KR20070015896A - 혐기성 바인더를 이용한 3차원 프리폼의 제조 방법 - Google Patents

혐기성 바인더를 이용한 3차원 프리폼의 제조 방법 Download PDF

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다니엘 티 버클리
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어메리칸 지에프엠 코포레이션
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Abstract

본 발명은 섬유 보강 성형품 및 섬유 매트를 제조하는 방법에 관한 것으로, 이 제조 방법은 특히 혐기성 바인더를 사용한다.

Description

혐기성 바인더를 이용한 3차원 프리폼의 제조 방법{METHOD FOR MAKING THREE-DIMENSIONAL PREFORMS USING ANAEROBIC BINDERS}
도 1은 본 발명의 일부 실시예를 실시하기 위한 통상적인 공정의 흐름도를 도시하고,
도 2는 처리 스테이션들 사이에서 재료를 취급하는 로봇을 이용한 공정을 도시하고,
도 3은 효과적인 배스팅 기술(basting technique)을 이용하여 강성의 3차원 프리폼을 제조하는 공정을 도시하고,
도 4는 바인더 도포 스테이지와 바인더 압축 스테이지를 도시하고,
도 5는 효과적인 배스팅 스테이션을 도시하고,
도 6은 바인더를 경화하기 위한 광섬유 막대(wand) 또는 레이저를 도시하고,
도 7은 바운드 구조를 도시하고,
도 8은 절단 스테이지를 도시하고,
도 9는 절단된 블랭크를 성형 몰드 내로 배치하는 것을 도시하고,
도 10은 폐쇄 몰드 내측에 있는 블랭크를 도시하고,
도 11은 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 대기에, 선택적으로 전자기 복사에, 선택적으로 열에 노출된 성형 요소를 도시하고,
도 12는 몰드로부터 제거 준비 상태로 있는 프리폼을 도시하고,
도 13은 효과적인 스티칭 공정을 도시하고,
도 14는 효과적인 스티칭 공정을 도시하고,
도 15는 효과적인 스티칭 공정을 도시하고,
도 16은 효과적인 스티칭 공정을 도시하고,
도 17은 효과적인 스티칭 공정을 도시하고,
도 18은 제1 스테이지에서의 경화를 위한 2단 바인더를 포함하는 매트 성형 시스템을 도시하고,
도 19는 몰딩 공정의 흐름도를 도시하고,
도 20은 지향성 섬유, 지향성 에너지 기술을 이용하여 구조적 복합체를 제조하기 위한 공정 흐름도이고,
도 21은 프리폼을 제조하기 위한 장치를 도시하고,
도 22는 프리폼에 효과적인 스티칭을 실행하기 위한 장치를 도시하고,
도 23은 섬유와 바인더를 몰드부에 직접적으로 퇴적하기 위한 공정 및 장치를 도시한다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
본 발명은 구조적 복합물을 얻기 위한 수지 트랜스퍼 성형(RTM; resin transfer molding) 및 반응 사출 성형(SRIM; reaction injection molding) 공정과 같은 다양한 액체 복합물 공정을 위한 구조적으로 보강된 프리폼을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 여기서 내부에 보강재로서의 섬유가 함유된 플라스틱을 포함하는 구조적 복합물을 형성하기 위하여 프리폼과 플라스틱 재료를 몰드에서 성형할 때에, 형성된 구조적으로 보강된 프리폼의 섬유 사이의 틈에 변형 가능한 플라스틱 재료로서의 수지 매트릭스가 채워진다.
본 발명은 또한 상기 공정에서 프리폼의 부분(들)으로서의 보강 부재 등을 부착할 때에 사용되는 보강 웹의 취급에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 제조 중에 부직포 보강 재료 및 이러한 재료의 조합에 있는 바인더를 경화하기 위하여, 2단 바인더(two-stage binder)와, 매트 제조 및 예비 성형 공정과, 이러한 공정을 실행하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 보강 재료를 상당한 수준으로 포함하지 않으면서 반응을 위하여 2단 바인더에 집중되는 혐기성 바인더를 이용하는 것에 관한 것이다.
지향성 섬유 프리폼(directed fiber preform)을 제조할 때에, 이제까지는 섬유를 위치 결정하고 유지하도록 공기가 관통 인출되는 형성물(form)로, 초핑된 섬유에 열 경화 가능하거나 또는 열적으로 용융 가능한 바인더 수지를 분무하는 것이 일반적이다. 섬유와 바인더 수지를 포함하는 형성물을 가열하거나, 가열 및 냉각하고, 고온 공기 플리넘 챔버 내로 회전시키고, 건조/냉각 또는 경화하여 바인더 수지를 세팅한다. 이러한 열 경화 공정은 프리폼을 건조 및 경화하기 위하여 대량 의 에너지, 많은 시간 및 보관 공간을 필요로 한다. 전자기 복사 경화 가능한 바인더(광 경화 가능한 바인더)를 사용하는 것을 기초로 하는 개선된 방법이 미국 특허 제6,001,300호, 제6,004,123호, 제5,866,060호에 개시되어 있다. 이들 기술은 복사 경화 가능한 바인더를 이용함으로써 보다 에너지 및 시간 효율적으로 프리폼을 생산할 수 있다. 그러한 바인더는 지향성 에너지, 예컨대 자외선 또는 마이크로파 복사를 적용함으로써 경화되므로, 바인더를 경화하기 위하여 연속적으로 작동하는 대형 오븐을 필요로 하지 않는다.
그러나, 기술의 적용 가능성은 허니컴 또는 발포재(foam) 등의 코어 재료와 같이 전자기 복사에 대해 불침투성을 갖는 재료를 프리폼에 채용할 때에는 제한이 있다. 아라미드와 같은 특정의 섬유 재료도 또한 적용에 제한이 있는데, 그 이유는 이들 재료가 현재에 입수 가능한 광 경화 바인더를 경화하는 광 파장을 효율적으로 차단하기 때문이다.
현재에 상업적으로 이용 가능하거나 실용적인 소정 범위의 주파수를 갖는 복사선의 접근을 차단하는 탄소 섬유 재료와 같은 재료에 대해서도 여전히 적용에 제한이 있다. 따라서 그러한 탄소 섬유 재료의 보강층은, 그러한 층이 광 조사면에 있는 경우, 광 경화 가능한 바인더를 함유하는 층이 이전의 경화 단계에서 이미 경화된 경우, 또는 탄소 섬유가 그 탄소 섬유 위에 부가되어 경화된 후속 유리섬유 층에 의해 적소에 소정 형상으로 유지되는 경우에 프리폼에 부가될 수 있다. 하나 이상의 탄소 섬유 층을 혼입하게 되면, 탄소 섬유층 중에 있을 수 있는 광 경화 가능한 바인더를 함유하는 각 층에 대하여 별도의 광 경화 단계가 불가피하게 된다. 빛이 복수의 탄소 섬유층을 통과할 수 없기 때문에 탄소 섬유 단독으로는 프리폼을 제조할 수 없다.
본 발명의 목적은 보강 재료와 함께 사용하기 위한 신규한 바인더를 제공하는 것이다.
일부 실시예에 따르면, 본 발명은 섬유 보강된 성형품을 제조하는 제조 방법을 제공하며, 이 방법은 섬유를 포함하는 보강 재료에 혐기성 바인더를 포함하는 조성물을 첨가하는 단계와, 성형품의 적어도 일부에 대응하는 구조를 갖는 프리폼 몰드면 상에 보강 섬유를 포함하는 재료의 층을 피복하는 단계와, 상기 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기에 상기 혐기성 바인더를 접촉시키는 단계를 포함한다. 혐기성 바인더는 또한 보강 재료가 몰드에 도포된 후에 보강 재료에 첨가될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 섬유 보강된 성형품을 제조하는 제조 방법을 제공하며, 성형품의 적어도 일부에 대응하는 구조를 갖는 프리폼 몰드면 상에 층을 피복하는 단계를 포함하고, 상기 층은 보강 섬유와 바인더 조성물을 포함하고, 상기 바인더 조성물은 혐기성 성분과 전자기 복사 경화 가능한 성분을 포함하며, 상기 바인더 조성물을 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기에 노출시키는 단계를 포함하고, 상기 분위기는 예컨대 진공 상태 또는 하나 이상의 불활성 가스를 포함한 상태, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 상기 바인더 조성물 을 전자기 복사 경화 가능한 바인더의 경화를 촉진하는 전자기 복사에 노출시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 섬유 보강 성형품을 제조하는 제조 방법을 제공하며, 이 방법은 보강 섬유와 바인더 조성물을 포함하는 재료의 층을 성형품의 적어도 일부에 대응하는 구조는 갖는 프리폼 몰드면 상에 도포하는 단계를 포함하고, 상기 바인더 조성물은 혐기성 성분을 포함하고, 선택적으로 전자기 복사 경화 가능한 성분, 선택적으로 열 경화 가능한 성분을 포함하고, 바인더 조성물을 혐기성 바인더 성분의 경화를 촉진하는 분위기에 접촉시키는 단계를 포함하고, 선택적으로 상기 바인더 조성물을 전자기 복사 경화 가능한 바인더의 경화를 촉진하는 전자기 복사에 노출시키는 단계와, 상기 바인더 조성물을 선택적으로 열 경화 가능한 바인더의 경화를 촉진하는 온도로 가열하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 프리폼 제조 방법을 제공하며, 이 방법은 복수의 섬유질 보강 재료의 웹을 각각의 경로를 따라 이동시키고, 이들 웹이 소정의 위치에서 서로 평행하게 중첩되고, 서로 평행한 접촉 상태로 주행하도록 중첩된 웹을 안내하는 단계와, 상기 소정의 위치의 상류에서 웹의 쌍을 이룬 각 대향면의 적어도 한 면에 혐기성 성분과 전자기 복사 경화 가능한 성분을 포함하는 2단 바인더를 피복하거나, 소정 위치의 상류에서 웹의 쌍을 이룬 각 대향면의 적어도 한면에 전자기 복사 경화 가능한 바인더와 혐기성 바인더를 개별적으로 도포하는 단계와, 이격된 위치에서 전자기 복사 경화 가능한 바인더를 경화하여 웹을 함께 고착시키도록 평행하게 접촉하는 웹의 선택된 이격 위치에 전자기 복사를 국부적으로 적용하 는 단계와, 고착된 웹으로부터 블랭크를 절단하는 단계와, 블랭크를 프리폼의 적어도 일부에 대응하는 3차원 형상으로 형성하는 단계와, 상기 블랭크를 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기와 접촉시키는 단계를 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 본 발명은 프리폼 제조 방법을 제공하며, 이 제조 방법은, 2단 바인더를 섬유 보강 재료의 매트에 피복하는 단계로서, 상기 2단 바인더는 제1 바인더 성분과 제2 바인더 성분을 포함하고, 제1 바인더 성분은 전자기 복사 경화 가능한 바인더 성분 또는 열 경화 가능한 바인더 성분이고, 제2 바인더 성분은 혐기성 바인더 성분인 것인 단계와, 상기 2단 바인더를 전자기 복사 경화 가능한 바인더 성분의 경화를 촉진하는 전자기 복사에 노출시키는 단계와, 매트를 소정의 형상으로 형성하는 단계와, 상기 매트를 혐기성 바인더 성분의 경화를 촉진하는 분위기에 노출시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 다공질의 제1 몰드부와 가압용 제2 몰드부를 구비하는 분리 가능한 몰드를 이용하여 경질의 3차원 구조의 프리폼을 제조하는 제조 방법이 제공되며, 상기 몰드부는 폐쇄 시에 함께 프리폼의 소정의 3차원 형상을 형성하고, 서로에 대해 소정의 각도로 배치되어 내측 코너 및 외측 코너를 형성하는 내면이 있으며, 상기 제조 방법은 보강 재료의 섬유를 절단하는 단계와, 섬유를 소정 두께로 제1 몰드부의 모든 면으로 지향시키기 위하여 제1 몰드부를 통하여 공기를 유동시키는 동시에 절단된 섬유를 다공질의 제1 몰드부로 밀어 내는 단계와, 섬유 중의 틈을 메우지 않으면서 섬유를 바인더로 적어도 부분적으로 피복하기 위하여 절단된 섬유에 혐기성 바인더를 피복하는 단계와, 폐쇄된 몰드의 가압용 제 2 몰드부와 다공질의 제1 몰드부 사이에서 바인더 피복된 절단 섬유를 소정의 3차원 형상의 프리폼으로 압박하기 위하여 분리 가능한 몰드부를 폐쇄하는 단계와, 혐기성 바인더를 이 바인더의 경화를 촉진하는 분위기에 적용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 이들 및 다른 특징을 이하에서 설명한다.
당업자는 이하에 설명하는 도면이 단지 예시적인 목적으로 사용되고 있다는 것을 이해할 것이다. 도면은 어떤 식으로든지 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 프리폼을 제조하기 위한 새로운 방법을 제공하고, 여기서 바인더는 혐기성 바인더이다. 이들 혐기성 바인더를 사용하는 방법에 의해, 여러 단계에서 광 경화를 사용해야 하는 경우, 또는 광 경화가 탄소 섬유와, 특정 유형의 코어 재료와 같이 광을 차단하는 임의의 매체 등에는 작용하지 않는 경우에 프리폼을 임의의 두께로 제조할 수 있다. 혐기성 바인더를 사용한 경화는 방향성이 없으므로, 바인더가 적소에 있는 재료를 소정의 조직(라미네이트 스케줄)으로 임의의 두께로 조립할 수 있고, 바인더는 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기에 적용함으로써 안정화된다.
예컨대, 이제 탄소, 코어 재료 및 금속 인서트가 빛의 조사를 차단하여, 하나 이상의 광 경화 단계를 필요로 하는 경우, 그리고 라미네이트 구성 요소를 조립하면서 가열, 형성 및 안정화시키는 합리적인 방법이 없기 때문에 이들 재료(이들 재료는 광범위하게 다른 열전도율을 가짐)가 열 경화 시스템 및 열가소성 시스템을 위한 다루기 어려운 조건을 생성하는 경우에, 많은 층의 탄소 섬유, 유리 섬유, 코 어 재료 및 금속 인서트의 조합에 의해 한 단계로 프리폼을 제조할 수 있다. 구조적 보강물, 서브어셈블리 등을 프리폼에 적용하여 최종 복합 구조의 최종 성질을 개선할 수 있다. 리브, 폐쇄 섹션, 코어, 금속의 봉입물, 발포재, 목재 또는 재료를 프리폼의 구조에 구비할 수 있다.
본 발명에 따르면, 공정은 경화된 복합 형성물(form)을 고속, 대용량으로 산출하기 위하여 설계되며, 이로 인하여 광범위한 보강 재료를 이용하여 제한이 없는 기하학적 구조 및 세밀한 조립을 허용한다. 수많은 섬유 보강 재료와 함께, 구조적 발포재와 같은, 임의의 다양한 코어 재료, 목재 또는 금속의 성분을 활용하여 임의의 형상 또는 구조를 얻을 수 있다.
본 발명의 공정은 복합 형성물(composite form)을 경화하기 위하여 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기와 함께 특정하게 개발된 혐기성 바인더를 사용한다. 그러한 분위기는 예컨대 하나 이상의 불활성 가스의 혼합물을 포함하는 상태 또는 진공 상태일 수 있다. 활성 스티칭 기법에 의해 프리폼에 구조적 성분을 부가할 수 있다. 프로세스 능력 및 바인더 시스템은 RTM 및 RIM 수지 시스템과 같은 임의의 액체 복합 프로세스에 사용된 임의의 수지, 즉 폴리에스테르, 비닐 에스테르, 우레탄, 에폭시, 페놀 및 아크릴레이트에 적용되어, 이들과 양립한다. 공정은 특히 탄소 섬유 및 아라미드 섬유와 같이 불투명하거나 부분적으로 불투명한 재료에 적용될 수 있다.
