KR20110095942A - 점탄성 층과 장벽 층을 포함하는 복합 용품 - Google Patents

점탄성 층과 장벽 층을 포함하는 복합 용품 Download PDF

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Abstract

제1 수지 매트릭스 및 제2 수지 매트릭스를 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스의 제1 층 및 제2 층과; 섬유 보강 수지 매트릭스의 제1 층과 제2 층 사이에 위치되어 제1 수지 매트릭스 및 제2 수지 매트릭스에 결합되고, i) 적어도 하나의 점탄성 층, 및 ii) 적어도 하나의 장벽 층을 포함하는 점탄성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트가 제공된다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 구조물은 적어도 하나의 점탄성 층과는 조성이 상이한 적어도 2개의 장벽 층을 포함하며, 적어도 2개의 장벽 층은 상기 제1 수지 매트릭스 및 상기 제2 수지 매트릭스에 결합된다. 일부 실시 형태에서, 하나 이상의 장벽 층(들)은 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있고/있거나, 물에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있고/있거나, 기체에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있다.

Description

점탄성 층과 장벽 층을 포함하는 복합 용품{COMPOSITE ARTICLE INCLUDING VISCOELASTIC LAYER WITH BARRIER LAYER}
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 2008년 12월 15일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/122637호의 이득을 주장한다.
본 발명은 적어도 하나의 점탄성 층(viscoelastic layer) 및 적어도 하나의 장벽 층(barrier layer)을 포함하는, 섬유 보강 수지 매트릭스(fiber reinforced resin matrix)의 층들 사이에 위치되고 이 층들에 결합되는 점탄성 구조물을 포함하는 복합 용품, 예를 들어 섬유 보강 수지 매트릭스 또는 섬유 보강 플라스틱(FRP) 매트릭스 복합 라미네이트에 관한 것이다.
섬유 보강 수지 매트릭스 또는 섬유 보강 플라스틱(FRP) 매트릭스 복합 라미네이트("복합재")의 사용은 그들의 가벼운 중량, 높은 강도 및 강성 때문에 항공우주산업, 자동차 및 기타 수송 산업에서 다양한 응용을 위하여 널리 허용되어 왔다. 중량 감소 이익 및 성능 향상은 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트를 산업적 응용으로 구현하는 것을 지지하는 최대의 구동원이다. 비행기 동체 섹션 및 날개 구조체를 비롯한 다양한 우주항공산업 구성요소가 유리섬유 및 탄소 섬유 보강 복합재로부터 제조되고 있다. 복합재는 비행기, 풍력 발전기, 자동차, 스포츠 용품, 가구, 버스, 트럭, 보트, 기차, 및 강하고 가벼운 재료 또는 부품의 결합이 유리한 다른 응용을 위한 많은 부품들의 제작에 이용된다. 가장 흔히 섬유는 탄소, 유리, 세라믹 또는 아라미드로 제조되며, 수지 매트릭스는 유기 열경화성 또는 열가소성 재료다. 이들 부품은 전형적으로 20℃ 내지 180℃의 온도에서, 때로는 최대 230℃의 온도에서, 그리고 때로는 최대 360℃의 온도에서 진공 및/또는 압력 하에서 제조된다.
간단하게 말해서, 본 발명은 제1 수지 매트릭스 및 제2 수지 매트릭스를 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스의 제1 층 및 제2 층과; 섬유 보강 수지 매트릭스의 제1 층과 제2 층 사이에 위치되어 제1 수지 매트릭스 및 제2 수지 매트릭스에 결합되고, i) 적어도 하나의 점탄성 층, 및 ii) 적어도 하나의 장벽 층을 포함하는 점탄성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트를 제공한다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 층 및 장벽 층은 하나의 동일한 층일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 구조물은 점탄성 층 및 장벽 층 둘 모두인 단일 층을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 구조물은 점탄성 층 및 장벽 층 둘 모두인 단일 층이다. 일부 실시 형태에서, 적어도 하나의 점탄성 층은 적어도 하나의 장벽 층과는 조성이 상이하다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 층 및 장벽 층은 하나의 동일한 층일 수 있거나 상이한 층들일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 구조물은 적어도 하나의 점탄성 층과는 조성이 상이한 적어도 2개의 장벽 층을 포함하며, 적어도 2개의 장벽 층은 상기 제1 수지 매트릭스 및 상기 제2 수지 매트릭스에 결합된다. 일부 실시 형태에서, 하나 이상의 장벽 층(들)은 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있고/있거나, 물에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있고/있거나, 기체에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 층은 10 ㎐에서 DMTA에 의해 전단 모드에서 측정될 때 피크 감쇠비(peak damping ratio)(Tan δ)가 적어도 1.0일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 구조물은 수지 매트릭스의 조성과는 상이한 조성을 갖는 적어도 하나의 경화된 접착제 층을 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 섬유 보강 수지 매트릭스의 하나 이상의 층은, 선택적으로 폼(foam), 