에 배치되어 있으며, 보강 소자(4)를 수용하기 위한 홀(13)을 갖고, 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 보강 소자(4)에 의해 코어 복합 구조물에 결합되어 있다.
도 4b는 도 4a의 F-F선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 4c는 인서트의 형상에 대한 추가의 양태를 나타낸, 도 4a의 F-F선을 따라 도시한 단면도이고, 여기서 인서트는 측면 돌출 플랜지(14)를 가지며, 이는 상부 커버층(1)에 기대여 놓여 있으며, 보강 소자(4)를 수용하기 위한 홀(13)을 갖고, 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 보강 소자(4)에 의해 코어 복합 구조물에 결합되어 있다.
도 4d는 인서트의 형상에 대한 추가의 양태를 나타낸, 도 4a의 F-F선을 따라 도시한 단면도이고, 여기서 인서트는 2개의 측면 돌출 플랜지(14)를 가지며, 이는 상부 커버층(1)과 하부 커버층(3)에 기대여 놓여 있으며, 보강 소자(4)를 수용하기 위한 홀(13)을 갖고, 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 보강 소자(4)에 의해 코어 복합 구조물에 결합되어 있다.
도 4e는 힘 도입 포인트를 지나서(15) 힘 도입 포인트를 둘러싸고 있는 코어 복합 구조물에까지 뻗어있는 보강 소자의 형성에 대한 추가의 양태를 나타낸, 도 4a의 F-F선을 따라 도시한 단면도이다.
도 4f는 코어 복합 구조물에 삽입된 힘 도입 소자(12, 인서트)를 나타낸 예시적인 제13 양태의 평면도이고, 여기서 인서트는 측면 돌출 플랜지(14)를 가지며, 이는 힘과 토크를 코어 복합 구조물로 보다 양호하게 도입하기 위한 걸쇠(16)를 갖고, 상부 커버층(1)에 기대여 놓여 있으며, 보강 소자(4)를 수용하기 위한 홀(13)을 갖고, 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 보강 소자(4)에 의해 코어 복합 구조물에 결합되어 있다.
도 4g는 도 4f의 G-G선을 따라 나타낸 단면도이다.

Claims (14)

  1. 코어 복합체의 커버층(1 및 3)이 합쳐져 있고/있거나, 힘 도입 소자(force introduction element)(7 및 12)가 힘 도입 포인트에 배치되어 있으며, 추가로 코어 복합체의 두께를 횡단하는 보강 소자(4)를 사용한 코어 복합 구조물의 보강이 도입 포인트에서 제공됨을 특징으로 하는, 코어 복합체에서의 힘 도입 포인트.
  2. 제1항에 있어서, 보강 소자(4)가 힘 도입 포인트(6, 10 및 15)를 지나서 힘 도입 포인트를 둘러싸고 있는 코어 복합 구조물에까지 뻗어있음을 특징으로 하는, 코어 복합체에서의 힘 도입 포인트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 커버층(1 및 3)이 텍스타일 반가공물로 이루어지고, 코어층(2)이 중합체성 천연 물질 또는 구조화된 코어 물질로 이루어지며, 보강 소자(4)가 텍스타일 보강 구조물로 이루어짐을 특징으로 하고, 커버층, 코어층 및 보강 소자가 중합체성 매트릭스 물질에 매봉되어 있음을 특징으로 하는, 코어 복합체에서의 힘 도입 포인트.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 코어 물질(2)이 힘 도입 포인트 영역에서 제거되거나 압축됨을 특징으로 하는, 코어 복합체에서의 힘 도입 포인트.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 힘 도입 소자(7 및 12)가 하나 이상의 플랜지(9 및 14)를 가짐을 특징으로 하는, 코어 복합체에서의 힘 도입 포인트.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 힘 도입 소자가 보강 소자(4)를 수용하기 위한 홀(8 및 13)을 가지며, 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 보강 소자에 의해 힘 도입 포인트 영역에서 코어 복합 구조물에 결합되어 있음을 특징으로 하는, 코어 복합체에서의 힘 도입 포인트.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 힘 도입 소자(7)가 두 개의 커버층 중의 하나(1 또는 3) 또는 커버층 둘 다(1 및 3)에 배치되어 있음을 특징으로 하는, 코어 복합체에서의 힘 도입 포인트.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 힘 도입 소자(12)가 두 개의 커버층 중의 하나(1 또는 3) 또는 커버층 둘 다(1 및 3)에 배치되어 있음을 특징으로 하는, 코어 복합체에서의 힘 도입 포인트.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 힘 도입 소자(12)가 두 개의 커버(1 및 3) 사이에 배치되고/되거나 코어 물질(2)을 횡단함을 특징으로 하는, 코 어 복합체에서의 힘 도입 포인트.
  10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 힘 도입 소자가 커버층(1 또는 3) 또는 커버층들(1 및 3)에 기대여 놓여 있는 하나 이상의 걸쇠(11 및 16)를 가짐을 특징으로 하는, 코어 복합체에서의 힘 도입 포인트.
  11. 중합체성 매트릭스 물질을 삽입하기 전의 작업 단계에서, 코어 물질(2)을 힘 도입 포인트 영역에서 제거 또는 압축시키고, 두 개의 커버층(1 및 3)을 합치며, 힘 도입 포인트 영역에서 및/또는 힘 도입 포인트 영역을 지나서(6) 존재하는 상부 커버층(1), 코어 물질(2) 및 하부 커버층(3)을 스티칭 기법을 사용하여 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 텍스타일 보강 소자(4)에 의해 서로 스티칭시킴을 특징으로 하는, 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 따르는 코어 복합체에서의 힘 도입 포인트의 제조방법.
  12. 중합체성 매트릭스 물질을 삽입하기 전의 작업 단계에서, 힘 도입 포인트 영역에서, 힘 도입 소자(7 및 12)와 힘 도입 영역의 코어 복합 구조물을 스티칭 기법을 사용하여 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 텍스타일 보강 소자(4)에 의해 서로 스티칭시킴을 특징으로 하는, 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 따르는 코어 복합체에서의 힘 도입 포인트의 제조방법.
  13. 중합체성 매트릭스 물질을 삽입하기 전의 작업 단계에서, 힘 도입 포인트 영역에서, 힘 도입 소자 영역 바깥에 있는 상부 커버층(1), 코어층(2) 및 하부 커버층(3)을 스티칭 기법을 사용하여 코어 복합 구조물의 두께 방향으로 텍스타일 보강 소자(4)에 의해 서로 스티칭시킴을 특징으로 하는, 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 따르는 코어 복합체에서의 힘 도입 포인트의 제조방법.
  14. 우주선, 항공기, 선박 또는 육상 운송수단을 제조하기 위한, 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 따르는 힘 도입 포인트의 용도.
KR1020067004767A 2003-09-08 2004-09-08 코어 복합체에서의 힘 도입 포인트 및 코어 복합체의 두께 방향으로 삽입되는 보강 부재를 사용하여 힘 도입 포인트를 제조하는 방법 KR101111993B1 (ko)

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