본 발명의 공정은, 완전 자동화되고, 필요에 따라 프리폼에 요구되는 구조적 성질을 위하여 수많은 유형의 보강물의 특정의 분포 및 배치를 가능하게 하도록 설 계된다. 따라서 상기 공정에는 완전한 설계 자유가 보장되며, 이 공정은 설계 기준을 만족시키기 위하여 폐쇄된 구조적 형상 및 변경된 벽 섹션을 포함하는 가장 유리한 보강 유형 및/또는 구조를 허용한다. 성분 구조물(component structure)을 경화 및/또는 부착하는 공정이 증가하여 성형기의 사이클 타임에 적합하게 되거나, 다양한 또는 복수의 프리폼을 하나 이상의 성형기로 공급하도록 될 수 있다.
공정의 자동화는 반복 가능하고, 지속적인 품질 및 구조적 완전성을 갖는 프리폼을 형성하기 위하여 전적으로 통계적 처리 기법을 이용하도록 설계된다. 프로세스 기법은 운송 수단, 선박, 비행기, 항공 우주, 디펜스 및 스포츠(defence and sporting), 소비자 제품 등과 같은 다양한 상품 분야에 적용될 수 있다.
이하에서 상세하게 설명하는 바와 같이, 구조적 캐리어 프리폼을 제조하기 위하여 제어된 분위기 시스템과 함께 공학적 폴리머 수지 화합물을 특정하게 설계된 자동 기계와 함께 사용한다. 프리폼은 액체 복합 몰딩 프로세스 및 컴포넌트(component)에 필요한 특정의 구조 및 사이즈 요건에 적합하도록 될 수 있다.
예비 성형 및 성형 중에 보강물을 배치하는 것과 관련한 주요 문제는 다양한 보강 재료를 임의의 원하는 복잡한 형상에 합치하도록 조합하고 강화시킴으로써 극복될 수 있다. 본 발명의 특징에 따르면, 보강재를 첨가함으로써 사용된 다른 보강 재료를 프리폼 구조에 합체할 수도 있고, 클래스 A 용례(class A application) 및 구조를 위한 보강물이 필요한 경우에 인서트와 함께 코어 재료의 리빙(ribbing) 또는 봉입을 달성할 수도 있다.
본 발명을 실시할 때에, 섬유 함유 보강 재료의 매트 또는 직물〔또는 이들 의 조합, 집합적으로 재료(material)로 지칭함〕을 블랭크로서 일치하는 형상으로 예비 절단하고, 혐기성 바인더를 피복한 후에, 각 블랭크를 부분의 형상을 모사하는 특정의 공학적 몰드 세트로 운반한다. 바인더의 경화를 촉진하는 분위기를 적용하여, 프리폼을 강화시킨다. 상기 분위기가 불연속적인 경우에, 몰드 세트는 개방되고, 프리폼은 성형 스테이션, 선택적 활성 스티칭 스테이션 또는 순수(net) 형상 절단 스테이션으로 운반된다.
예비 성형 가능한 재료는 소정의 패턴으로 절단되어 성형용 몰드의 윤곽에 합치될 수 있다. 예비 성형 가능한 재료에는 양측에서 바인더 수지가 침투한다. 단층 또는 다층의 재료가 함께 사이에 개재되어 캐리어 프리폼 로딩(carrier preform loading)을 생성한다. 캐리어 프리폼은, 공정에서 서브어셈블리로서 사용되는 프리폼 또는 활성 스티칭에 의해 서브어셈블리에 후속 부착되어 최종의 어셈블리를 형성하는 보다 많은 재료를 포함하는 프리폼을 설명하는 C.A.Lawton Company의 미국 특허 제6,001,300호에 인용된 표현이다. 활성 스티칭(energetic stitching)은, 구조물을 배치하고 기본 프리폼에 부착하는 방법을 설명하는 C.A.Lawton Company의 상기 미국 특허에 인용된 표현이다. 바인더는 혐기성이고, 도포기 시스템으로 계측된다. 바인더는 일반적으로 하나 이상의 수지, 하나 이상의 단량체, 하나 이상의 하이드로퍼옥사이드, 하나 이상의 개시제 및 하나 이상의 반응 억제제(inhibitor)를 포함한다. 예시적인 바인더는 에폭시메타아크릴레이트와 같은 수지 15 중량% 내지 55 중량%와, 메타아크릴레이트 단량체, 폴리하이드릭 알콜 및 에스테르 알콜과 같은 단량체 45 중량% 내지 85 중량%를 포함한다. 단량 체의 0% 내지 30%는 성능 및 능력 요건에 따라 다음 중 하나의 조합으로 이루어진다. 알킬 하이드록실(단일, 이중 및 삼중 기능기), 베타 카르복실 에틸 아크릴레이트, 메타아크릴산, 아크릴산(이량체, 삼량체 및 유사 다량체), 하이드록시 에틸 메타아크릴레이트, 하이드록시 프로필 메타아크릴레이트, 하이드록시 에틸 아크릴레이트, 하이드록시 프로필 아크릴레이트 및 하이드록시 부틸 아크릴레이트. 히드록실 기능기는 잔여 기능기(residual functionality)에 에폭시, 비닐 에스테르 및 우레탄과의 적합성을 제공하는 한편, 산 그룹은 잔여 기능기에 에폭시, 폴리에스테르 및 페놀을 제공한다. 하이드록시퍼옥사이드는 조성물의 전체 중량의 0 내지 5%를 구성할 수 있다. 촉진제는 조성물의 0 내지 4 중량%를 구성할 수 있고, 반응 억제제는 조성물의 0 내지 0.1 중량%를 구성할 수 있다.
바인더를 피복할 때에, 바인더 수지는, 선택적으로 섬유 사이의 틈을 메우지 않으면서 재료의 섬유를 피복하는 막으로서 분무, 압연 또는 캘린더링될 수 있다. 바인더를 피복한 후에, 보강 재료는 성형 몰드의 매치된 반쪽(수형 또는 암형)에 기계적으로 로딩된다.
몰드는 성형 프레스 내로 왕복하고, 성형 프레스는 보강 재료를 원하는 형상으로 형성하도록 폐쇄된다. 대안으로, 몰드는 왕복 이동 작용을 필요로 하지 않고 성형 스테이션에 직접적으로 장착될 수 있다. 폐쇄 중에, 바인더의 경화를 촉진하는 분위기가 성형 몰드에 적용되어 촉매화 바인더 수지를 경화한다. 경화 시에 바인더 수지는 강화 질량(rigid mass)으로 중합되어 프리폼이 성형 몰드의 형상을 유지할 수 있게 한다. 바인더가 반응을 위한 열을 발생시키는 시스템에서 분위기가 불연속적인 경우에, 섬유 보강 재료는 열 싱크(heat sink)로서 작용하여 프리폼을 냉각할 수 있다. 단지 바인더 반응에서만 열이 발산하므로 섬유의 가열은 최소로 된다. 따라서 몰드면의 가열은 최소로 된다.
캐리어 프리폼의 형상에 합치하도록 더 이상 보강 재료를 가열, 연신 및 냉각할 필요가 없다. 화학적 스티칭 기법(본 명세서에서는 전술한 활성 스티칭으로 지칭함)에 의해 필요한 곳에 섹션이 부가되어 소정의 위치로 소정의 위치로 강화될 수 있다.
종래의 예비 성형 공정은 자동화에 의해 현재에 개선되고 있지만, 일반적으로 여전히 조작자에게 의존하고 있다. 본 발명은 높은 자동화 수준의 턴키 산업 제조 프로세스를 위해 설계된다. 자동화/로봇을 이용함으로써, 섬유 분포는 매우 균일하게 되고, 반복적으로 일정하게 되며, 공정의 모든 측면을 통계적으로 제어 가능하게 한다.
강화 사이클 후에, 성형 프레스는 개방되어 프리폼이 제거되거나, 몰드가 캐리어 프리폼이 기계적으로 언로딩된 위치에서 외부로 이동하여, 삽입 용례 또는 성형을 위한 다른 처리 위치로 운반된다. 구조적 성분을 위한 종래의 RTM/SRIM 성형 공정 용례에서, 섬유층의 두께는 세기 요건을 만족하도록 조정된다. 활성 스티칭 공정으로 인하여, 전체 두께 및 중량을 증가시키지 않으면서 보강 재료를 고응력 영역에 선택적으로 특정하게 첨가할 수 있다. 활성 스티칭 기법의 사용에 의해 캐리어 프리폼에 인서트, 폐쇄 섹션 및/또는 코어를 적용하는 것을 실시할 수 있다. 보강 재료의 예비 절단된 섹션은 제2 전자기 에너지 어플리케이터를 이용하여 소정 위치로 활성 스티칭될 수 있다. 전자기 에너지를 사용할 때에, 보강재 및 바인더가 첨가된 캐리어 프리폼은 성형 프레스 내로 또는 에너지를 인가하는 중에 재료를 소정 위치에 유지하는 제2 클램핑 장치 내로 역으로 이동할 수 있다.
스티칭 공정은 혐기성으로 실시될 수도 있다. "혐기성 스티칭(anaerobic stitching)"으로 정의된 이러한 공정에서, 보강물은, 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기에 보강재를 수반하는 프리폼 또는 프리폼의 일부를 노출시키는 방식으로 혐기성 바인더에 의해 캐리어 프리폼에 스티칭된다.
최종의 프리폼은 유지 영역으로 또는 성형 작업 위치로 직접 운반될 수 있다. 프리폼의 강화가 통상적으로 성형 사이클보다 빠르므로, 강화 공정에서 다양한 성형 몰드를 셋업할 수 있으며, 따라서 제조되는 수많은 프리폼 형상을 다른 성형 스테이션으로 공급할 수 있다.
다층의 보강 재료를 동시에 원하는 형상으로 형성할 수 있다. 활성 스티칭 공정을 이용하여 성분을 강화하고, 리빙(ribbing)하고, 부착하도록 다른 유형의 보강 재료를 봉입할 수 있다. 이들 유형의 보강 재료, 섬유, 금속 및/또는 경량의 구조적 발포재 및 저밀도 코어를 캐리어 프리폼의 일부로서 또는 프리폼 구조를 위하여 인서트 재료의 배치가 필요한 위치에서의 보조 작업으로서 로딩 및 쉐이핑 공정(shaping process)의 개시 시에 부가할 수도 있다.
특정의 위치에서 단방향성 직물 또는 다른 보강재와 함께 재료를 이용할 때에, 수지 시스템의 취급 및 성형 작업 중에 재료의 섬유 사이의 틈 내로 침투하는 것을 용이하게 하도록 경질 형성물을 유지하면서 높은 섬유 함량의 최적의 보강 구 조를 달성할 수 있다.
보강재를 특정의 위치에 배치하면, 필요에 따라 요구되는 성형품의 강도를 제공하는 섬유 배향을 달성할 수 있다.
활성 스티칭 및 보강 인서트를 위한 지향성 에너지는, 스티칭 바인더 수지의 중합을 유도하도록 마이크로파 에너지, 가시광선, 자외선 에너지, 레이저 에너지 또는 이들의 조합을 프리폼의 특정의 위치에 국부적으로 적용하는 것을 포함한다.
상기의 공정이 도 1의 흐름도에 도시되어 있고, 본 발명의 일부 실시예를 실시하기 위한 통상의 공정이 48로 도시되어 있고, 이 공정은 바인더를 보강 재료에 피복함으로써 층을 형성하는, 보강 재료 및 미경화 바인더의 층을 적층하는 단계(50)와, 그 대신에 선택적으로 섬유 사이의 틈을 메우지 않으면서 매트의 섬유를 피복하기에 충분한 수준으로 예비 성형할 보강 재료 상에 미경화 바인더를 분무하는 단계(52)를 포함한다. 대안으로, 단계 48 및 50을 조합할 수 있고, 이로써 바인더와 혼합된 재료의 층을 적층할 수 있다. 다음으로, 54에서 프리폼의 평면 전개 형상에 합치하도록 블랭크를 절단한다. 56에서, 블랭크를 프리폼의 형상으로 몰드 내에서 가압하고, 58에서 바인더를 경화하도록 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기, 예컨대 진공 또는 불활성 가스를 적용한다. 60에서, 바인더를 경화 및 강화하고, 강화된 프리폼을 몰드로부터 제거할 수 있다.
도 2는 처리 스테이션 사이에서 재료를 취급하는 로봇을 이용한 유사 공정을 도시하고 있다. 도 2에서, 제1 단계는 절단 장치(62)에 의해 지시한 바와 같이 프리폼의 전개된 형상과 합치하도록 보강 재료를 예비 절단하는 것이다. 이것은 도 1에서 설명한 공정의 변형이다. 62에서 재료를 절단한 후에, 64에서 바인더가 단 성분일 수도 있고 2성분일 수도 있는 바인더 수지의 소스(68)와 촉매 촉진제의 소스(70)를 포함하는 바인더 도포기(66)에 의해 바인더를 첨가한다. 전술한 바와 같이, 선택적으로 섬유 사이의 틈을 메우지 않으면서 매트의 섬유를 피복하게 충분한 수준으로 바인더를 분무, 압연 또는 캘린더링에 의해 바인더 도피기(66)에서 도포할 수 있다. 다음으로, 로봇(74)에 의해 보강 재료와 바인더의 복합 블랭크를 바인더 도포기로부터 몰드(72)로 운반한다. 몰드(72)는 복합 블랭크가 예비 성형 몰드 상에 위치 결정되도록 도 2에 도시된 유형일 수 있다. 그 후, 몰드(72)를 셔틀(78)을 따라 프레스(76)로 이동시키고, 여기서 몰드의 두 절반을 가압하여 원하는 형상의 프리폼을 모사하고, 진공 장치 또는 불활성 가스 소스와 같이 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기를 제어된 분위기 소스(80)로부터 인가한다. 선택적으로, 바인더는 추가의 전자기 복사 경화 가능한 성분 또는 열 경화 가능한 성분을 또한 포함할 수 있고, 제어된 분위기 소스(80)는 전자기 에너지의 소스 또는 열 경화 에너지의 소스를 또한 포함할 수 있으며, 열 경화 에너지의 소스는 고온 공기 소스와 같은 열원으로, 이러한 추가의 성분을 경화시킨다.
다음으로, 몰드를 셔틀(78)을 따라 로봇(82)이 경화된 프리폼(84)을 언로딩하는 소정 위치로 이동시킴으로써 몰드(72)를 언로딩 상태로 되게 한다. 여기서, 프리폼은 보강재가 보강 구조의 형태로 부가되어 있는 캐리어 프리폼으로 된다. 그 후 로봇(82)은 단기간의 보관을 위하여 프리폼을 적층하거나, 프리폼을 활성 스티칭 공정으로 직접 이동시킨다.
요소들을 캐리어 프리폼으로 스티칭 할 때, 보강 재료는 86에서 미리 예비 절단되고, 로봇(88)은 예비 절단된 재료를 보강물 형상(92)을 취하도록 형성물(90) 위에 위치 결정한다. 그 후, 로봇(92)은 프리폼(84), 이제 캐리어 프리폼을 잡아서 이 프리폼을 성형된 요소(92) 위에 배치한다. 캐리어 프리폼(84)과 성형 요소(92)가 긴밀하게 접촉하고 있는 포인트(도시 생략)가 있다. 활성 스티칭 공정이 전자기 에너지를 사용할 때에, 성형된 요소(92)는 전자기 에너지에 민감한 바인더 수지를 포함한다. 스티칭 공정은 선택된 방법에 의해 경화되도록 선택된 바인더를 구비하는 재료를 활용하며, 예컨대 전자기 복사, 열 또는 혐기성 경화는 요소들(84, 92)이 긴밀하게 접촉하고 있는 특정의 스폿 위치에 적용된다. 선택된 바인더를 경화하기에 적절한 에너지, 예컨대 마이크로파 복사, 적외선 복사, 가시광선, 자외선 복사, 레이저 광, 전자 빔 또는 열과 같은 전자기 복사, 또는 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기가, 예컨대 광학 섬유, 레이저 또는 집속 광과 같은 지향성 에너지 소스(96)에 의해 국부적으로 적용될 수 있고, 이에 대한 대안으로, 바인더가 미경화 상태로 남아 있어야 하는 영역을 차폐하고 차폐되지 않은 영역을 경화하여 스티칭을 달성할 수 있다.
어느 경우에든, 보강 구조(98)가 형성된다. 그 후, 보강 구조(98)를 완성된 구조를 성형하기 위하여 성형 공정으로 운반한다.