목재 또는 허니콤 구조물을 포함할 수 있는 적어도 하나의 코어 층을 추가로 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명은 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트의 제조 방법으로서, 제1 경화성 수지 매트릭스 및 제2 경화성 수지 매트릭스를 포함하는 제1 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스 및 제2 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스를 제공하는 단계; 적어도 하나의 점탄성 층 및 적어도 하나의 장벽 층을 포함하는 점탄성 구조물을 제공하는 단계; 라미네이트의 원하는 형상과는 반대인 형상을 갖는 공구(tool)를 제공하는 단계; 제1 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스, 점탄성 구조물, 및 제2 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스를 이 순서대로 공구 내에 적층하는 단계; 및 경화성 수지 매트릭스를 경화시켜 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트를 제조하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 층 및 장벽 층은 하나의 동일한 층일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 구조물은 점탄성 층 및 장벽 층 둘 모두인 단일 층을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 구조물은 점탄성 층 및 장벽 층 둘 모두인 단일 층이다. 일부 실시 형태에서, 적어도 하나의 점탄성 층은 적어도 하나의 장벽 층과는 조성이 상이하다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 층 및 장벽 층은 하나의 동일한 층일 수 있거나 상이한 층들일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 구조물은 적어도 하나의 점탄성 층과는 조성이 상이한 적어도 2개의 장벽 층을 포함하며, 적어도 2개의 장벽 층은 상기 제1 수지 매트릭스 및 상기 제2 수지 매트릭스에 결합된다. 일부 실시 형태에서, 하나 이상의 장벽 층(들)은 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있고/있거나, 물에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있고/있거나, 기체에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 층은 10 ㎐에서 DMTA에 의해 전단 모드에서 측정될 때 피크 감쇠비(Tan δ)가 적어도 1.0일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 구조물은 수지 매트릭스의 조성과는 상이한 조성을 갖는 적어도 하나의 경화된 접착제 층을 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 섬유 보강 수지 매트릭스의 하나 이상의 층은, 선택적으로 폼, 목재 또는 허니콤 구조물을 포함할 수 있는 적어도 하나의 코어 층을 추가로 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명은 적어도 하나의 장벽 층에 결합되는 적어도 하나의 점탄성 층을 포함하며, 적어도 하나의 장벽 층이 적어도 하나의 점탄성 층과는 조성이 상이한 점탄성 구조물을 제공한다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 구조물은 점탄성 층에 결합되는 적어도 2개의 장벽 층을 포함하며, 전형적으로 장벽 층들 사이에 점탄성 층을 개재시킨다. 일부 실시 형태에서, 하나 이상의 장벽 층(들)은 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있고/있거나, 물에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있고/있거나, 기체에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 점탄성 층은 10 ㎐에서 DMTA에 의해 전단 모드에서 측정될 때 피크 감쇠비(Tan δ)가 적어도 1.0일 수 있다.
<도 1>
도 1은 하기의 실시예에 기술된 비교용 복합 용품의 개략도.
<도 2>
도 2는 하기의 실시예에 기술된 본 발명에 따른 점탄성 구조물을 포함하는 복합 용품의 개략도.
<도 3>
도 3은 하기의 실시예에 기술된 본 발명에 따른 점탄성 구조물을 포함하는 복합 용품의 개략도.
<도 4>
도 4는 하기의 실시예에 기술된 본 발명에 따른 점탄성 구조물을 포함하는 복합 용품의 개략도.
<도 5>
도 5는 하기의 실시예에 기술된 본 발명에 따른 점탄성 구조물을 포함하는 복합 용품의 개략도.
<도 6>
도 6은 하기의 실시예에 기술된 본 발명에 따른 점탄성 구조물을 포함하는 복합 용품의 개략도.
섬유 보강 수지 매트릭스 또는 섬유 보강 플라스틱(FRP) 매트릭스 복합 라미네이트("복합재")는 그들의 가벼운 중량, 높은 강도 및 강성 때문에 항공우주산업, 자동차 및 기타 수송 산업에서 다양한 응용을 위하여 널리 허용되어 왔다. 점탄성 층은 진동 감쇠 및 소음 저감을 포함할 수 있는 목적을 위하여 복합 부품의 중간층으로서 포함될 수 있다.
본 발명은 일부 실시 형태에서, 적어도 하나의 점탄성 층, 및 점탄성 층과 복합재의 매트릭스 사이에 위치되는 적어도 하나의 장벽 층을 포함하는 적어도 하나의 중간 점탄성 구조물을 포함하는 복합 용품을 제공한다. 더 전형적으로, 점탄성 구조물은 적어도 2개의 장벽 층을 포함하며, 적어도 하나는 점탄성 층의 각각의 면과 복합재의 매트릭스 사이에 있다. 일부 실시 형태에서, 추가의 점탄성 층 및 장벽 층이 용품 내에 삽입된다.
대안적인 실시 형태에서, 본 발명은 점탄성 층들 사이에 위치되는 적어도 하나의 장벽 층을 갖는 적어도 2개의 중간 점탄성 층을 포함하는 점탄성 구조물을 포함하는 복합 용품을 제공한다. 일부 실시 형태에서, 추가의 점탄성 층 및 장벽 층이 용품 내에 삽입된다.