다른 실시예에 따르면, 본원 발명은 또한 미국 특허 제5,217,656호, 제5,364,258호, 제5,827,392호, 및 제5,487,853호에 개시된 "배스팅 기법(basting technique)에 의해 활성 프리폼을 제조하는 새로운 방법을 제공하여, 중첩되어 공 면으로 있는 복수의 섬유질 보강 재료의 웹을 커터로 이동시킴으로써 경질의 3차원 프리폼을 제조하며, 웹은 전자기 복사 경화 가능한 바인더 및 혐기성 바인더로 피복되거나, 전자기 복사 경화 가능한 성분 및 혐기성 성분을 포함하는 2단 바인더로 피복하고, 함께 가압한다. 웹으로부터 3차원 프리폼의 2차원 전개로 블랭크를 절단하기 전에, 웹은 적절한 에너지(예컨대, 전자기 복사, 레이저, 전자 빔)를 국부적으로 인가하여 이격된 국부 영역의 바인더를 국부적으로 경화함으로써 "활성 배스팅" 단계에서 상기 국부 영역에서 함께 고착되어, 웹은 하나로서 커터로 이동한다. 배스팅 단계 후의 블랭크를 원하는 3차원 형상의 프리폼으로 형성한 후에, 제2 경화 단계는 혐기성 성분의 경화를 촉진하는 분위기의 인가를 통하여 개시되는 혐기성 경화 단계이다.
예비 성형 후에, 강화된 3차원의 프리폼을 몰드로부터 제거하고, 보강 부재의 가능한 부착을 위하여 로봇 장치에 의해 캐리어 프리폼으로서 조작한다. 공정의 이러한 단계에서, 캐리어 프리폼은 소정의 위치로 정향되고, 소정의 경화 메커니즘에 적절한 바인더가 그것의 표면 영역(들)에 피복되고, 보강 리브 등이 바인더가 있는 영역(들)과 긴밀한 접촉 상태로 이동하며, 분무된 영역(들)과 바인더는 적절한 메커니즘에 의해 경화된다. 경화된 바인더 수지는 보강 재료를 캐리어 프리폼에 접합한다. 스티칭으로 불리는 이러한 보강 부재를 부착하는 것을, 외면에서 3차원 형상 내측에, 3차원 형상의 외측에 보강 리브를 제공하거나 및/또는 중공의 3차원 구조를 폐쇄하는 커버를 부가하도록 수회 실행할 수 있다. 최종의 보강 부재를 부착한 후에, 프리폼을 보관하거나 액체 복합 성형 공정의 성형 스테이션으로 이동시킬 수 있다. TWINTEX(등록상표)(미시간의 셀비에 소재하는 Saint-Gobain Vetrotex 제조), 유리 섬유 및 폴리프로필렌 섬유를 포함하는 혼합 재료 및 CURV(등록상표)(독일의 그로나우에 소재하는 Propex Fabrics 제조), 폴리프로필렌/폴리프로필렌 혼합 재료와 같은 혼합된 재료에 의해 프리폼을 제조할 수도 있다. 그러한 재료에서, 매트릭스 수지는 보강 섬유와 혼합된 열가소성 섬유의 형태이다. 적용 시에, 혼합된 재료는 가열되고, 수지는 섬유 주변에서 유동하여 열가소성 복합물을 형성한다. 혼합된 재료가 미리 응고된 경우에, 고점도의 수지는 재료의 임의의 복잡한 형상으로의 순응성을 현저히 감소시킨다. 그 결과, 수지의 가열이 이미 성형된 부분에서 발생하도록 재료를 예비 성형하고 강화하여, 섬유를 크게 이동시킬 필요 없이 응고시키는 것이 유리하다. 이 경우에, 열경화성 수지는 정확한 양의 바인더가 사용되는 경우에 매트릭스 수지의 가열 및 용융 중에 영향을 받지 않고, 일반적으로 프리폼을 소정 형상으로 유지한다.
본 발명에 따른 활성 배스팅 기술에 의해 경질의 3차원 프리폼을 제조하는 제조 공정은 공정 스테이션 또는 스테이지(1-10)를 포함하는 것으로 도 3에 도시되어 있다.
공급 스테이지(1)에서는, 유리 섬유의 연속 스트랜드, 직포 직물 등과 같은 보강 재료의 복수의 롤이 장착되어 압축 스테이지(3)를 향하여 서로에 대해 중첩된 동수의 재료 웹을 분배하며, 상기 압축 스테이지에서 웹이 수용되고, 안내되며, 서로에 대해 공면으로 지향된다.
공급 스테이지(1)와 압축 스테이지(3) 사이에는 바인더 도포 스테이지(2)가 있고, 바인더 도포 스테이지에서 전자기 복사 경화 가능한 바인더 및 혐기성 바인더, 또는 전자기 복사 경화 가능한 성분과 혐기성 성분을 포함한 2단 바인더가 웹의 쌍을 이룬 각 대향면의 적어도 하나의 면에 피복된다. 여기서, 바인더(들)는 중간 웹의 상면 및 하면에 피복될 수 있지만, 상부 웹의 하면과 하부 웹의 상면에 피복될 수도 있고, 모든 대향면에 피복될 수도 있다.
가압 또는 압축 스테이지(3)에서, 웹은 함께 가압되어 바인더를 펼치고, 바인더가 웹의 섬유에 큰 접촉 면적으로 침투하도록 한다.
중첩된 웹을 활성 배스팅 스테이션(4)으로 반송하고, 여기서 웹은 웹의 종방향으로 및/또는 횡방향으로 이격된 위치에서 함께 배스팅 처리된다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 이들 이격된 위치는 또한 배스팅 존(basting zone)으로 고려되며, 이 배스팅 존에서 이들 위치는 3차원이며, 모든 웹에서 연장되고 모든 웹을 접착한다.
그 후, 본질적으로 단일의 요소를 형성하도록 함께 배스팅 처리된 웹은 유사 순수 형상(near net shape) 또는 순수 형상 패턴 절단 스테이션(5)으로 이동하고, 여기서 2차원의 평면 돌출부 또는 원하는 3차원 구조의 평면 전개부를 웹으로부터 절단하여, 이 후에 프리폼의 3차원 형상을 형성한다. 다층 웹으로부터 절단된 형상화된 재료를 재료 픽업 스테이지(6)에 의해 몰드 스테이지(7)로 운반한다. 몰드 스테이지(7)에서, 형상화된 재료는 몰드의 분리 가능한 부분 사이에 위치 결정되고, 그 후 상기 몰드는 형상화된 재료가 3차원 프리폼의 윤곽을 그리도록 폐쇄된다. 몰드 스테이지(7)에서, 그리고 여전히 몰드 중에 있는 동안에, 형상화된 재료 는 혐기성 바인더 수지의 경화를 촉진하는 분위기에 노출되어 있다. 경화 시에, 형상화된 재료는 강성으로 되고, 경질의 3차원 프리폼으로 변형된다. 몰드의 개방 시에, 프리폼을 몰드 스테이지(7)로부터 제거하고, 재료 취급 스테이지(8)에 의해 스티칭 스테이지(9)로 운반할 수 있는데, 즉 프리폼은 보강 부재 등의 부착을 위한 캐리어 프리폼으로 고려된다. 그렇지 않은 경우에, 재료 취급 스테이지(8)는 보관을 위하여 또는 예컨대 수지 트랜스퍼 성형(RTM) 및 반응 사출 성형(SRIM) 공정으로 운반하기 위하여 경질의 3차원 프리폼을 컨베이어(10)에 간단하게 올려놓는다. 프리폼이 캐리어 프리폼의 상태인 것으로 고려되면, 재료 취급 스테이지(8)는 스티칭 스테이지(9)와 관련하여 작동하여 프리폼을 전술한 바와 같은 위치로 조작할 수 있다.
스티칭 스테이지(9)에서, 보강 부재는 104에서 도시된 바와 같이 바인더를 캐리어 프리폼의 특정 위치 및/또는 서브어셈블리에 분무함으로써 캐리어 프리폼에 부착되고, 보강 리브는 소정의 방위로, 그리고 재료 취급 장치(128)에 의한 위치와, 바인더에 적합한 스티칭 공정을 통하여 스티칭 장치(96)에 의해 스티칭되는 위치와 긴밀한 접촉 상태로 이동한다.
복수의 보강 재료를 취급하고 캐리어 프리폼에 스티칭하기 위하여, 필요에 따라 복수의 재료 취급 장치(128)를 구비할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 재료 취급 스테이지는 복수의 로봇(74, 94, 128 및 105)을 구비할 수 있고, 이중 분무 장치(104)를 이동시키는 로봇(105)은 파선으로 도시된 기계적 링크기구에 의해 그 분무 장치에 연결된 것으로 모식적으로 도시 되어 있다. 로봇 및 로봇 장치는 당업계에 공지되어 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 불필요한 것으로 생각된다.
전술한 공정이 연속적이고, 다단 공정 사이클로 설명되며, 이 공정에서 가장 긴 처리 시간을 갖는 처리 스테이지는 제어 스테이지라는 것을 이해할 것이다. 프리폼을 형상화하고 강화하는 것은 단지 수 초만에 이루어지므로, 대부분의 공정에 있어서, 이것은 제어 스테이지가 아닌 것으로 간주된다. 첨가된 보강 부재의 수와 형상화된 재료의 본질적 형상에 의존하여, 이들 스테이지 중 어느 것이 제어 스테이지로 고려될 수 있고, 이 스테이지에 의해 모든 다른 처리 시간 및 그 타이밍이 결정되고 이후의 성형 공정에 적합하게 된다.
도 4를 참조하면, 공급 스테이지(1), 바인더 도포 스테이지(2) 및 압축 스테이지(3)가 보다 상세하게 도시되어 있다. 공급 스테이지(1)는 압축 스테이지(3)의 개시부의 예정된 위치를 향하여 중첩된 관계로 개별 웹으로서 분배되는 복수의 보강 재료의 롤(12, 16)을 포함하는 것으로 도시되어 있고, 압축 스테이지에서 웹은 서로에 대해 공면으로 진행하도록 정렬된다. 이는 한 쌍의 대향 프레스 롤러(30, 32)에 의해 달성된다.
바인더 수지 분무 도포기(2)는 분무 기구(18, 19, 20, 21)를 구비하는 것으로 도시되어 있고, 이들 분무 기구는 저장조(28, 29)로부터 펌프(26, 27)를 매개로 반송되어 상부 웹(12)과 중앙 웹(14) 사이에, 그리고 중앙 웹(14)과 하부 웹(16) 사이에 안개(mist) 또는 구름(22, 23, 24, 25)을 제공한다. 하나의 구조에 따르면, 저장조(28)는 전자기 복사 경화 가능한 바인더를 수용하는 반면에, 저장조(29) 는 혐기성의 경화 가능한 바인더를 수용한다. 다른 구조에 따르면, 저장조(28)는 2 부분의 혐기성 경화 가능한 바인더의 제1 부분(개시제)을 수용하는 반면에, 저장조(29)는 상기 혐기성 경화 가능한 바인더의 제2 부분(활성화제)을 수용한다. 대안으로, 전자기 복사 경화 가능한 바인더와 혐기성 바인더는 (전술한 바와 같이) 2성분 시스템으로서 도포될 수도 있다.
바인더를 분배하는 도포기와 펌프는 바인더가 구체적으로 선택된 이격 위치에 도포될 수 있도록 셋업될 수 있다. 바인더는 쌍을 이룬 각 대향면의 적어도 하나의 대향면을 바인더 수지로 피복한다.
중첩된 웹이 압축 스테이지(3)를 통과함에 따라, 쌍을 이룬 대향 프레스 롤러(30, 32; 34, 36; 38, 40)는, 웹을 소정의 최종 형상으로 형성하고 바인더 수지를 웹 내부로 침투시켜 웹의 섬유와의 접촉 영역을 크게 하기에 이상적인 소정의 압축 수준으로 웹을 함께 가압한다. 압축을 최소로 할 수 있으므로, 섬유의 슬라이딩을 촉진하고 변형 중에 섬유를 소정의 3차원 형상으로 전단하는 것이 용이하게 된다. 이는, 필요한 형상이 보강 재료의 순응성 특징을 넘어설 때에 일반적인 것인 보강 재료의 구겨짐 또는 버클링의 가능성을 최소화한다.
도 5를 참조하면, 공면의 다층 웹 구조가 압축 롤러(38, 40) 사이에서 압축 스테이지(3)를 나가고 배스팅 스테이션(4)으로 들어가는 것으로 도시되어 있다. 배스팅 스테이션(4)은 갠트리(42)를 포함하고, 이 갠트리는 웹 위에 있는 빔(50) 상에서 횡방향으로 구동될 수 있는 부재(48)와, 이 부재(48)에 대해 웹의 이동 방향 및 그 반대 방향으로 이동할 수 있는 부재(52)와, 이 부재(52)의 단부에 캔틸레 버식으로 지지된 부재(56)와, 이 부재(56)를 통하여 웹에 수직으로 구동될 수 있는 부재(54)를 구비하며, 상기 부재(54)는 예컨대 전자기 에너지 소스, 레이저 소스, 제어된 분위기 소스 또는, 보다 일반적으로 바인더를 경화하기에 적절한 에너지 또는 조건을 제공하는 소스일 수 있는 소스(44)를 지지한다.
소스는 주기적으로 작동하거나, 소스의 방출이 주기적으로 열려서 웹의 소정 위치에 있는 이격된 존을 경화한다. 구동 및 종동 부재는 랙 앤드 피니언 구조 또는 선형 모터 타입이 구조를 포함할 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 적절한 메커니즘에 의해 바인더를 경화하는 소스(46, 선택적으로 47)가 도 6에 도시되어 있고, 각 존(58, 60)의 바인더를 경화하여 웹을 함께 접합한다. 동일한 접합 구조가 도 7에 도시되어 있고, 존(58, 60)은 웹 사이의 접속점으로 지시되어 있다. 그러한 존은 스폿 형상 또는 띠 형상일 수 있다. 라미네이트 스케줄 또는 라미네이트 스케줄의 일부의 배스팅 처리는 절단 공정의 일부로서 절단 테이블에서 실시될 수 있고, 가장 일반적으로는 재료를 형상 및 후속 성형 작업에 대하여 최적으로 유지하도록 스폿 경화를 실시할 수 있다.
도 8을 참조하면, 배스팅 처리된 웹은 유사 순수 형상(near net shape) 또는 순수 패턴 절단 스테이지(5)로 이동하고, 여기서 웹은 배스팅 처리된 다층 매트 또는 블랭크(B)로 절단된다. 절단 스테이지(5)는 갠트리(62)를 포함할 수 있고, 이 갠트리는 테이블(64; 도 3 참조)에 의해 지지되는 부재(66) 상에 웹의 종방향 이동을 위하여 장착되는 횡방향 부재(68)를 구비한다. 횡방향 부재(68) 상에서 부재(70)가 횡방향으로 이동할 수 있고, 이 부재는 다층 웹을 소정 형상으로 절단하 는 장치를 구비한다. 따라서 갠트리(62)와 장치(70)는 X-Y 패턴 커터를 구성하고, 이 커터는 커터(72)에 의해 매트 또는 블랭크(B)를 소정 형상으로 절단하는 데에 효과적이며, 상기 커터는 예컨대 나이프 또는 레이저 빔으로 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 배스팅 헤드가 갠트리(62) 상에 장착되어, 웹을 함께 배스팅 처리하도록 주기적으로 동작될 수 있다. 지시한 바와 같이, 도 3의 요소(48-56)과 도 6의 요소(64-70)를 위한 구동 구조는 전지 모터일 수 있고, 이 전기 모터는 랙 앤드 피니언 출력 구조 또는 X, Y, Z 방향 이동 또는 각각 X-Y 이동을 제공하기에 적합한 임의의 다른 장치를 갖는다.