점탄성 층
점탄성 층을 제조하는 데 있어서 임의의 적합한 점탄성 재료가 사용될 수 있다. 유용할 수 있는 재료에는 그 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 공개 제2008/0139722호에 개시된 것들이 포함될 수 있다. 유용할 수 있는 재료에는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수가능한, 쓰리엠™ 울트라-퓨어 비스코엘라스틱 댐핑 폴리머(Ultra-Pure Viscoelastic Damping Polymer) 242, 쓰리엠™ 비스코엘라스틱 댐핑 폴리머 타입 830, 쓰리엠™ 비스코엘라스틱 댐핑 폴리머 110, VHB™ 어드헤시브 트랜스퍼 테이프(Adhesive Transfer Tape) 9469 및 300MP가 포함될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 유용할 수 있는 점탄성 층은 10 ㎐에서 DMTA에 의해 전단 모드(shear mode)에서 측정될 때 피크 감쇠비(Tan δ)가 적어도 0.20일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 유용할 수 있는 점탄성 층은 10 ㎐에서 DMTA에 의해 전단 모드에서 측정될 때 피크 감쇠비(Tan δ)가 적어도 0.30일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 유용할 수 있는 점탄성 층은 10 ㎐에서 DMTA에 의해 전단 모드에서 측정될 때 피크 감쇠비(Tan δ)가 적어도 0.40일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 유용할 수 있는 점탄성 층은 10 ㎐에서 DMTA에 의해 전단 모드에서 측정될 때 피크 감쇠비(Tan δ)가 적어도 0.60일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 유용할 수 있는 점탄성 층은 10 ㎐에서 DMTA에 의해 전단 모드에서 측정될 때 피크 감쇠비(Tan δ)가 적어도 0.80일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 유용할 수 있는 점탄성 층은 10 ㎐에서 DMTA에 의해 전단 모드에서 측정될 때 피크 감쇠비(Tan δ)가 적어도 1.0일 수 있다.
장벽 층
임의의 적합한 장벽 층이 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 중합체성 장벽 층은 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리부타디엔, 탄성중합체, 에폭시, 플루오로중합체, 폴리카르보네이트, 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 전형적으로, 중합체성 장벽 층은 완전성(integrity)의 손실 또는 과잉 유동없이 20℃ 내지 180℃의 온도에서 진공 및/또는 압력 하에 경화되거나 성형되는 부품을 제조하는 데 사용될 수 있는 재료의 것이다. 일부 실시 형태에서, 중합체성 장벽 층은 완전히 경화된다. 일부 실시 형태에서, 중합체성 장벽 층은 부분적으로 경화되며, 전형적으로 적어도 50% 경화되며, 더 전형적으로 적어도 60% 경화되며, 더 전형적으로 적어도 70% 경화되며, 더 전형적으로 적어도 80% 경화되며, 그리고 더 전형적으로 적어도 90% 경화된다. 일부 실시 형태에서, 중합체성 장벽 층은 열가소성이다. 각각의 장벽 층은 전형적으로 두께가 0.254 ㎜(10 밀(mil)) 미만, 더 전형적으로 0.152 ㎜(6 밀) 미만, 더 전형적으로 0.102 ㎜(4 밀)미만, 더 전형적으로 0.0762 ㎜(3 밀) 미만, 더 전형적으로 0.0508 ㎜(2 밀) 미만, 더 전형적으로 0.0254 ㎜(1 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 0.0191 ㎜(0.75 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 0.0152 ㎜(0.60 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 0.0127 ㎜(0.50 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 0.0063 ㎜(0.25 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 0.00254 ㎜(0.10 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 0.0013 ㎜(0.05 밀) 미만이며, 그리고 일부 실시 형태에서는 0.000254 ㎜(0.01 밀) 미만이다. 각각의 장벽 층은 전형적으로 두께가 적어도 0.0000254 ㎜(0.001 밀)이다. 전형적으로 장벽 층은 기체에 대하여 실질적으로 불투과성이다. 더 전형적으로 장벽 층은 장벽 층이 그 일부인 복합재를 제조하는 공정 전체에 걸쳐 기체에 대하여 실질적으로 불투과성인 상태로 유지된다. 일부 실시 형태에서, 기체에 대하여 실질적으로 불투과성이란 산소 투과도가 345.4 ㎤-㎜/㎡/day/㎫ (35 ㎤-㎜/㎡/day/atm) 미만임을 의미한다. 전형적으로 장벽 층은 수분에 대하여 실질적으로 불투과성이다. 더 전형적으로 장벽 층은 장벽 층이 그 일부인 복합재를 제조하는 공정 전체에 걸쳐 수분에 대하여 실질적으로 불투과성인 상태로 유지된다. 일부 실시 형태에서, 수분에 대하여 실질적으로 불투과성이란 수증기 투과율이 30 gm/㎡/day 미만임을 의미한다. 전형적으로 장벽 층은 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성이다. 더 전형적으로 장벽 층은 장벽 층이 그 일부인 복합재를 제조하는 공정 전체에 걸쳐 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성인 상태로 유지된다. 일부 실시 형태에서, 그러한 유기 용매에는 연료, 항공기 연료, 윤활제, 유압 유체 등이 포함될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성이란 21℃ 및 101.3 ㎪(1 기압)에서 용매에의 노출 7일 후 10% 미만의 중량 획득 또는 손실을 나타냄을 의미한다. 일부 실시 형태에서, 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성이란 21℃ 및 101.3 ㎪(1 기압)에서 메틸렌 클로라이드에 7일 노출 후 10% 미만의 중량 획득 또는 손실을 나타냄을 의미한다. 일부 실시 형태에서, 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성이란 21℃ 및 101.3 ㎪(1 기압)에서 벤질 알코올에 7일 노출 후 10% 미만의 중량 획득 또는 손실을 나타냄을 의미한다. 일부 실시 형태에서, 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성이란 21℃ 및 101.3 ㎪(1 기압)에서 가솔린에 7일 노출 후 10% 미만의 중량 획득 또는 손실을 나타냄을 의미한다. 일부 실시 형태에서, 장벽 층은 전기적으로 비전도성이다. 더 전형적으로 장벽 층은 장벽 층이 그 일부인 복합재의 제조 공정 전체에 걸쳐 전기적으로 비전도성인 상태로 유지된다. 장벽 층은 선택적으로 난연 성분 또는 첨가제를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 장벽 층은 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리카르보네이트 및 폴리이미드 필름 - 미국 뉴욕주 버팔로 소재의 듀폰 필름즈(DuPont Films)로부터 입수가능한 캡톤(Kapton)™을 포함함 - 과 같은 재료를 포함할 수 있다. 장벽 층은 투명하고 무색일 수 있거나, 응용이 요구할 때에는 안료 또는 염료와 같은 착색제를 포함할 수 있다. 장벽 층은 이들 재료의 얼로이(alloy)일 수 있고, 선택적으로 난연 성분 또는 다른 첨가제, 예를 들어 독일 크레펠트 소재의 알베르딩크 볼레이 게엠바하.(Alberdingk Boley GmbH.)로부터 U933으로서 입수가능한, UV 흡수제를 함유하는 폴리우레탄/폴리카르보네이트 블렌드 수지를 포함할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 장벽 층은 플루오르화 중합체와 같은 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 장벽 층은 퍼플루오르화 플루오로중합체를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 장벽 층은 비-퍼플루오르화 플루오로중합체, 예를 들어 비닐리덴 플루오라이드(VDF)로부터 유도되는 혼성중합된(interpolymerized) 단위를 포함할 수 있는 중합체를 포함할 수 있다. 전형적으로 그러한 재료는 VDF로부터 유도되는 혼성중합된 단위 - 이는 단일중합체일 수 있거나 또는 다른 에틸렌계 불포화 단량체, 예를 들어 헥사플루오로프로필렌(HFP), 테트라플루오로에틸렌(TFE), 클로로트라이플루오로에틸렌(CTFE), 2-클로로펜타플루오로프로펜, 퍼플루오로알킬 비닐에테르, 퍼플루오로다이알릴에테르, 퍼플루오로-1,3-부타디엔, 및/또는 기타 퍼할로겐화 단량체와의 공중합체일 수 있음 - , 및 하나 이상의 수소-함유 및/또는 비-플루오르화 올레핀계 불포화 단량체로부터 추가로 유도되는 혼성중합된 단위를 적어도 약 3 중량% 포함한다. 그러한 불소-함유 단량체는 또한 불소-무함유이고 말단이 불포화된 올레핀계 공단량체, 예를 들어 에틸렌 또는 프로필렌과 공중합될 수 있다. 유용한 올레핀계 불포화 단량체에는 알킬렌 단량체, 예를 들어 1-하이드로펜타플루오로프로펜, 2-하이드로펜타플루오로프로펜 등이 포함될 수 있다. 그러한 플루오로중합체에는 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-비닐리덴 플루오라이드 삼원중합체 및 헥사플루오로프로필렌-비닐리덴 플루오라이드 공중합체가 포함될 수 있다. 유용할 수 있는 구매가능한 플루오로중합체 재료에는, 예를 들어 미국 미네소타주 오크데일 소재의 다이네온 엘엘씨(Dyneon LLC)로부터 입수가능한 THV 200, THV 400, 및 THV 500 플루오로중합체, 및 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 솔베이 폴리머즈 인크.(Solvay Polymers Inc.)로부터 입수가능한 솔레프(SOLEF) 11010 및 솔레프 11008, 미국 펜실베이니아주 필라델피아 소재의 아르케마 인크.(Arkema Inc.)로부터 입수가능한 카이나르(KYNAR)(등록상표) 및 카이나르 플렉스(KYNAR FLEX)(등록상표) PVDF, 및 미국 뉴욕주 버팔로 소재의 듀폰 필름즈로부터 입수가능한 테프젤(TEFZEL) LZ300 플루오로중합체가 포함될 수 있다. 