절단된 블랭크(B)는 재료 취급 스테이지(6)의 재료 픽업 장치(74)에 의해 절단 스테이지(5)로부터 제거되어, 몰드 스테이지(7)에 위치된다. 이는 도 9에 상세하게 도시되어 있으며, 여기서 절단된 블랭크(B)는 수형 몰드 플러그(90)를 구비하는 하부 성형 몰드(86)의 위에 위치하고, 이 하부 성형 몰드는, 수형 몰드 플러그(90)의 형성에 대략 합치하는 암형 몰드 캐비티(88)를 구비하는 상부 성형 몰드(82)의 아래에 정합 가능하게 있다. 대안으로, 수형 몰드 플러그는 상부 성형 몰드의 일부일 수 있고, 암형 몰드 캐비티는 하부 성형 몰드의 일부일 수 있다. 도시된 바와 같이, 다른 블랭크(B)는 절단 스테이션(5)에서 절단되고, 로봇(74)은 다음 블랭크(B)를 취급하도록 복귀한다.
그 후, 몰드는 크로스 바(80)와 상부 몰드(82)를 하강시키도록 램(84)을 작동시킴으로써 폐쇄되어 상부 및 하부 성형 몰드를 부분을 정합시켜서, 도 10에 도시된 바와 같이, 블랭크(B)는 이제 경질 3차원 프리폼의 소정 형상에 합치하는 3차 원 형상 요소(S)의 특징을 갖는 것으로 여겨진다.
몰드가 폐쇄되어 있는 중에, 도 11에 구체적으로 도시되어 있는 바와 같이, 성형 요소(S)는, 예컨대 튜브(83)와 펌프(84)를 매개로 진공을 인가함으로써 및/또는 선택적으로 가스 탱크(85)로부터 조정기(87)와 튜브(89)를 매개로 불활성 가스를 부가함으로써 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기에 노출된다. 경화 후에, 성형된 요소는 경질의 3차원 프리폼으로 되며, 이 프리폼은 몰드 스테이지(7)로부터 이동되고 컨베이어(10) 상에 배치되어, 이 프리폼을 보관을 위하여 또는 전술한 바와 같은 추가의 성형 공정에 사용하도록 운반할 수 있다.
도 3 및 도 12를 참조하면, 프리폼(P)을 제거하기 위하여, 램(84)은 크로스 바(80)와 상부 몰드(82)를 상승시키도록 동작하여 몰드(82)를 몰드(86)로부터 분리한다. 그 후, 로봇(94)은 도 12에 도시된 바와 같이 프리폼(P)을 픽업하여 그 프리폼(P)을 컨베이어(10) 또는 활성 스티칭 스테이션(9)으로 이동시킬 수 있다.
프리폼(P)이 이제 캐리어 프리폼의 상태를 갖는 것으로 가정하면, 프리폼(P)을 활성 스티칭 스테이션(9)으로 이동시킨다(도 3 참조). 이 스테이션에서, 재료 취급 스테이지(8)의 로봇(94)은 프리폼(P)을 도 13에 도시된 위치로 배치할 수 있다. 이 위치에 있는 중에, 로봇(105)이 바인더 도포기(104)를 조작하여 바인더를 소정 위치의 영역(102)에 도포하도록 하며, 상기 소정 위치에서 외부 보강 리브(ER)가 보강 리브의 정합면에 부착된다. 그 후, 로봇(128, 도 3 참조) 또는 다른 적절한 조작기가 부재(ER)를 프리폼(P)의 횡방향 위치로 프리폼과 긴밀한 접촉 상태로 정향시킨다. 그 후, 로봇(96)이 도 13에 도시된 적절한 스티칭 장치를 소 정 위치에 위치시키며, 이 스티칭 장치(98)는 적절한 경화 방법, 예컨대 자외선 빔을 인가하여 소정 영역(106) 또는 바람직하게는 리브(ER)를 따른 그러한 복수의 영역으로 지향시켜, 바인더를 그곳에서 경화하여 리브(ER)를 프리폼(P)에 스티칭한다.
그 후, 로봇(94)은 프리폼(P)을 180ㅀ 회전시키고, 내부의 보강 리브(IR)에 대하여 동일한 단계를 실행하여 보강 리브를 캐리어 프리폼(P)에 스티칭할 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 이는 외부 리브(ER)와 관련하여 도 13에 도시된 작업과 거의 동일한 작업이다. 어떤 경우에든, 로봇 갠트리(96)는 리브의 길이를 따라 스캔하고 복수의 위치(106)에서 각각의 리브를 캐리어 프리폼에 스티칭하도록 이동할 수 있다.
내부 리브(IR)를 적용하는 대신에, 또는 그에 추가로, 로봇(105)은 바인더 도포기(104)를 조작하여 캐리어 프리폼(P)의 내면 및/또는 내부 리브(IR)의 정합면을 따라 긴 영역을 도포할 수 있게 한다. 이 경우에, 도 15에 도시된 바와 같이, 로봇(128) 또는 유사한 조작기가 적절한 형상의 긴 내부 보강 부재(LIR)를 픽업하여 분무 영역에서 프리폼(P)과 긴밀한 접촉 상태로 이동시키며, 예컨대 자외선 빔(100)이 그 영역 또는 그것의 복수의 영역(106)을 스캔하여 부재(LIR)를 캐리어 프리폼(P)의 내부에 스티칭한다.
후속 성형 공정 중에 수지를 채우는 것을 차단하기 위하여 내부에 임의의 코어 재료를 포함하는 프리폼 또는 캐리어 프리폼(P)의 중공 구조를 폐쇄하는 것이 유리한 경우가 있고, 대안으로 발사(balsa), 발포재 또는 허니컴과 같은 코어 재료 를 2층 이상의 보강 재료 사이에 구비함으로써 샌드위치 구조를 미리 형성하여, 강한 경량의 복합 부분을 산출할 수 있다. 샌드위치 구조는 복합물 제조 업계에 널리 알려져 있는 것이다. 이 경우에, 도 3 및 도 16에 도시된 바와 같이, 로봇(128) 또는 유사한 조작기는 커버(C)를 픽업하여 프리폼(P)과 합치되게 위치시킨다. 그 후, 프리폼(P) 및/또는 커버(C)의 여유 에지 또는 플랜지를 바인더로 분무한 후에, 로봇(94)과 가능하게는 추가의 로봇이 어셈블리의 에지의 일부를 파지하여 상부 섹션(124)과 하부 섹션(126)이 있는 슬롯형 도파관(122) 내로 배치할 수 있다. 이제 캐리어 프리폼은 폐쇄되게 스티칭되어, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같은 타입의 하나 이상의 내부 보강 리브 및/또는 코어 재료를 포함할 수 있다. 또한, 캐리어 프리폼은 도 13에 도시된 바와 같은 타입의 하나 이상의 외부 리브(ER)를 포함할 수도 있고, 이 외부 리브를 포함하도록 조작 및 스티칭될 수도 있다.
도 17은 유사한 커버 스티칭 절차를 도시하고 있으며, 여기서 바인더 분무기(104)는 프리폼(P) 및/또는 커버(C)의 여유 에지 또는 플랜지를 따라 바인더 수지를 분무하도록 조작되고, 커버(C)는 적절한 위치로 조작되고, 2개의 요소가 스티칭 헤드(98)에 의해 함께 스티칭되며, 이 스티칭 헤드는 어셈블리의 전체 외주 주변을 스티칭하도록 갠트리(96)에 의해 위치 결정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 배스팅 및 스티칭 절차(모두 부착 절차에 포함)는 적절한 기구, 예컨대 전자기 에너지 소스, 레이저 소스, 제어된 분위기 소스, 또는 보다 일반적으로는 바인더를 경화하기에 적절한 에너지 또는 조건을 제공하는 소스에 의 해 실시될 수 있다.
요약하면, 본 발명의 상기 실시예는 바인더 수지로 피복된 탄소 섬유 웹과 같은 보강 재료를 이용하여 경질의 3차원 프리폼을 제조하는 제조 방법을 제공한다. 웹은 각각의 보강 재료의 롤로부터 인출되고, 이들 웹은 서로에 대하여 평행하게 주행하도록 안내되는 공통의 위치를 향하여 이동하도록 중첩 상태로 지향된다. 평행으로 되기 전에, 중첩된 웹은 쌍을 이룬 각 대향면의 적어도 한 면에 도포되는 혐기성의 경화 가능한 재료의 바인더 수지를 포함하고, 평행으로 된 후에, 중첩된 웹은 바인더 수지를 분산시키고 보강 재료의 섬유와 그 웹의 접촉 영역을 증가시키도록 함께 가압된다. 대안으로, 혐기성 성분과 제2 및/또는 제3 성분을 함유하는 2단 바인더를 도포할 수 있다. 혐기성 바인더 성분은 그 성분의 경화를 촉진하는 분위기의 인가 시에 경화되고, 다른 성분은 적절한 에너지의 인가에 반응하여 경화된다. 함께 가압된 후에, 웹은 또한 배스팅 스테이션으로 이동할 수 있다.
다음으로, 배스팅 처리된 웹은 원하는 경질의 3차원 프리폼의 3차원 형상의 2차원 평면 전개부에 각각 대응하는 형상으로 절단된다. 그 후, 절단된 재료는 프리폼 몰드로 반송되고, 여기서 재료는 상보적인 형상의 상부 몰드와 하부 몰드 사이에서 3차원 형상의 프리폼으로 형성된다. 몰드는 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기의 인가에 적합하도록 구성되고, 혐기성 바인더를 경화시키고 절단된 재료를 강성으로 되게 하도록 그 분위기와 함께 동작할 수 있으며, 그 결과 소정의 3차원 프리폼을 얻을 수 있다. 이 때에, 프리폼은 추가의 성형 공정에서 사용될 수도 있고, 캐리어 프리폼으로서 간주될 수도 있는데, 이 캐리어 프리폼에는, 바인더를 선택된 위치(들)에 도포하고, 서브어셈블리를 프리폼 및/또는 서브어셈블리 상의 상기 선택된 위치에서 프리폼과 긴밀한 접촉 상태로 이동시키고, 바인더를 경화하고 보강 부재를 부착하는 선택된 방법을 적용함으로써 서브어셈블리가 스티칭된다. 이들 마지막 단계는 코어를 내부에 유지하도록 중공 형상의 프리폼을 폐쇄하는 커버 부재를 포함하는 복수의 서브어셈블리를 부착하기 위하여 복수회 반복될 수 있다. 모든 보강 부재 및/또는 장착 부재가 부착된 후에, 결과적인 프리폼은 추가의 성형 공정으로 운반될 수 있다.
추가의 실시예에서, 본 발명은 미국 특허 제5,217,654호 및 제5,382,148호에 개시된 바와 같은 매트를 제조하기 위한 2단 경화 방법에도 적용될 수 있고, 섬유 매트는 액체 복합 RTM 또는 SRIM 성형 공정을 위하여 예비 성형할 때에 후속 사용되도록 제조된다. 본 발명에 따르면, 전자기 복사 경화 가능한 바인더 및 혐기성 바인더, 또는 열 경화성 바인더 및 혐기성 바인더, 또는 전자기 복사 경화 가능한 성분과 혐기성 성분을 포함하는 2단 바인더, 또는 열 경화성 성분 및 혐기성 성분을 포함하는 2단 바인더가 매트에 도포된다. 제1 스테이지에서, 전자기 복사 또는 열 경화 바인더의 경화를 위한 열의 인가에 의해 부분 경화가 제공되어, 반고체의 예상 가능하고 유한한 점도 증가를 유도하여, 섬유는 후속 취급을 위하여 충분하게 접합되지만, 경화를 완료하기에는 충분하지 않으며, 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위를 사용함으로써 달성되는 최종 경화를 위한 제2 스테이지의 준비 상태로 나간다. 제2 경화 스테이지 이전에, 매트는 소정 프리폼의 3차원 형상으로 형성된 다. 그 후, 제2 경화 스테이지는 여전히 몰드 내에 있는 상태로 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기에서 실시되어, 경질이 3차원 프리폼 구조를 얻을 수 있다.
통상의 바인더 대 섬유 재료 비율은 섬유 재료의 1 중량% 내지 12 중량% 정도이고, 바인더 비율이 2 중량% 내지 8 중량%의 범위로 있는 것이 바람직하다. 2단 바인더는, 각 성분의 반응을 개시하는 데에 상이한 메커니즘을 이용하고 상이한 개시 방법에 의해 독립적으로 기능하는 2개의 별도의 반응 성분을 포함하고 있다는 점에서 특징이 있다.
제1 스테이지의 구성 요소는, 예컨대 마이크로파 에너지 또는 열원에 의해 발생된 열에 반응하는 유형의 열 자유 라디칼 발생기를 포함하며, 상기 열원은 Benzyl Peroxide, Tertiary Butyl Peroctoate, Tertiary Butyl Perbenzoate 및 Lupersol 256과 같은 적외선 또는 고온 공기 대류, Ingacure 651, Ingacure 184 또는 Ingacure 907과 같은 가시광선, Ingacure 261, Cyracure UVE 6990 및 Cyracure UVE 6974와 같은 자외선을 포함한다. Ingacure 제품은 노스캐롤라이나의 그린보로우에 소재하는 Ciga Geigy Corp에서 생산하는 것이고, Cyracure 제품은 뉴저지의 웨인에 소재하는 American Cyanamid Corporation에서 생산하는 것이다. 바인더 수지의 타입과 함께 제1 스테이지 개시제의 양 및 유형을 선택하는 것은 적절한 에너지에 노출된 후의 제1 단의 점도를 결정한다.
따라서, 부분 경화를 제공하도록 반응하는 제1 스테이지가 적절한 에너지에 대해 반응성이 있고, 바인더의 나머지는 프리폼을 제조하는 데에 동일한 것이 사용되는 시간까지 미경화 상태로 있고, 혐기성으로 경화될 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있다.
제1 스테이지의 광 개시제 대 바인더 수지의 비율과 적절한 에너지에 대한 노출은 결과적인 부분 중합 바인더의 점도를 결정한다. 제1 스테이지 반응의 완료 시의 점도는, 이러한 방식으로 단계를 진행할 때, 바인더가 후속 처리 중에 바람직하게는 고착 없이 취급하도록 유리 섬유를 함께 유지하는 수준까지 점도가 상승하도록 되어야 한다. 바인더는 가소성이 있고 변형 가능하지만, 프리폼의 3차원 형상을 유지하기에 충분할 정도로 강성은 없다. 달리 말하면, 예비 성형 및 후속 제2 스테이지의 경화를 위해 휘기 쉽다. 예비 성형 중에, 유리 섬유의 틈은 분명하게 이 때에 채워지지 않고, 추후의 최종 성형 공정 중에 채워진다.
바인더의 제2 스테이지 성분은 일반적으로 하나 이상의 수지, 하나 이상의 단량체, 하나 이상의 하이드로퍼옥사이드, 하나 이상의 개시제 및 하나 이상의 반응 억제제를 포함한다. 예시적인 제2 스테이지 바인더 성분은 에폭시메타아크릴레이트와 같은 수지 15 중량% 내지 55 중량%와, 메타아크릴레이트 단량체, 폴리하이드릭 알콜 및 에스테르 알콜과 같은 단량체 45 중량% 내지 85 중량%를 포함한다. 단량체의 0% 내지 30%는 성능 및 능력 요건에 따라 다음 중 하나 이상의 조합으로 이루어진다. 알킬 하이드록실(단일, 이중 및 삼중 기능기), 베타 카르복실 에틸 아크릴레이트, 메타아크릴산, 아크릴산(이량체, 삼량체 및 유사 다량체), 하이드록시 에틸 메타아크릴레이트, 하이드록시 프로필 메타아크릴레이트, 하이드록시 에틸 아크릴레이트, 하이드록시 프로필 아크릴레이트 및 하이드록시 부틸 아크릴레이트. 히드록실 기능기는 잔여 기능기(residual functionality)에 에폭시, 비닐 에스테르 및 우레탄과의 적합성을 제공하는 한편, 산 그룹은 잔여 기능기에 에폭시, 폴리에스테르 및 페놀을 제공한다.
하이드록시퍼옥사이드는 조성물의 전체 중량의 0 내지 5%를 구성할 수 있다. 촉진제는 조성물의 0 내지 4 중량%를 구성할 수 있고, 반응 억제제는 조성물의 0 내지 0.1 중량%를 구성할 수 있다.