추가의 구매가능한 이러한 유형의 플루오로탄성중합체 재료에는, 예를 들어 미국 미네소타주 오크데일 소재의 다이네온 엘엘씨로부터 입수가능한 FC-2145, FC-2178, FC-2210X, FC-2211, FC-2230, 및 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 솔베이 폴리머즈 인크.로부터 입수가능한 테크노플론(Technoflon)(등록상표) 플루오로탄성중합체가 포함된다. 다른 유용한 플루오르화 중합체에는 비-퍼플루오르화 중합체가 포함될 수 있으며, 이에는 폴리(비닐플루오라이드), 예를 들어 미국 뉴욕주 버팔로 소재의 듀폰 필름즈로부터 입수가능한 테들러(TEDLAR) TAWl5AHS가 포함될 수 있다. 플루오로중합체들의 블렌드가 또한 본 발명의 장벽 층을 제조하는 데 사용될 수 있다. 이러한 유형의 구매가능한 플루오로중합체 재료에는, 예를 들어 일본 도쿄 소재의 덴끼 가가꾸 고교 가부시끼 가이샤(Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha)로부터 디엑스 필름(DX Film)으로서 입수가능한 폴리비닐리덴 플루오라이드 얼로이 필름이 포함된다. 2가지 상이한 유형의 비-퍼플루오르화 플루오로중합체들의 블렌드가 유용할 수 있을 뿐만 아니라 비-퍼플루오르화 플루오로중합체와 퍼플루오르화 플루오로중합체의 블렌드도 유용할 수 있다. 또한, 예를 들어 폴리우레탄 및 폴리에틸렌과 같은 비플루오로중합체와 플루오로중합체의 블렌드가 또한 사용될 수 있다.
본 발명에 사용하기 위한 장벽 층은 캐스트(cast) 및 압출 방법을 포함할 수 있는 임의의 적합한 방법에 의해 제조될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 장벽 층은 투명하고 무색일 수 있거나, 또는 응용이 요구할 때에는 안료 또는 염료와 같은 착색제를 포함할 수 있다. 전형적으로, 착색제는 미국 특허 제5,132,164호에 개시된 것들과 같은 무기 안료이다. 일부 실시 형태에서, 안료는 하나 이상의 플루오르화 중합체와 블렌딩될 수 있는 하나 이상의 비-플루오르화 중합체 내로 혼입될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 장벽 층은 마감 처리될 수 있고/있거나 기존의 아플리케 또는 페인트 색상 배합에 색상-부합될 수 있다.
선택적으로, 표면들 중 적어도 하나는 인접 층들의 접합을 허용하도록 처리될 수 있다. 그러한 처리 방법에는 코로나 처리, 특히 미국 특허 제5,972,176호(커크(Kirk) 등)에 개시된 바와 같이 수소, 암모니아, 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 약 0.1 내지 약 10 부피%의 첨가 기체 및 질소를 함유하는 분위기 내에서의 코로나 방전이 포함된다. 다른 유용한 처리 방법에는 소듐 나프탈레나이드를 사용하는 화학적 에칭이 포함된다. 그러한 처리 방법은 문헌[Polymer Interface and Adhesion, Souheng Wu, Ed., Marcel Dekker, Inc., NY and Basel, pp. 279 - 336 (1982)], 및 문헌[Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Second Edition, Supplemental Volume, John Wiley & Sons, pp. 674 - 689 (1989)]에 개시되어 있다. 다른 유용한 처리 방법은 미국 펜실베이니아주 피츠톤 소재의 액톤 인더스트리즈, 인크.(Acton Industries, Inc.)로부터 입수가능한 플루오로에치(FLUOROETCH) 공정이다. 플루오로중합체의 표면 개질을 위한 다른 유용한 처리에는 미국 특허 제6,630,047호(징(Jing) 등) 및 미국 특허 제6,685,793호(징)에 개시된 것들과 같은 플루오로중합체의 존재 하에서 화학 방사선에 광 흡수 전자 도너(donor)를 노출시키는 방법이 포함된다. 다른 처리 방법에는 프라이머(primer)로서의 그러한 재료의 사용이 포함된다. 이들은 상기에 기술된 표면 처리 대신에, 또는 이에 더하여 채용될 수 있다. 유용한 프라이머의 일례는 어드헤전 프로모터(ADHESION PROMOTER) #86A (미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩처링 컴퍼니(Minnesota Mining and Manufacturing Company)로부터 입수가능한 액체 프라이머)이다.
점탄성 구조물
본 발명에 따른 점탄성 구조물은 임의의 적합한 방법에 의해 제조될 수 있다. 전형적으로, 하나 이상의 점탄성 층과 하나 이상의 장벽 층이 라미네이션, 접착제 층의 부가에 의한 접착 접합, 장벽 또는 점탄성 층(들) 그들 자체의 접착 특성에 의한 접착 접합 등을 비롯한 임의의 적합한 방법에 의해 결합된다. 전형적으로, 점탄성 구조물의 층들은 복합 용품의 제조에서의 사용 전에 결합되지만, 일부 실시 형태에서는 층들이 복합 용품의 제조 동안에 결합된다. 일부 실시 형태에서, 단일 재료가 장벽 층 및 점탄성 층 둘 모두로서 수행할 수 있다. 일부 그러한 실시 형태는 재료의 단일 층을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 장벽 층(들) 및 점탄성 층(들)은 상이한 재료들이다.