제2 스테이지 바인더 성분은 단일 성분 또는 2 성분 시스템일 수 있다. 2성분 시스템에 있어서, 하이드로퍼옥사이드 및 반응 억제제는 촉진제로부터 분리되어 있다. 또한, 제2 스테이지 바인더는 하이드로퍼옥사이드를 제외한 모든 성분을 포함하도록 조성이 선택될 수 있고, 이는 소정의 가변 레벨로 퍼옥사이드를 첨가하는 혼합 시스템에 의해 부가된다.
예시적인 2성분 시스템은 "파트 원" 혼합물과 "파트 투" 혼합물을 1:1의 중량 조합으로 포함하며, 여기서 하이드로퍼옥사이드, 촉진제, 반응 억제제의 상대량은 이하의 표 1에 개시된 바와 같이 변경된다.
예# 파트 원의 조성 파트 투의 조성
1 8 중량%에 이르는 수지, 단량체, 촉진제 10 중량%에 이르는 수지, 단량체, 하이드로퍼옥사이드, 0.2 중량%에 이르는 반응 억제제
2 4 중량%에 이르는 수지, 단량체, 촉진제 0.1 중량%의 반응 억제제 수지의 도포 중에 혼합된, 파트 원의 중량의 5 중량%의 하이드로퍼옥사이드
HOLDTITE(등록상표)(영국의 Gatehead)를 개질한 조성, 예컨대 HOLDTITE(등록상표) Resin Series 200/T90과 HOLDTITE(등록상표) Activator A649NF를 또한 사용할 수 있고, 활성제를 수반하는 반응성 단량체로서 HPMA를 사용하며, 1:1 펌핑 시스템을 사용할 수 있다.
제2 스테이지 바인더 성분이 제1 스테이지의 부분 중합 중에 미반응 상태로 남아 있기 때문에, 제2 스테이지의 경화는 제1 스테이지 중에 생성된 매트 제품이 3차원 형상으로 형성된 후에 일어날 수 있고, 이는 최종 성형 작업을 위한 최종 제품을 모사하기 위하여 필요에 따라 결정된 형상이다. 제2 스테이지 경화는, 예컨대 바인더를 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기에 노출시킴으로써 실행된다.
본 발명의 방법은 PPG No. 2002, OCF 366, 107B 또는 30, 또는 Certainteed 625 또는 670과 같은 단일 단부 로빙을 사용할 수 있게 한다. 이는 바인더 수지 형성에 따라 선택되는 다양한 산출물(yield)을 제공한다.
2단 바인더는 또한, 전술한 COMPFROM(등록상표) 공정에서와 같이 프리폼을 자외선 경화 바인더를 이용하여 예비 성형할 때에 2개의 상이한 바인더를 별도로 도포해야 하는 필요성을 제거한다. 현재의 기술에서는, 매트형 제품을 형성할 때에 이 제품에 도포되는 통상의 바인더를 매트형 제품과 함께 구매하는 것을 나타내고 있다. 통상의 바인더는 예비 성형 중에 열에 의한 변질을 필요로 하거나, 바인더의 탄력이 예비 성형 중에 극복되어야 한다. 본 발명에 따른 새로운 2단 바인더(two-stage binder)는, 완전히 상이한 수단에 의해 작동하는 2개의 특유의 상이한 개시제 시스템과 함께 단일 바인더 수지를 이용함으로써 상기 문제점을 극복한다. 매트 또는 예비 성형 가능한 매트의 제조에 사용할 때에, 제1 스테이지는 보강물 제조업자, 즉 유리 섬유 제조업자가 제공하는 제1 바인더이고, 제2 스테이지는 예비 성형에 사용하도록 프리폼 제조업자가 제공하는 제2 바인더이다.
제1 스테이지의 광 개시제가 바인더와 부분적으로 반응하기 때문에, 제2 스테이지의 경화는 최종의 경화를 달성하기 위하여 가교 결합을 필요로 하지 않는다. 이는 제1 스테이지 경화가 없었던 경우의 경화에 비하여 제2 스테이지 경화의 속도를 증가시킨다. 제1 스테이지의 경화에서 발생한 자유 라디칼은, 경화를 진행시키기 위하여 추가의 자유 라디칼이 발생하지 않을 때까지 가교 결합을 제한한다.
바인더가 액체이므로, 바인더는 물에 수반되어 분무될 필요는 없다. 보강 섬유 내의 잔여 수분은 일부 매트릭스 수지에 대하여 오랫동안 물리적, 전기적 특성을 감소시키는 원인으로서 지목되었다. 시스템에 물이 없기 때문에, 건조 공정이 필요 없고, 따라서 상기 문제를 극복할 수 있다. 적절한 에너지에 의한 경화 및 혐기성 경화는 필요한 강성도 및 우수한 재료 취급 특성을 제공한다.
단순화를 위하여, 이하의 설명은 주로 부직포 매트에 관한 것인데, 그 이유는 임의의 공정 이점이 바인더를 사용하는 임의의 직포 매트에도 또한 적용될 수 있기 때문이다. 섬유 매트는 2개의 일반적 카테고리, 즉 초핑된 스트랜드 매트로 불리는 불연속 섬유와, 연속된 스트랜드 매트로 불리는 연속 섬유로 분류된다. 본 발명은 상기 두 유형의 매트 또는 이들의 조합에 적용된다. 이들 타입의 매트 각각에 대하여 다양한 스타일이 있을 수 있다.
본 발명의 공정에 있어서, 섬유 매트는 제조업자에 의해 제조되는데, 즉 미국 특허 제4,054,713호(본 명세서에 참고로 인용됨)에 개시된 바와 같이, 이동 웹에 적층되는 섬유의 층으로서 제조되며, 본 발명에 따르면 2단 바인더를 사용한다. 매트는 연속 웹 또는 벨트 상에 준비되고, 층의 형성 완료 시에, 바인더가 통상적으로 분무에 의해 도포되고, 캘린더링에 의해 도포될 수도 있다. 바인더는 일반적으로 섬유의 1-12 중량%의 범위로, 바람직하게는 2.0-8.0 중량%의 범위로 도포된다. 2단 바인더의 도포 후에, 본원 출원인의 미국 특허 제5,169,571호(본 명세서에 참고로 인용됨)에서와 같이 생산 라인의 압축 및 경화 섹션으로의 운반 거리만큼의, 섬유의 일부 습윤을 허용하기 위한 체류 시간을 확보할 수 있다.
매트는 또한 베일(veil)로 제조될 수도 있고, 여기서 베일은, 예컨대 내식성 및 외관과 같은 특성을 개선하기 위하여 수지 농후 표면을 형성하는 것을 목적으로 하는 섬유 매트이다. 본 발명의 일부 실시예에서, 베일은 상기 목적을 위하여 특별하게 제조되는 로빙(roving)을 이용하여 적층된다. 베일은 베일을 필요로 하는 프리폼의 측면에 따라 매트의 일측 또는 양측에 배치될 수 있다.
본 발명의 목적은 보강 재료와 함께 사용하기 위한 신규한 바인더를 제공하는 것이다. 이들 신규한 바인더는 당업계에 널리 알려져 있는 프리폼의 제조에 사용되는 매트형 제품을 제조하는 데에 사용되고, 범퍼 빔, 스킨 등과 같은 함침된 최종 물품을 제조하는 데에 사용된다. 프리폼이, 합치되는 3차원 형상의 최종 RIM, RTM, SRIM 성형품 또는 유사한 성형품을 제조하기 위한 기부, 그리고 백본(backbone)으로서 사용되는 3차원 물품이라는 것을 이해해야 한다.
원하는 밀도/두께 비율을 얻기 위하여 층을 압축하는 것이 일반적으로 유리하다. 본 발명에 있어서는, 미국 특허 제5,169,571호(본 명세서에 참고로 인용됨)에 개시된 바와 같이, 층이 스테이지에서 압축되고, 경화 스테이지 중에 압축 상태로 유지된다. 상기 특허에 개시된 바와 같이, 롤러 또는 연속 벨트, 또는 이들의 조합을 사용한 압축에 의하여 원하는 밀도/두께 비율을 얻기 위하여 다양한 기법을 이용할 수 있다.
제1 경화 에너지로서 가시광선을 이용할 때에, 광선은 여러 다양한 방법으로, 즉 웹 또는 연속 벨트를 통하여; 벨트 또는 웹 위의 롤러 사이에서 롤러를 통하여; 롤러 사이의 개구를 통하여 인가될 수 있다. 광원이 롤러 내에 수용되어 있고 광이 롤러를 통하여 전달되는 때에, 롤러는 광 투과를 허용하는 다공질 금속 스크린으로 제조될 수도 있고, 광 투과성 유리나 석영 또는 광 투과성 아크릴과 같은 광 투과성 재료로 제조될 수도 있다. 벨트 또는 웹은 광 투과를 허용하는 다공질의 가요성 금속 스크린으로 제조될 수도 있고, 광 투과성 폴리에틸렌, 광 투과성 아크릴 또는 광 투과성 폴리비닐클로라이드와 같은 광 투과성 폴리머 벨트 또는 웹으로서 제조될 수도 있다. 투과성은 조작하는 스펙트럼의 부분에 대한 것이다. 상기 미국 특허 제5,169,571호에 개시된 바와 같이, 필요에 따라 롤러 또는 벨트의 표면으로부터 미경화 바인더를 방지하도록 작용할 수도 있는 광 투과성 막을 웹으로서 채용할 수 있다. 이는 잠재적-연마 유리 부재가 운반 시스템의 표면을 마모시키는 것을 방지할 수도 있다. 필요에 따라, 광 투과성 막은 롤에 있어서 층 분리기로서의 제품으로 대체될 수 있다. 그 후, 전술한 특허에 개시한 바와 같이, 필요에 따라 제2 스테이지 경화 전에 후속 절단 또는 성형 단계에서 상기 막을 진공 시일로서 추가로 사용할 수 있다. 막은 혐기성 경화를 허용하기 위하여 가스 투과성일 수도 있다.
공정은 상이한 형태의 에너지를 활용하는 용례에도 적용될 수 있다. 따라서, 이하에서는 적절한 에너지 시스템을 사용하는 것에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.
도 18을 참조하면, 매트 형성 시스템(10)은 일반적으로 한 쌍의 단부 롤러(14, 16)에 의해 구획된 경로를 따라 진행하도록 지지되어 있는 컨베이어 벨트(12)를 따라 이격된 복수의 스테이지를 구비하는 것으로 도시되어 있다. 시스템은 섬유 준비 및 도포 스테이지(18), 바인더 도포기(20), 압축 및 경화 스테이지(22)를 포함한다. 롤러(16)에 인접한 컨베이어 벨트(12)의 말단에서, 성형된 매트를 취하여 테이크-업 롤 또는 권취 롤(52)에 권취한다.
도포기 스테이지(18)에서, 보강 섬유, 예컨대 연속 스트랜드 또는 초핑된 섬유는 상기 미국 특허 제4,054,713호(본 명세서에 참고로 인용됨)에 개시된 바와 같은 공지의 방식으로 준비된다. 보강 섬유는 연속 스트랜드 및 초핑된 섬유의 가변 혼합물일 수도 있다. 섬유는 장치(24)에서 준비되고, 화살표 26으로 지시된 바와 같이 섬유의 층(26')으로서 컨베이어 벨트(12)의 상면 상에 적층된다. 그 후, 섬유의 층(26')은 바인더 도포기 스테이션(20)에서 수용되고, 이 스테이션에서 바인더(여기서는 2단 바인더)는 공급부(28)로부터 인출되고, 도포기(30)에 의해 성형된 층(26')의 상면에 도포되어, 유리 섬유 또는 다른 보강 재료에 대하여 1.0-12.0 중량%, 바람직하게는 2.0-8.0 중량%의 바인더를 갖는 바인더 피복 층(26VL)을 컨베이어 벨트(12)의 상면에 형성한다.
그 후, 바인더 피복 층(26VL)은 압축 및 경화 스테이지(22)로 통과하고, 여기서 컨베이터 벨트(12), 구체적으로 그 벨트에 수반된 층(26VL)이 이격된 압축 롤러(34, 36, 38, 40)의 쌍 사이에서 압축되며, 상기 롤러에서 층(26VL)은 스테이지에서 롤러에 의해 소정 밀도/두께 비율로 압축되고, 바인더의 제1 성분은 이격된 에너지 소스(42, 44)에 의해 스테이지에서 경화되고, 상기 에너지 소스는 상기 성분을 경화하는 적절한 에너지, 예컨대 가스 광선의 소스, 자외선, 적외선, 마이크로파 에너지, 레이저 광선, 전자 빔 또는 고온 공기와 같은 열원을 제공한다. 이들 소스는 층(26VL)의 횡방향으로 연장할 수 있고, 46, 48로 지시된 바와 같이 에너지를 복사한다.
압축 및 경화 후에, 완성된 섬유 매트(50uv)를 컨베이어 벨트(12)로부터 취하여, 권취 롤러(52)에 권취할 수 있다. 대안으로, 매트는 절단 장치에 또는 예비 성형 장비에 직접적으로 반송될 수 있다. 롤링된 경우, 그 후 매트는 요구에 따라 절단 장치로 반송되거나, 예비 성형 장비로 직접적으로 반송될 수 있다.
대안으로, 몰드부는 벨트 시스템에 장착될 수 있고, 섬유 매트는 몰드부에 직접 형성될 수 있다. 이는 섬유와 바인더를 몰드부에 직접 도포함으로써 달성되고, 후속하여 바인더가 하나 또는 2개의 스테이지에서 경화될 수 있다. 필요한 때에, 그리고 프리폼 요건이 허용하는 때에, 바인더는 적용 가능한 에너지를 갖는 적절한 에너지를 인가함으로써 섬유의 적층 중에 일 단계로 경화될 수 있다. 이는 응고 단계를 허용하지 않고, 일부 용례는 프리폼을 응고할 필요가 없다. 이는 또한 고점도의 바인더를 이용하여 겔코트(gelcoat)를 구비하거나 구비하지 않고, 또는 표피 재료를 구비하거나 구비하지 않고 지향성 섬유를 성형 툴에 직접 분무할 수 있게 하며, 바인더의 점도 및 고착 성질은 먼저 보강물을 진공 없이 적소에 유지하도록 작용하고, 다음으로 경화를 위한 광 에너지에 노출됨으로 인하여 경화되는 바인더로 보강물을 고정하도록 작용한다.
도 23을 참조하면, 제1 안정화 시스템에 의한 섬유 및 바인더의 도포는 일반적으로 110으로 도시되어 있고, 한 쌍의 단부 롤러(114, 116)에 의해 구획된 경로를 따라 진행하도록 지지되어 있는 컨베이어 벨트(112)를 따라 이격된 복수의 스테이지를 구비하는 것으로 도시되어 있다. 시스템은 섬유 도포 장치(118), 바인더 도포기(130)를 포함한다. 롤러(116)에 인접한 컨베이어 벨트(112)의 말단에서, 형성물이 로봇(158)에 의해 상승하여 응고 스테이션(210)으로 이동한다.
도포 스테이지(118)에서, 보강 섬유는 화살표 126으로 지시된 바와 같이 장치(124)에 의해 몰드부(205)의 표면에 적층된다. 바인더 조성물, 여기서는 2단 바인더 조성물이 공급부로부터 인출되고, 도포기(130)에 의해 바인더(32)로서 섬유와 함께 도포되어, 몰드부(205)의 표면에 바인더 피복 층을 형성한다. 선택적으로, 바인더와 섬유는 조합된 바인더 및 섬유 도포기 장치에 의해 함께 도포될 수 있다. 바인더의 제1 스테이지 성분은 에너지 소스(207, 209)에 의해 인가된 적절한 유형의 에너지에 의해 경화된다. 변형예에 따르면, 베일을 필요로 하는 프리폼의 측면에 따라, 보강 섬유의 일측 또는 양측에 베일이 부가될 수 있다.
대안으로, 섬유와 바인더 피복 몰드부(205)는 제1 안정화 시스템을 통과하고, 이 시스템에서 적절한 에너지 소스(142, 144)가 컨베이어 벨트의 횡방향으로 연장되고, 146, 148로 지시된 바와 같이 복사선을 방사한다.
경화 후에, 몰드부에서 부분 경화된 프리폼(156)은 컨베이어 벨트(112)로부터 로봇(158)에 의해 파지되어, 응고 스테이션(210)으로 반송된다. 응고 스테이션은 응고 스테이지를 포함하고, 여기서 바인더의 혐기성 성분이 경화된다. 도 23에서와 같이, 카운터 몰드를 구비하는 성형 프레스(164)의 형태에 있어서, 부분 경화된 프리폼(156)은 셔틀(162)을 따라 성형 프레스(164)로 이동하고, 여기서 프레스의 두 절반부는 함께 가압되어 원하는 형상의 프리폼을 모사하고, 제어된 분위기 소스(186)로부터 혐기성 바인더 성분의 경화를 촉진하는 분위기가 인가된다. 대안으로, 응고 스테이지는 막 또는 툴 표면에 배치되는 가요성 도구일 수 있고, 진공원이 적용된다. 인가된 진공은, 수동 적용에 따라 바인더의 혐기성 성분을 완전히 경화시키는 방식으로 또는 바인더의 혐기성 성분을 완전히 경화시키지 않는 방식으로 선택적으로 인가될 수 있다. 필요에 따라, 전술한 바와 같은 활성 스티칭 기법에 따라 프리폼에 보강물을 부착할 수 있다.
본 발명의 변형예에 따르면, 제1 스테이지 안정화 시스템을 제거할 수 있고, 툴을 응고 스테이션으로 직접 이동시킬 수 있다.
도 19를 참조하면, 전체 성형 공정은 일반적으로 흐름도 형태로 설명되어 있고, 여기서 도 18의 바인더 도포기(20)에 2단 바인더가 제공되며, 도 18에 따라 매트가 형성되고, 프리폼이 형성된다. 그 후, 프리폼은 RIM, RTM, SRIM 공정 또는 프리폼을 사용하거나 필요로 하는 다른 공정에 따라 몰드 내로 배치되고, 매트릭스 수지와 같은 변형 가능한 플라스틱 재료가 주입법, 진공법 또는 다른 방법에 의해 몰드 내로 도입되어, 매트릭스 수지가 프리폼의 틈 내로 흐르게 하여 그 틈을 메운다. 그 후, 매트릭스 수지가 몰드에서 경화된 후에, 공지의 방법에 따라 제품이 제거된다. 대안으로, 전체 성형 공정에 있어서, 도 19의 흐름도에서 설명한 바와 같이, 단일 스테이지 또는 2단 스테이지가 바인더 도포기에 제공되고, 재료는 도 23에 도시된 바와 같은 툴에 직접적으로 적용되고, 전술한 바와 같이 2단 바인더의 사용을 포함한 응고 공정을 이용하거나 1단 바인더를 직접적으로 이용하는 공정에 의해 프리폼을 형성한다. 그 후, 프리폼을 전술한 바와 같이 사용할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 본 발명의 목적은 혐기성 바인더에 의해 구조 프리폼을 제조하기 위한 개선된 지향성 섬유 제조 공정을 제공하는 것이다. 이러한 목적은, 미국 특허 제5,192,387호(본원 명세서에 참고로 인용됨)에 개시된 바와 같이 플리넘 내에 배치된 때에 관통 유동 공기를 보조하도록 다공성이 있는 몰드를 제공함으로써 얻어진다. 보강 재료는 스풀 상의 로빙 공급부로부터 인출되고, 선택적으로 초핑되고, 통상 분무 또는 안내에 의해 다공질 몰드부를 향하여 보내진다. 다공질 몰드부로 이동하는 중에 및/또는 몰드부의 소정 목적지에 도달한 후에, 바인더로 섬유를 적어도 부분적으로 피복하도록 섬유에는 혐기성의 경화 가능한 바인더가 부가된다. 바인더는, 선택적으로 상기 섬유 사이의 틈을 메우지 않으면서 섬유를 피복하기에 충분한 수준으로 도포된다. 바인더를 섬유에 도포하는 중에, 다공질 몰드부는 섬유를 소정의 두께로 완전히 덮도록 회전될 수 있다. 커버를 균일하게 개선하기 위하여, 섬유와 바인더는 로봇팔의 말단으로부터 지향될 수 있고, 이 로봇팔은 다공질 몰드부를 스캔하도록 프로그램에 따라 작동하여 내측 코너를 포함한 전체 영역을 덮는 것을 보장한다.
섬유와 바인더가 다공질 몰드부에 적용된 후에, 응고할 필요가 있는 경우에, 몰드는 상보적인 형상의 제2 몰드부를 프리폼에 대하여 가압함으로써 적용된 섬유질 매트를 소정 형상의 프리폼으로 가압하도록 폐쇄된다. 이는 저압 가압 공정이며, 형상화된 섬유의 내측을 가교하고 외측 코너로부터 돌출하는 섬유가 이들 코너의 형상에 합치하도록 변형되는 것을 보장한다. 대안으로, 혐기성의 경화 가능한 바인더의 경화를 촉진하는 분위기의 인가를 위하여 툴을 밀봉하는 가요성 커버를 제2 다공질 몰드부 대신에, 적용된 섬유에 부착함으로써 진공을 사용하여 응고 및 경화를 동시에 실행할 수 있다. 가요성 커버는 폴리에틸렌, 실리콘, 연질 엘라스토머와 같은 재료의 박막일 수 있고, 비다공질의 툴은 임의의 적절한 경질 툴 재료, 열성형 시트 재료 등으로 구성될 수 있다.
여전히 몰드 내에 있는 상태로, 프리폼은 혐기성의 경화 가능한 바인더의 경화를 촉진하는 분위기에 노출되어 바인더를 경화하고 섬유질 매트를 가압된 형상으로 강화한다. 이 때에, 프리폼은 구조 복합물을 제조하는 성형 공정으로 운반될 수도 있고, 보강 재료 등이 부착되어 있는 캐리어 프리폼으로 고려될 수도 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 혐기성 바인더를 이용하는 기본적인 지향성 섬유 예비성형 공정은 일반적으로 3개 또는 대안으로 4개의 스테이지 예비 성형되는 것으로 도시되어 있고, 섬유 및 바인더 증착 스테이지(1), 혐기성 경화 스테이지(2), 완성된 프리폼 스테이지(3), 활성 스티칭 스테이지(4), 공급 스테이지(5)를 포함한다. 활성 스티칭은 용례에 따라 달라진다.
섬유 증착 스테이지(1, 도 21 참조)는 플리넘(7)에 의해 회전하도록 지지되어 있는 하부의 제1 몰드부(6)를 포함한다. 제1 몰드부(6)는 플리넘(7)에 의한 공기의 유동 관통을 보조하여, 표면(8) 상에 매트를 형성하는 다공질 요소이고, 상기 표면은 서로에 대해 불투명하고, 내부 및 외부 코너를 구획한다. 제1 몰드부(6)는 상부의 제2 몰드부(10)와 상보적인 형상을 갖고, 두 부분은 프리폼의 모사를 위하여 프리폼의 소정의 3차원 형상을 구획하는 상보적인 내면을 갖는다. 응고가 유리하거나 필요한 때에, 이러한 응고는 챔버에 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 제어된 분위기를 제공하도록 폐쇄구를 적용함으로써 달성될 수 있다.
몰드부(6, 10)는 저압 프레스 몰드의 일부이며, 몰드 폐쇄 및 개방 메커니즘(12)에 기계적으로 링크된 것으로 도시되어 있고, 상기 메커니즘은 프레스 몰드에 대하여 널리 공지되어 있는 유압 램(들), 적절한 가이드 및 링크 기구로 구성될 수 있다. 몰드가 개방된 상태에서, 유리 섬유 또는 탄소 섬유 보강 재료와 같은 보강 재료의 섬유와 혐기성의 경화 가능한 바인더 수지는 플리넘 및 다공질 몰드부(6)를 통하여 형성된 공기 스트림(화살표 A로 지시)으로 추진되고, 몰드부(6)의 프로파일 형상으로 지향된다. 커버를 개선하기 위하여, 몰드부(6)는 화살표 38로 지시된 바와 같이 회전할 수 있고, 섬유와 바인더는 공기 스트림을 매개로 도포기 스테이지(2)의 로봇(14)에 의해 몰드부(6)로 지향된다.
로봇(14)은 아암 구조(16, 18)의 말단으로부터 나오는 바인더 및 섬유가 회전 가능한 몰드부(6)의 모든 부분으로 지향될 수 있도록 수직 축선과 적어도 2개의 수평 축선을 구비하는 것으로 도시되어 있다.
도포 스테이지(2)는 팔(16, 18)이 있는 로봇과, 팔(18)에 장착된 튜브(28)를 매개로 공급 스테이지(3)에서 로빙의 스풀로부터 로빙(22, 24, 26)을 수용하는 초퍼(20)와, 펌프(34)에 의하여 분무 노즐(36)로 공급되는 바인더(32)를 운반하는 도관(30)과, 초핑된 섬유를 위한 유출 포트(22)를 구비하는 것으로 도시되어 있다.
공급 스테이지(3)는 보강 재료 로빙(22, 24, 26)의 복수의 스풀을 구비하는 것으로 도시되어 있고, 이 로빙은 바인더(32) 공급부 및 펌프(34) 뿐 아니라 튜브(28)로 반송된다. 초퍼(20)는 하나 이상의 스피닝 요소(spinning element)를 구비할 수 있고, 이 스피닝 요소는 기어 및 칼날을 포함하여, 로빙(22, 26)을 인출 및 초핑하고, 초핑된 섬유를 다공질 몰드부(6)를 향하여 보낸다. 여기서는 한 쌍의 자외선 램프(40, 42)로 구성되는 전자기 에너지의 소스를 로봇팔(18)의 말단에 장착할 수 있다.
작동 시에, 초퍼(20)는 로빙(22-26)을 인출하여 초핑하고, 초핑된 섬유를 다공질 몰드부(6)를 향하여 보낸다. 동시에, 다공질 몰드부(6)에 또는 도중에 있는 지향성 섬유를 적어도 부분적으로 피복하도록 분무 노즐(36)로부터 바인더가 분무된다. 섬유가 몰드부(6)를 향하여 지향됨에 따라, 몰드부(6)는 화살표 38로 지시된 바와 같이 회전하고, 로봇이 몰드부의 회전과 관련하여 다공질 몰드부(6)의 내면 모두를 스캔하도록 작동하여, 몰드부(6)의 내면 전체에 걸쳐서 섬유를 소정 두께로 심지어 증착하는 것이 달성된다.
프리폼은 한 번에 또는 번갈아서 경화될 수 있다. 섬유를 몰드부(6)에 적용한 후에, 프리폼 카운터 몰드가 몰드 작동 메커니즘에 의해 폐쇄되어 몰드부(10)를 몰드부(6) 상으로 폐쇄하고, 섬유질 매트를 프리폼의 소정 차원의 형상에 합치하도록 가압한다. 몰드는 폐쇄 시에 제어된 분위기의 인가를 허용하도록 구성되어, 혐기성 경화 바인더의 경화를 촉진한다. 또한, 몰드의 재료는 선택적으로 전자기 복사에 대해 투과성이 있을 수 있고, 철망 및/또는 광 차단제를 함유하지 않는 일반적 목적의 투명 아크릴 재료 등을 포함할 수 있다. 몰드가 폐쇄되는 중에, 제어된 분위기 소스(42')를 매개로 혐기성의 경화 가능한 바인더의 경화를 촉진하는 분위기가 인가된다.
이 시점에서, 프리폼은 구조 복합체를 성형하도록 채용될 수 있다. 따라서, 몰드가 개방되고, 프리폼은 로봇(14)과 유사한 다른 로봇(도시 생략) 등에 의해 몰드로부터 픽업되어, 보관 또는 추가의 성형 공정으로 운반하기 위하여 배출 스테이션(5)의 컨베이어(60) 상에 배치된다.
프리폼이 캐리어 프리폼의 특성을 갖고 이 프리폼에 서브어셈블리(들)가 부착되어 있는 경우에, 로봇 또는 다른 로봇은 활성 스티칭 스테이지(4)에서 보강 부재의 부착을 위한 소정의 위치에서 프리폼(44)을 작업 테이블 상의 소정의 위치에 유지한다. 여기서, 프리폼(44)은 테이블 상에서 소정의 위치에 체류하는 것으로 도시되어 있다. 이러한 위치의 프리폼에 의해, 다른 로봇(54)은, 저장조(52)로부터의 혐기성 바인더, 또는 전자기 복사 경화 가능한 바인더 또는 열적으로 경화 가능한 바인더를 펌프(50)에 의하여 로봇(54)의 로봇팔(56)의 말단에 장착된 분배기 또는 분무 노즐(48)을 통하여 도포하도록 작동할 수 있고, 바인더는 프리폼(44) 및/또는 서브어셈블리의 적어도 하나의 선택된 표면에 도포된다. 그 후, 임의의 다른 로봇에 의해 보강 인서트(46)를 소정 위치로, 바인더가 코팅되어 있는 선택된 영역에서 프리폼과 긴밀하게 접촉하도록 배치할 수 있다. 그 후, 로봇(54)은 에너지 소스(58)에 의해 바인더를 경화하기 위한 적절한 에너지를 선택된 영역에 인가하도록 자체적으로 위치 결정된다. 대안으로, 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기를 인가할 수도 있다.
"활성 스티칭" 또는 "혐기성 스티칭"으로 설명한 바와 같은 마지막 작업은 구조 복합물의 제조에 사용하기 전에 보강 재료 및/또는 부착 부재(공학적 구조 부재)를 프리폼에 수회 적용함으로써 달성될 수 있다. 마지막 서브어셈블리가 프리폼에 활성적으로 스티칭되거나 혐기성으로 스티칭된 후에, 추가의 부재를 수반하는 프리폼(44)은 다른 로봇(도시 생략)에 의해 배출 스테이지(5)의 컨베이어(60)로 이동한다.
다른 선택된 바인더를 사용함으로써, 바인더의 경화는 전술한 특허 출원에 개시된 바와 같은 마이크로파 기술, 또는 미국 특허 제5,217,656호에 개시된 바와 같은 전자 빔에 의해 달성될 수 있다(상기 특허는 본원 명세서에 참고로 인용됨).
도 22를 참조하면, 통상적 프리폼의 구조 및 특성이 도시되어 있고, 여기서 프리폼(44)은 복수의 대략 수평의, 또는 수평에 대해 약간 경사진 패널(62)을 포함하고, 이 패널은 대략 U형 프로파일 단면(68, 70, 72)과 함께 그 패널로부터 연장되는 복수의 수직벽(64, 66)을 포함한다. 상부 몰드부 및 하부 몰드부의 (인서트 플러그를 포함한) 내면에 의해 구획될 수 있는 포획 및 지지면으로 섬유를 지속적으로 안내할 수 있는 임의의 다른 형상을 형성할 수도 있다.
도 20을 참조하면, 구조적 복합물을 제조하는 제조 방법이 흐름도의 형태로 도시되어 있고, 이 방법은 본 발명의 지향성 섬유, 지향성 에너지 개념을 채용하고 있다. 전술한 바와 같이, 로빙이 공급 스테이지(3)로부터 인출되고, 초퍼(20)에 의해 초핑되고, 플리넘 구조를 매개로 공기가 관통 인출되는 다공질 부재 상으로 지향되며, 다공질 부재는 화살표 38로 지시한 바와 같이 회전 가능하다. 다공질 요소로 지향되는 초핑된 섬유에는 분무 노즐(36)로부터 분사되는 바인더가 분무된다. 다공질 요소의 회전과 초퍼(20) 및 분무 노즐(36)에 의한 스캐닝은 소정 두께로 증착된 바인더 피복 섬유의 매트 또는 심지어 코팅을 제공한다.