일 실시 형태에서, 본 발명은 적어도 하나의 장벽 층이 라미네이팅된 적어도 하나의 점탄성 층, 더 전형적으로 적어도 2개의 장벽 층들 사이에 라미네이팅된 적어도 하나의 점탄성 층을 포함하는 점탄성 구조물(층상 용품), 및 복합 부품의 제조에서의 상기 용품의 사용 방법, 및 그러한 라미네이팅된 용품으로 제조된 복합 부품을 제공한다. 일부 실시 형태에서, 층상 용품은 단일 중합체성 장벽 층 및 단일 점탄성 층을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 층상 용품은 2개의 장벽 층들 사이에 개재되는 단일 점탄성 층을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 층상 용품은 하나 초과의 중합체성 장벽 층을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 층상 용품은 하나 초과의 점탄성 층을 포함할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 층상 용품은 충전제 재료를 포함하지 않는다. 일부 실시 형태에서, 층상 용품은 무기 충전제(filler) 재료를 포함하지 않는다. 일부 실시 형태에서, 층상 용품은 유기 충전제 재료를 포함하지 않는다. 일부 실시 형태에서, 층상 용품은 섬유질 충전제 재료를 포함하지 않는다. 일부 실시 형태에서, 층상 용품은 비섬유질 충전제 재료를 포함하지 않는다. 일부 실시 형태에서, 층상 용품은 미립자 충전제 재료를 포함하지 않는다. 일부 실시 형태에서, 층상 용품은 임의의 섬유질 스크림(scrim), 예를 들어 직조 스크림 또는 부직 스크림을 포함하지 않는다.
복합 용품
본 발명에 따른 복합 용품은 임의의 적합한 방법에 의해 제조될 수 있다. 전형적으로, 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스 프리프레그(prepreg)가 사용되지만, 다른 실시 형태에서는 수지 매트릭스 및 섬유 보강재가 복합 용품의 제조시에 조합될 수 있다. 임의의 적합한 섬유 또는 매트릭스 재료가 사용될 수 있으며, 이들 중 다수는 당업계에 알려져 있다. 전형적으로, 공구로 지정된 주형 또는 형틀이 사용되는데, 이 공구는 라미네이트의 원하는 형상과는 반대인 형상을 갖는다. 전형적으로, 하나 이상의 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스가 공구 내에 적층되고, 이어서 점탄성 구조물 또는 그의 구성요소들, 이어서 하나 이상의 추가의 (제2) 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스가 적층된다. 이후에, 이 적층체가 당업계에 알려진 방법에 의해 경화된다.
일부 실시 형태에서, 복합 용품은 적어도 하나의 코어 층을 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 코어 층은 폼(foam), 목재, 또는 허니콤 구조물을 포함할 수 있다. 그러한 코어 층들은 복합 용품의 제조시에 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스 층들 사이에 적층될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 층상 용품은 그러한 코어 층을 포함하지 않는다.
본 발명의 목적 및 이점은 하기의 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에 인용된 특정 물질 및 그 양뿐만 아니라 기타 조건이나 상세 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예
달리 언급되지 않으면, 모든 시약은 미국 위스콘신주 밀워키 소재의 알드리치 케미칼 컴퍼니(Aldrich Chemical Co.)로부터 입수하였거나 입수가능하고, 또는 공지 방법에 의해 합성될 수 있다.