도시된 실시예에 따르면, 다공질 요소는 상부 몰드부(10)와 상보적인 형상을 가질 수 있는 하부 몰드부(6)이고, 상기 상부 몰드부는 몰드를 폐쇄하도록 이동하여, 섬유의 매트가 프리폼의 소정이 사이즈 및 형상을 정확하게 모사한다. 바인더는 혐기성의 경화 가능한 바인더이고, 여기서는 제어된 분위기 소스를 매개로 적용되는 경화를 촉진하는 분위기를 인가함으로써 경화되며, 상기 제어된 분위기 소스는 몰드에 작동식으로 연결되어 있는 것으로 도시되어 있다. 몰드부(6, 10)는 일반적 목적의 격자, 전자기 복사 차단제를 포함하지 않는 투명 아크릴 재료와 같은 전자기 복사 투과성 재료로 구성될 수 있다.
다음으로, 몰드부(6, 10)를 분리함으로써 몰드를 개방하여, 경화된 강성의 3차원 프리폼을 제거할 수 있다. 여기서 프리폼은 44P, 44CP로 지칭하고 있으며, 프리폼은 이제 배출 스테이지(5)에 의해 RTM 또는 SRIM 성형 공정(90)으로 이동하도는 최종 요소(44P)의 특성을 기대할 수도 있고, 보강 리브, 코어, 커버 등과 같은 서브어셈블리의 적용을 위하여 활성 스티칭 스테이션(4)으로 이동되는 캐리어 프리폼(44CP)의 특성을 기대할 수도 있다. 스테이션(4)은 또한 혐기성 스티칭 스테이션일 수도 있다.
스테이션이 활성 스티칭 스테이션(4)인 때에, 캐리어 프리폼(44CP)은 외부 리브(74 및/또는 내부 리브), 보강 코너(76), 코어(78) 및 이에 부착된 커버를 포함할 수 있고, 이 커버는 소스(82)로부터 도포되는 전자기 에너지로 경화 가능한 바인더 또는 열적으로 경화 가능한 바인더를 캐리어 프리폼(44CP) 및/또는 리브(74), 코너(76) 및 커버(80)의 선택된 표면 영역(들)에 인가함으로써 상기 부분에 부착될 수 있다. 커버(80)는 캐리어 프리폼(44CP) 내에 코어(78)를 유지하고, 코어(78)가 반드시 캐리어 프리폼에 고착될 필요는 없다. 코어(78)의 목적은 추후의 RTM/SRIM 성형 공정에서 재료를 절감하기 위한 것으로, 상기 공정에서 플라스틱 재료는 프리폼의 중공의, 다공질 벽을 통과하여 포켓 또는 캐비티로 이동할 수 있는데, 이들 포켓 또는 캐비티는 과도한 재료의 사용, 중량의 증가, 적용된 플라스틱에 대한 경화 시간의 연장을 초래할 수 있다.
바인더와 서브어셈블리를 캐리어 프리폼(44CP)에 부착한 후에, 바인더 피복된 선택된 영역은 바인더를 경화하기에 적절한 에너지, 예컨대 에너지 소스(84, 86, 88)에 노출된다. 마지막으로, 스티칭은 구조적 프리폼(SP)을 형성하고, 이 프리폼은 배출 스테이지(5)에 의해 RTM/SRIM 성형 공정(90)으로 운반된다.
특정의 예시적인 실시예를 참고로 하여 본 발명을 설명하였지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 상기 실시예에 대한 많은 변형예 및 수정예를 알 수 있을 것이다. 따라서, 본원의 발명자는 본 발명의 범위 내에 합리적이고 적절하게 포함될 수 있는 그러한 모든 변형 및 수정을 본 발명의 보호 범위로 포함하는 것으로 의도한다.
본 발명에 따르면, 보강 재료와 함께 사용하기 위한 신규한 바인더를 제공할 수 있다.

Claims (110)

  1. 섬유 보강된 성형품을 제조하는 제조 방법으로서,
    (a) 성형품의 적어도 일부에 대응하는 구조를 갖는 프리폼 몰드면 상에 보강 섬유를 포함하는 재료의 층을 피복하는 단계와,
    (b) 보강 재료에 혐기성 바인더를 포함하는 조성물을 첨가하는 단계와,
    (c) 상기 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기에 상기 혐기성 바인더를 접촉시키는 단계
    를 포함하는 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 혐기성 바인더 조성물은 보강 재료를 프리폼 몰드면에 피복하기 전에 상기 재료에 첨가되는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 프리폼은 성형 대상 물품의 형상과 일치하는 형상의 스크린을 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 프리폼은 보강 재료가 둘레에 적층되는 굴대를 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 보강 재료는 전자기 복사에 대하여 불투명이거나 전자 기 복사와 함께 사용하기에 적합하지 않은 보강 섬유를 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 보강 재료는 탄소 섬유를 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 보강 재료는 아마미드 섬유를 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 보강 재료는 2 이상의 재료가 혼합된 섬유를 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 혼합 섬유는 유리를 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 혼합 섬유는 매트릭스 수지를 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기는 진공, 하나 이상의 불활성 가스 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  12. 섬유 보강된 성형품을 제조하는 제조 방법으로서,
    (a) 성형품의 적어도 일부에 대응하는 구조를 갖는 몰드면 상에 보강 섬유를 포함하는 재료의 층을 피복하는 단계와,
    (b) 보강 재료에 바인더 조성물을 첨가하는 단계로서, 이 조성물은 전자기 복사 경화 가능한 성분과 열 경화 가능한 성분 중 하나 이상과, 혐기성 성분을 포함하는 것인 단계와,
    (c) 상기 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기에 상기 바인더 조성물을 접촉시키는 단계와,
    단계 (d) 및 (e) 중 하나 이상의 단계
    를 포함하며,
    상기 단계 (d)는 상기 바인더 조성물을 전자기 복사 경화 가능한 성분의 경화를 촉진하는 전자기 복사에 노출시키는 것을 포함하고,
    상기 단계 (e)는 상기 바인더 조성물을 열 경화 가능한 성분의 경화를 촉진하는 열에너지에 노출시키는 것을 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 단계 (d)를 단계 (c) 전에 실행하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 단계 (e)를 단계 (c) 전에 실행하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서, (f) 보강 재료를 성형품의 적어도 일부에 대응하는 3차원 형상으로 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 단계 (e)를 단계 (c)와 단계 (d) 사이에 실행하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 바인더 조성물은 보강 재료를 몰드면에 피복하기 전에 상기 보강 재료에 첨가되는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  17. 제12항에 있어서, 상기 몰드면은 성형 대상 물품의 형상과 일치하는 형상을 갖는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 몰드면은 보강 재료가 적층되어 있는 굴대 상에 형성되는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  19. 제12항에 있어서, 상기 보강 재료는 전자기 복사에 대하여 불투명인 섬유를 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  20. 제12항에 있어서, 상기 보강 재료는 탄소 섬유를 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  21. 제12항에 있어서, 상기 보강 재료는 아마미드 섬유를 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  22. 제12항에 있어서, 상기 보강 재료는 2 이상의 재료가 혼합된 섬유를 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 혼합 섬유는 유리를 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  24. 제22항에 있어서, 상기 혼합 섬유는 매트릭스 수지를 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  25. 제1항에 있어서, 상기 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기는 진공, 하나 이상의 불활성 가스 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  26. 섬유 보강된 성형품을 제조하는 제조 방법으로서,
    (a) 성형품의 적어도 일부에 대응하는 구조를 갖는 몰드면 상에 보강 섬유를 포함하는 재료의 층을 피복하는 단계와,
    (b) 보강 재료에 바인더 조성물을 첨가하는 단계로서, 이 조성물은 혐기성 성분, 전자기 복사 경화 가능한 성분 및 열 경화 가능한 성분을 포함하는 것인 단계와,
    (c) 상기 바인더 조성물을 열 경화 가능한 성분의 경화를 촉진하는 온도로 가열하는 단계와,
    (d) 상기 바인더 조성물을 전자기 복사 경화 가능한 성분의 경화를 촉진하는 전자기 복사에 노출시키는 단계와,
    (f) 상기 바인더 조성물을 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기에 접촉시키는 단계
    를 포함하는 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 단계 (c)를 단계 (d) 이전에 실행하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  28. 제26항에 있어서, 상기 단계 (c)를 단계 (f) 이전에 실행하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  29. 제26항에 있어서, 상기 단계 (d)를 단계 (c) 이전에 실행하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  30. 제26항에 있어서, 상기 단계 (d)를 단계 (f) 이전에 실행하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  31. 제26항에 있어서, 상기 단계 (f)를 단계 (c) 이전에 실행하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  32. 제26항에 있어서, 상기 단계 (f)를 단계(d) 이전에 실행하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  33. 제26항에 있어서, (e) 상기 보강 재료를 성형품의 적어도 일부에 대응하는 3차원 형상으로 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 단계 (e)를 단계 (c)와 단계 (d) 사이, 단계 (c)와 단계(f) 사이, 단계 (d)와 단계 (f) 사이에서 선택된 시점에 실행하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  34. 제26항에 있어서, 상기 바인더 조성물은 보강 재료를 프리폼 몰드면에 피복하기 전에 상기 보강 재료에 첨가되는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  35. 제26항에 있어서, 상기 몰드면은 성형 대상 물품의 형상과 일치하는 형상을 갖는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  36. 제26항에 있어서, 상기 몰드면은 보강 재료가 적층되어 있는 굴대 상에 형성되는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  37. 제26항에 있어서, 상기 보강 재료는 전자기 복사에 대하여 불투명인 보강 섬유를 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  38. 제26항에 있어서, 상기 보강 재료는 탄소 보강 섬유를 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  39. 제26항에 있어서, 상기 보강 재료는 아마미드 보강 섬유를 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  40. 제26항에 있어서, 상기 보강 재료는 2 이상의 재료가 혼합된 섬유를 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  41. 제40항에 있어서, 상기 혼합 섬유는 유리를 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  42. 제40항에 있어서, 상기 혼합 섬유는 매트릭스 수지를 포함하는 것인 섬유 보 강 성형품 제조 방법.
  43. 제26항에 있어서, 상기 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기는 진공, 하나 이상의 불활성 가스 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  44. (a) 복수의 섬유질 보강 재료의 웹을 각각의 경로를 따라 이동시키고, 이들 웹이 소정의 위치에서 서로 평행하게 중첩되고, 서로 평행한 접촉 상태로 주행하도록 중첩된 웹을 안내하는 단계와,
    (b) 상기 소정의 위치의 상류에서 웹의 쌍을 이룬 각 대향면의 적어도 한 면에 바인더를 피복하는 단계로서, 이 바인더는 전자기 복사 경화 가능한 성분과 혐기성 바인더를 포함하는 것인 단계와,
    (c) 이격된 위치에서 전자기 복사 경화 가능한 바인더를 경화하여 웹을 함께 고착시키도록 평행하게 접촉하는 웹의 선택된 이격 위치에 전자기 복사를 국부적으로 적용하는 단계와,
    (d) 고착된 웹으로부터 블랭크를 절단하는 단계와,
    (e) 상기 블랭크를 프리폼의 적어도 일부에 대응하는 3차원 형상으로 형성하는 단계와,
    (f) 상기 블랭크를 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기와 접촉시키는 단계
    를 포함하는 프리폼 제조 방법.
  45. 제44항에 있어서, (g) 미경화 상태로 남아 있는 전자기 복사 경화 가능한 바인더를 경화하기 위하여 블랭크에 전자기 복사를 적용하는 단계를 더 포함하는 프리폼 제조 방법.
  46. 제44항에 있어서, 상기 블랭크 형성 단계 (e)는
    (e1) 프리폼의 소정의 3차원 형상을 모사하도록 형상화된, 툴의 제1 및 제2 형상의 부분 사이에 블랭크를 배치하고,
    (e2) 단계 (f)에서 블랭크를 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기와 접촉시키면서 블랭크를 소정 형상으로 형성하기 위하여 툴의 두 부분을 함께 가압하는 것으로서 추가 정의되는 것인 프리폼 제조 방법.
  47. 제44항에 있어서, 상기 바인더 피복 단계 (b)는
    (b1) 상기 소정 위치의 상류에서 웹의 쌍을 이룬 각 대향면 중 적어도 한 면에 바인더를 분무하는 것으로 추가 정의되는 것인 프리폼 제조 방법.
  48. 제44항에 있어서, 상기 전자기 복사 경화 가능한 바인더를 피복하는 단계 (b)는,
    (b2) 상기 웹이 상기 단계 (a)에서 정의한 바와 같은 각각의 경로에 있는 중 에 전자기 복사 경화 가능한 바인더와 섬유질 보강 재료의 웹을 접촉시키는 것으로 추가 정의되는 것인 프리폼 제조 방법.
  49. 제44항에 있어서, 상기 혐기성 바인더를 피복하는 단계 (b)는,
    (b3) 상기 소정 위치의 상류에서 웹의 쌍을 이룬 각 대향면의 양면에 혐기성 바인더를 분무하는 것으로 추가 정의되는 것인 프리폼 제조 방법.
  50. 제44항에 있어서, (h) 전자기 복사 경화 가능한 바인더와 혐기성 바인더 중 하나 이상을 펼치도록 웹을 함께 가압하는 단계를 더 포함하는 프리폼 제조 방법.
  51. 제44항에 있어서, 상기 단계 (b)는
    (b4) 웹의 쌍을 이룬 각 대향면 중 적어도 하나의 대향면에 마이크로파 복사 경화 가능한 바인더를 피복하는 것으로 추가 정의되는 것인 프리폼 제조 방법.
  52. 제44항에 있어서, 상기 단계 (c)의 전자기 복사는 마이크로파 범위의 하나 이상의 주파수를 특징으로 하는 것인 프리폼 제조 방법.
  53. 제44항에 있어서, 상기 단계 (b)는
    (b5) 웹의 쌍을 이룬 각 대향면 중 적어도 하나의 대향면에 자외선 복사 경화 가능한 바인더를 피복하는 것으로 추가 정의되는 것인 프리폼 제조 방법.
  54. 제44항에 있어서, 상기 단계 (c)의 전자기 복사는 자외선 범위로 있는 것인 프리폼 제조 방법.
  55. 제44항에 있어서, 상기 단계 (c)는
    (c1) 전자기 복사원에 의해 전자기 복사를 발생시키고,
    (c2) 상기 복사원을 웹을 가로질러 이동시키고,
    (c3) 복사원으로부터의 전자기 복사를 웹에 주기적으로 전달하는 것으로 추가 정의되는 것인 프리폼 제조 방법.
  56. 제55항에 있어서, 상기 전자기 복사는 마이크로파 범위의 하나 이상의 주파수를 특징으로 하는 것인 프리폼 제조 방법.
  57. 제55항에 있어서, 상기 전자기 복사는 모든 가용의 경화 개시 파장의 빛 에너지를 포함하는 것인 프리폼 제조 방법.
  58. 제44항에 있어서, (i) 웹의 쌍을 이룬 각 대향면 중 적어도 한 면에 열 경화 가능 바인더를 피복하는 단계를 더 포함하는 프리폼 제조 방법.
  59. 복수의 섬유질 보강 재료의 웹을 각각의 경로를 따라 이동시키고, 이들 웹이 소정의 위치에서 서로 평행하게 중첩되고, 서로 평행한 접촉 상태로 주행하도록 중첩된 웹을 안내하는 단계와, 상기 소정 위치의 상류에서 웹의 쌍을 이룬 각 대향면의 적어도 한 면에 전자기 복사 경화 가능한 바인더 또는 열 경화 가능한 바인더를 피복하는 단계와, 이격된 위치에서 전자기 복사 경화 가능한 바인더 또는 열 경화 가능한 바인더를 경화하여 웹을 함께 고착시키도록 평행하게 접촉하는 웹의 선택된 이격 위치에 전자기 복사 또는 열 에너지를 국부적으로 적용하는 단계와, 고착된 웹으로부터 블랭크를 절단하는 단계와, 상기 블랭크를 프리폼의 적어도 일부에 대응하는 3차원 형상으로 형성하는 단계를 포함하는 프리폼 제조 방법으로서,
    웹의 쌍을 이룬 각 대향면 중 적어도 한 면에 혐기성 바인더를 피복하는 단계와,
    상기 블랭크를 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기와 접촉시키는 단계
    를 포함하는 프리폼 제조 방법.
  60. (a) 2단 바인더를 섬유질 보강 재료의 매트에 피복하는 단계로서, 상기 2단 바인더는 제1 바인더 성분과 제2 바인더 성분을 포함하고, 제1 바인더 성분은 전자기 복사 경화 가능한 바인더 성분 또는 열 경화 가능한 바인더 성분이고, 제2 바인더 성분은 혐기성 바인더 성분인 것인 단계와,
    (b) 상기 2단 바인더를 전자기 복사 경화 가능한 바인더 성분의 경화를 촉진하는 전자기 복사에 노출시키거나, 2단 바인더를 열 경화 가능한 바인더 성분의 경화를 촉진하는 열 에너지에 노출시키는 단계와,
    (c) 매트를 소정의 형상으로 형성하는 단계와,
    (d) 상기 매트를 혐기성 바인더 성분의 경화를 촉진하는 분위기에 노출시키는 단계
    를 포함하는 프리폼 제조 방법.
  61. 제60항에 있어서, 상기 제1 바인더 성분은 자외선 범위의 전자기 복사에 의해 경화될 수 있는 것인 프리폼 제조 방법.
  62. 제60항에 있어서, 상기 제1 바인더 성분은 가시광선 범위의 전자기 복사에 의해 경화될 수 있는 것인 프리폼 제조 방법.
  63. 제60항에 있어서, 상기 제1 바인더 성분은 마이크로파 범위의 파장을 갖는 전자기 복사, 적외선 범위의 전자기 복사, 레이저 광선, 열 에너지 및 이들의 임의의 조합 중 하나 이상에 의해 경화될 수 있는 것인 프리폼 제조 방법.
  64. 제60항에 있어서, 상기 단계 (a)는
    (a1) 보강 재료의 2 중량% 내지 8 중량% 범위로 2단 바인더를 피복하는 것으로 추가 정의되는 것인 프리폼 제조 방법.
  65. 제60항에 있어서, 상기 단계 (d)는
    (d1) 상기 매트를 경질의 프리폼을 얻을 때까지 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기에 노출시키는 것으로 추가 정의되는 것인 프리폼 제조 방법.
  66. 제65항에 있어서,
    (e) 경질의 프리폼을 몰드에 배치하는 단계와,
    (f) 변형 가능한 플라스틱 재료를 프리폼에 피복하는 단계와,
    (g) 상기 플라스틱 재료를 경화하는 단계
    를 더 포함하는 프리폼 제조 방법.
  67. 제1항의 섬유 보강 성형품 제조 방법에 따라 제조된 섬유 보강 성형품.
  68. 제12항의 섬유 보강 성형품 제조 방법에 따라 제조된 섬유 보강 성형품.
  69. 제26항의 섬유 보강 성형품 제조 방법에 따라 제조된 섬유 보강 성형품.
  70. 제44항의 프리폼 제조 방법에 따라 제조된 프리폼.
  71. 제66항의 프리폼 제조 방법에 따라 제조된 제조 물품.
  72. 제60항에 있어서, 상기 제2 바인더 성분은 하나 이상의 수지, 하나 이상의 단량체, 하나 이상의 개시제(initiator) 및 하나 이상의 반응 억제제를 포함하는 것인 프리폼 제조 방법.
  73. 제60항에 있어서, 상기 제2 바인더 성분은 하나 이상의 하이드로퍼옥사이드를 더 포함하는 것인 프리폼 제조 방법.
  74. 제72항에 있어서, 상기 수지는 에폭시메타아크릴레이트를 포함하는 것인 프리폼 제조 방법.
  75. 제72항에 있어서, 상기 단량체는 메타아크릴레이트 단량체, 폴리하이드릭 알콜, 에스테르 알콜 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는 것인 프리폼 제조 방법.
  76. 제72항에 있어서, 상기 단량체는 알킬 하이드록실(hydroxyls), 베타 카르복실 에틸 아크릴레이트, 메타아크릴산, 아크릴산, 아크릴산의 이량체, 아크릴산의 삼량체, 아크릴산의 사량체, 아크릴산의 오량체, 하이드록시 에틸 메타아크릴레이트, 하이드록시 프로필 메타아크릴레이트, 하이드록시 에틸 아크릴레이트, 하이드록시 프로필 아크릴레이트 및 하이드록시 부틸 아크릴레이트로부터 선택되는 것인 프리폼 제조 방법.
  77. 제72항에 있어서, 상기 2단 바인더 성분은 2개의 성분을 포함하고, 제1 성분은 반응 억제제를 포함하고, 제2 성분은 개시제를 포함하는 것인 프리폼 제조 방법.
  78. 다공질의 제1 몰드부와 가압용 제2 몰드부를 구비하는 분리 가능한 몰드를 이용하여 경질의 3차원 구조의 프리폼을 제조하는 제조 방법으로서, 상기 몰드부는 폐쇄 시에 함께 프리폼의 소정의 3차원 형상을 형성하고, 서로에 대해 소정의 각도로 배치되어 내측 코너 및 외측 코너를 형성하는 내면이 있으며,
    (a) 보강 재료의 섬유를 절단하는 단계와,
    (b) 섬유를 소정 두께로 제1 몰드부의 모든 면으로 지향시키기 위하여 제1 몰드부를 통하여 공기를 유동시키는 동시에 절단된 섬유를 다공질의 제1 몰드부로 밀어 내는 단계와,
    (c) 섬유 중의 틈을 메우지 않으면서 섬유를 바인더로 적어도 부분적으로 피복하기 위하여 절단된 섬유에 혐기성 바인더를 피복하는 단계와,
    (d) 폐쇄된 몰드의 가압용 제2 몰드부와 다공질의 제1 몰드부 사이에서 바인더 피복된 절단 섬유를 소정의 3차원 형상의 프리폼으로 압박하기 위하여 분리 가능한 몰드부를 폐쇄하는 단계와,
    (e) 혐기성 바인더를 이 바인더의 경화를 촉진하는 분위기에 적용하는 단계
    를 포함하는 프리폼 제조 방법.
  79. 제78항에 있어서,
    (f) 제1 몰드부의 내면의 전체 면적을 덮는 것을 보장하도록 절단된 섬유를 밀어내고 혐기성 바인더를 피복하는 단계 (b) 및 (c) 동안에 제1 몰드부를 회전시키는 단계를 더 포함하는 프리폼 제조 방법.
  80. 제78항에 있어서, 상기 혐기성 바인더를 피복하는 단계 (b)는
    (b1) 상기 바인더를 분무하는 것으로 추가 정의되는 것인 프리폼 제조 방법.
  81. 제80항에 있어서, 상기 혐기성 바인더를 분무하는 단계 (b1)은
    (b2) 절단된 섬유를 밀어 내는 단계 (a) 중에 바인더를 동시에 분무하는 것으로 추가 정의되는 것인 프리폼 제조 방법.
  82. 제78항에 있어서, 상기 보강 재료의 섬유를 절단하는 단계 (a)는
    (a1) 적어도 하나의 스풀(spool)로부터 보강 재료의 로빙(roving)을 인출하고,
    (a2) 밀어 내는 작업을 위하여 인출된 로빙을 단섬유로 초핑(chopping)하는 것으로 추가 정의되는 것인 프리폼 제조 방법.
  83. 제78항에 있어서,
    (g) 프리폼의 적어도 하나의 선택된 영역에 전자기 에너지로 경화 가능한 바 인더를 피복하는 단계와,
    (h) 적어도 하나의 선택된 바인더 피복 영역에서 서브어셈블리를 프리폼과 긴밀한 접촉 상태로 이동시키는 단계와,
    (i) 바인더를 경화하여 서브어셈블리를 프리폼에 부착하기 위하여 적어도 하나의 선택된 바인더 피복 영역에 전자기 에너지를 복사하는 단계
    를 더 포함하는 프리폼 제조 방법.
  84. 제78항에 있어서,
    (g) 프리폼의 적어도 하나의 선택된 영역에 전자기 에너지로 경화 가능한 바인더를 피복하는 단계와,
    (h) 적어도 하나의 선택된 바인더 피복 영역에서 보강 서브어셈블리를 프리폼과 긴밀한 접촉 상태로 이동시키는 단계와,
    (i) 바인더를 경화하여 서브어셈블리를 프리폼에 부착하기 위하여 적어도 하나의 선택된 피복 영역에 전자기 에너지를 복사하는 단계
    를 더 포함하는 프리폼 제조 방법.
  85. 제78항에 있어서,
    (j) 프리폼의 적어도 하나의 선택된 영역에 혐기성 바인더를 피복하는 단계와,
    (k) 적어도 하나의 선택된 바인더 피복 영역에서 서브어셈블리를 프리폼과 긴밀한 접촉 상태로 이동시키는 단계와,
    (l) 상기 혐기성 바인더를, 바인더를 경화하여 서브어셈블리를 프리폼에 부착하기 위하여 적어도 하나의 선택된 바인더 피복 영역 상의 바인더의 경화를 촉진하는 분위기와 접촉시키는 단계
    를 더 포함하는 프리폼 제조 방법.
  86. 제78항에 있어서, 상기 바인더를 분무하고 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기를 적용하는 단계 (c) 및 (e)는 각각
    (c1) 혐기성 바인더를 절단된 섬유에 분무하는 것과,
    (e1) 상기 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기를 몰드 내의 압박된 섬유에 적용하는 것으로 추가 정의되는 것인 프리폼 제조 방법.
  87. 제78항에 있어서, 상기 분리 가능한 몰드는 전자기 에너지 투과성 재료로 구성되며,
    (m) 선택적으로 섬유 사이의 틈을 메우지 않으면서, 섬유를 적어도 부분적으로 바인더로 피복하기 위하여 전자기 복사 경화 가능한 바인더를 절단된 섬유에 피복하는 단계와,
    (n) 상기 섬유에 전자기 복사를 적용하는 단계
    를 더 포함하는 프리폼 제조 방법.
  88. 제78항에 따른 프리폼 제조 방법에 따라 제조된 구조적 프리폼.
  89. 경질의 3차원 구조의 프리폼을 제조하는 제조 방법으로,
    (a) 섬유를 몰드부에 적층하는 단계와,
    (b) 섬유를 적어도 부분적으로 피복하기 위하여, 전자기 복사 경화 가능한 바인더 성분, 열 경화 가능한 바인더 성분 또는 이들의 혼합물 중 하나와, 혐기성 바인더 성분을 포함하는 상기 바인더 조성물을 상기 섬유에 피복하는 단계와,
    (c) 상기 바인더 조성물에 전자기 복사를 적용하는 단계와,
    (d) 상기 바인더 조성물을 상기 혐기성 바인더의 경화를 촉진하는 분위기에 노출시키는 단계
    를 포함하는 프리폼 제조 방법.
  90. 제89항에 있어서, 상기 단계 (b)의 바인더 조성물은 열 경화 가능한 바인더 성분을 더 포함하는 것인 프리폼 제조 방법.
  91. 제89항에 있어서, 상기 몰드부에 적층된 섬유는 연속 섬유를 포함하는 것인 프리폼 제조 방법.
  92. 제89항에 있어서, 상기 몰드부에 적층된 섬유는 초핑된 섬유(chopped fiber)를 포함하는 것인 프리폼 제조 방법.
  93. 제89항에 있어서, 상기 단계 (b) 및 단계(c)를 동시에 실행하는 것인 프리폼 제조 방법.
  94. 제89항에 있어서, 상기 단계 (c)를 상기 단계 (b) 이전에 실행하는 것인 프리폼 제조 방법.
  95. 제89항에 있어서, 상기 바인더 조성물을 피복하는 단계 (b)는
    (b1) 상기 바인더를 분무하는 것으로 추가 정의되는 것인 프리폼 제조 방법.
  96. 제89항에 있어서,
    (e1) 몰드부 상에 베일(veil)을 배치하는 단계를 더 포함하며, 이 단계 (e1)을 단계 (a) 이전에 실행하는 것인 프리폼 제조 방법.
  97. 제89항에 있어서,
    (e2) 몰드부 상에 베일을 배치하는 단계를 더 포함하며, 이 단계 (e2)를 단계 (b) 이후에 실행하는 것인 프리폼 제조 방법.
  98. 제89항에 있어서,
    (f) 프리폼의 적어도 하나의 선택된 영역에 전자기 에너지로 경화 가능한 바 인더를 피복하는 단계와,
    (g) 적어도 하나의 선택된 바인더 피복 영역에서 서브어셈블리를 프리폼과 긴밀한 접촉 상태로 이동시키는 단계와,
    (h) 바인더를 경화하여 서브어셈블리를 프리폼에 부착하기 위하여 적어도 하나의 선택된 바인더 피복 영역에 전자기 에너지를 복사하는 단계
    를 더 포함하는 프리폼 제조 방법.
  99. 제89항에 있어서,
    (i) 프리폼의 적어도 하나의 선택된 영역에 전자기 에너지로 경화 가능한 바인더를 피복하는 단계와,
    (j) 적어도 하나의 선택된 바인더 피복 영역에서 보강 서브어셈블리를 프리폼과 긴밀한 접촉 상태로 이동시키는 단계와,
    (k) 바인더를 경화하여 서브어셈블리를 프리폼에 부착하기 위하여 적어도 하나의 선택된 바인더 피복 영역에 전자기 에너지를 복사하는 단계
    를 더 포함하는 프리폼 제조 방법.
  100. 제89항에 있어서,
    (l) 프리폼의 적어도 하나의 선택된 영역에 혐기성 바인더를 피복하는 단계와,
    (m) 적어도 하나의 선택된 바인더 피복 영역에서 서브어셈블리를 프리폼과 긴밀한 접촉 상태로 이동시키는 단계와,
    (n) 상기 혐기성 바인더를, 바인더를 경화하여 서브어셈블리를 프리폼에 부착하기 위하여 적어도 하나의 선택된 바인더 피복 영역 상의 바인더의 경화를 촉진하는 분위기와 접촉시키는 단계
    를 더 포함하는 프리폼 제조 방법.
  101. 제89항에 있어서,
    (o) 프리폼의 적어도 하나의 선택된 영역에 혐기성 바인더를 피복하는 단계와,
    (p) 적어도 하나의 선택된 바인더 피복 영역에서 보강 서브어셈블리를 프리폼과 긴밀한 접촉 상태로 이동시키는 단계와,
    (q) 상기 혐기성 바인더를, 바인더를 경화하여 서브어셈블리를 프리폼에 부착하기 위하여 적어도 하나의 선택된 바인더 피복 영역 상의 바인더의 경화를 촉진하는 분위기와 접촉시키는 단계
    를 더 포함하는 프리폼 제조 방법.
  102. 제89항의 프리폼 제조 방법에 따라 제조된 구조적 프리폼.
  103. 제1항에 있어서, 상기 혐기성 바인더는 하나 이상의 수지, 하나 이상의 단량체, 하나 이상의 하이드로퍼옥사이드, 하나 이상의 개시제 및 하나 이상의 반응 억 제제를 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  104. 제103항에 있어서, 상기 혐기성 바인더는 에폭시메타아크릴레이트 수지를 15 중량% 내지 55 중량% 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  105. 제103항에 있어서, 상기 혐기성 바인더는 메타아크릴레이트 단량체, 폴리하이드릭 알콜, 에스테르 알콜 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 단량체를 45 중량% 내지 85 중량% 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  106. 제103항에 있어서, 상기 혐기성 바인더는 하이드로퍼옥사이드를 0 중량% 내지 5 중량% 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  107. 제103항에 있어서, 상기 혐기성 바인더는 촉진제를 0 중량% 내지 4 중량% 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  108. 제103항에 있어서, 상기 혐기성 바인더는 반응 억제제를 0 중량% 내지 0.1 중량% 포함하는 것인 섬유 보강 성형품 제조 방법.
  109. 제60항에 있어서,
    (e1) 섬유 보강 재료의 상기 매트 중 일측에 베일을 적용하는 단계를 더 포 함하는 프리폼 제조 방법.
  110. 제60항에 있어서,
    (e2) 섬유 보강 재료의 상기 매트 중 양측에 베일을 적용하는 단계를 더 포함하는 프리폼 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115256995A (zh) * 2022-07-27 2022-11-01 昆明理工大学 一种汽车用碳纤维后视镜外壳的微波固化成型方法及其产品

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