방법
복합 부품의 일반적인 툴링(tooling) 및 배깅(bagging)
경화성 에폭시 접착 수지를 사용한 복합 시편을 하기의 방식으로 경화를 위해 준비하였다. 2B 피니시(finish)를 갖는 12 게이지 스테인레스강 합금 304를 0.610 m × 0.610 m (2ft × 2ft)로 트리밍(trimming)함으로써 평탄 공구를 제작하였다. 0.0254 ㎜(1 밀) PTFE 비천공 분리 필름(parting film)(노던 파이버 글라스 세일즈, 인크.(Northern Fiber Glass Sales, Inc.)로부터 HTF-621로서 입수가능함)을 공구에 적용하고, 내열성 테이프가 필름의 에지 및 코너에 적용된 상태로 공구 상에 부착시켰다. 재료의 각각의 층을 실시예 본문에 기술된 순서 및 배열로 공구에 적용하였다. 각각의 층을 먼저 공구에 적용하였는데, 이때 손으로 라이너 없이 하나의 층을 다른 층 위에 적용하였으며, 최상층 위에서 3.81 ㎝(1.5 인치) 직경의 목재 롤러에 손 압력을 인가하면서 롤러를 지나가게 함으로써 각각의 층을 이전 층(들)과 압밀시켰다. 매 4번째 플라이(ply) 후에, 부품 및 공구를 하기에 기술된 천공 분리 필름의 층으로 그리고 나서 하기에 기술된 통기 플라이(breather ply)의 층으로 덮었으며, 쓰리엠에 의해 제조된 스카치라이트(Scotchlite)™ 배큠 어플리케이터(Vacuum Applicator) 모델 VAL-1 내에서의 3분 동안의 완전 진공 하에서 부품을 공구에 압착시켰으며, 이 시간 후에 통기 플라이 및 천공 분리 필름을 제거하고 추가의 플라이를 부품에 부가하였다. 파일럿 실버 마커(Pilot Silver Marker)를 사용하여 부품의 노출된 면 상의 부품의 하나의 에지를 따라 고유의 식별자를 적용함으로써 각각의 쿠폰을 영구 마킹하였다. 리치몬드 에어크래프트 프로덕츠(Richmond Aircraft Products)로부터 A5000으로서 입수가능한 천공 분리 필름을 쿠폰의 노출된 면을 완전히 덮도록 주름 없이 적용하였다. 1개의 열전쌍을 쿠폰의 5.08 ㎝(2 인치) 이내에서 공구에 부착하였다. 비천공 분리 필름의 층을 하기에 기술된 오토클레이브(autoclave)의 베드(bed)에 적용하여 공구가 배치된 영역을 덮었다. 공구 및 부품을 하기에 기술된 오토클레이브의 베드 상에 배치하고, 진공 백 밀봉 테이프의 연속 비드(bead)를 테이프로부터 공구까지의 거리가 적어도 7.62 ㎝(3 인치)가 되도록 오토클레이브의 베드에 직접 적용하였다. 오토클레이브의 베드 상의 노출된 비천공 분리 필름을 진공 백 밀봉 테이프에 접촉하지 않게 접거나 트리밍하였다. 부직 폴리에스테르 339 g/㎡ (10 oz/yd2) 펠트 통기 플라이(리치몬드 에어크래프트 프로덕츠로부터 RC-3000-10으로서 입수가능함)를, 부품 및 공구 위에 그리고 오토클레이브의 베드 상에, 모든 측에 대하여 진공 백 밀봉 테이프의 5.08 ㎝(2 인치) 이내까지 연장되도록 덮어씌웠다. 0.0762 ㎜(3 밀) 고온 나일론 배깅 필름(리치몬드 에어크래프트 프로덕츠로부터 HS8171로서 입수가능함)을, 부품 및 공구를 덮고 모든 측에 대하여 진공 백 밀봉 테이프까지 또는 진공 백 밀봉 테이프를 지나 연장되도록, 오토클레이브의 베드 위에 느슨하게 배치하였다. 적어도 1개의 진공 포트 조립체를 통기 플라이 위의 진공 백 내에 설치하였으며, 진공 백 밀봉 테이프에 필름을 가압함으로써 모든 에지를 따라 오토클레이브의 베드에 진공 백을 밀봉하였다.
복합 부품의 고압 경화
경화성 에폭시 접착 수지를 사용한 복합 시편을 하기의 방식으로 경화시켰다. 경화성 에폭시 접착 수지를 사용한 각각의 복합 시편을 "복합 부품의 일반적인 공구 툴링 및 배깅"에 따라 경화를 위해 준비하였다. 진공 포트 조립체(들)를 하기에 기술된 오토클레이브 내의 진공 시스템에 부착시키고, 부품, 공구, 분리 필름 및 통기 플라이를 5분 동안 완전 진공 하에서 압밀시켰다. 열전쌍을 오토클레이브 내의 제어 시스템에 부착시켰다. 이어서, 하기에 기술된 압력 및 온도 프로파일을 사용하여 2개의 오토클레이브들 중 하나, 즉 서멀 이큅먼트 코포레이션(Thermal Equipment Corporation)에 의해 제조된 하나의 오토클레이브 또는 에이에스씨 프로세스 시스템즈(ASC Process Systems)에 의해 제조된 다른 하나의 오토클레이브에서, 제어된 온도 및 압력 조건 하에서 부품을 경화시켰다. 오토클레이브 내의 압력을 413.7 ㎪(60 psi)로 증가시켰으며, 오토클레이브 내의 압력이 103.4 ㎪(15 psi)에 도달하였을 때, 진공 포트 조립체에의 진공을 제거하였으며, 래깅(lagging) 열전쌍의 온도가 177℃에 도달할 때까지 온도를 2.8℃/min(5℉/min)으로 증가시켰다. 120분 동안 온도를 177℃ 내지 182℃로 유지하였으며 압력을 413.7 ㎪(60 psi) 내지 482.6 ㎪(70 psi)로 유지하였다. 래깅 열전쌍의 온도가 44℃에 도달할 때까지 온도를 2.8℃/min(5℉/min)의 제어된 속도로 감소시켰다. 래깅 열전쌍의 온도가 66℃에 도달할 때까지 압력을 413.7 ㎪(60 psi) 내지 482.6 ㎪(70 psi)로 유지하였으며, 이어서 오토클레이브 내의 압력을 대기로 통기시켰다. 경화된 복합 시편을 오토클레이브, 배깅 및 공구로부터 꺼냈다.
복합 부품의 저압 1½ 시간 경화
경화성 에폭시 접착 수지를 사용한 복합 시편을 하기의 방식으로 경화시켰다. 경화성 에폭시 접착 수지를 사용한 각각의 복합 시편을 "복합 부품의 일반적인 공구 툴링 및 배깅"에 따라 경화를 위해 준비하였다. 진공 포트 조립체(들)를 하기에 기술된 오토클레이브 내의 진공 시스템에 부착시키고, 부품, 공구, 분리 필름 및 통기 플라이를 5분 동안 완전 진공 하에서 압밀시켰다. 열전쌍을 오토클레이브 내의 제어 시스템에 부착시켰다. 이어서, 하기에 기술된 압력 및 온도 프로파일을 사용하여 2개의 오토클레이브들 중 하나, 즉 서멀 이큅먼트 코포레이션에 의해 제조된 하나의 오토클레이브 또는 에이에스씨 프로세스 시스템즈에 의해 제조된 다른 하나의 오토클레이브에서, 제어된 온도 및 압력 조건 하에서 부품을 경화시켰다. 오토클레이브의 내부 압력을 310.3 ㎪(45 psi)로 증가시켰으며, 오토클레이브 내의 압력이 103.4 ㎪(15 psi)에 도달하였을 때, 진공 포트 조립체에의 진공을 제거하였으며, 래깅 열전쌍의 온도가 177℃에 도달할 때까지 온도를 2.8℃/min(5℉/min)으로 증가시켰다. 90분 동안 온도를 177℃ 내지 182℃로 유지하였으며 압력을 275.8 ㎪(40 psi) 내지 344.7 ㎪(50 psi)로 유지하였다. 래깅 열전쌍의 온도가 44℃에 도달할 때까지 온도를 2.8℃/min(5℉/min)의 제어된 속도로 감소시켰다. 래깅 열전쌍의 온도가 66℃에 도달할 때까지 압력을 275.8 ㎪(40 psi) 내지 344.7 ㎪(50 psi)로 유지하였으며, 이어서 오토클레이브 내의 압력을 대기로 통기시켰다. 경화된 복합 시편을 오토클레이브, 배깅 및 공구로부터 꺼냈다.
복합 부품의 저압 2시간 경화
경화성 에폭시 접착 수지를 사용한 복합 시편을 하기의 방식으로 경화시켰다. 경화성 에폭시 접착 수지를 사용한 각각의 복합 시편을 "복합 부품의 일반적인 공구 툴링 및 배깅"에 따라 경화를 위해 준비하였다. 진공 포트 조립체(들)를 하기에 기술된 오토클레이브 내의 진공 시스템에 부착시키고, 부품, 공구, 분리 필름 및 통기 플라이를 5분 동안 완전 진공 하에서 압밀시켰다. 열전쌍을 오토클레이브 내의 제어 시스템에 부착시켰다. 이어서, 하기에 기술된 압력 및 온도 프로파일을 사용하여 2개의 오토클레이브들 중 하나, 즉 서멀 이큅먼트 코포레이션에 의해 제조된 하나의 오토클레이브 또는 에이에스씨 프로세스 시스템즈에 의해 제조된 다른 하나의 오토클레이브에서, 제어된 온도 및 압력 조건 하에서 부품을 경화시켰다. 오토클레이브의 내부 압력을 310.3 ㎪(45 psi)로 증가시켰으며, 오토클레이브 내의 압력이 103.4 ㎪(15 psi)에 도달하였을 때, 진공 포트 조립체에의 진공을 제거하였으며, 래깅 열전쌍의 온도가 177℃에 도달할 때까지 온도를 2.8℃/min(5℉/min)으로 증가시켰다. 120분 동안 온도를 177℃ 내지 182℃로 유지하였으며 압력을 275.8 ㎪(40 psi) 내지 344.7 ㎪(50 psi)로 유지하였다. 래깅 열전쌍의 온도가 44℃에 도달할 때까지 온도를 2.8℃/min(5℉/min)의 제어된 속도로 감소시켰다. 래깅 열전쌍의 온도가 66℃에 도달할 때까지 압력을 275.8 ㎪(40 psi) 내지 344.7 ㎪(50 psi)로 유지하였으며, 이어서 오토클레이브 내의 압력을 대기로 통기시켰다. 경화된 복합 시편을 오토클레이브, 배깅 및 공구로부터 꺼냈다.
일반적인 라미네이팅
하기에 기술된 조합, 순서 및 양으로 구조물 내의 층들을 접촉시켰다. 제거가능한 캐리어를 라미네이팅 공정 동안 정합 표면들로부터 분리시켰다. 이들 층을 주변 조건(22℃; 50% 상대 습도)에서 10.16 ㎝(4 인치) 고무 롤러를 사용하는 제퍼트 엔지니어링 인크.(Geppert Engineering Inc.) 라미네이터의 닙(nip) 내로 0.762 m/min(2.5 ft/min)의 속도로 공급함으로써 이들 층을 라미네이팅하였다.
중간 조립체 실시예:
폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층(200)
폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층을 하기의 방식으로 제공하였다. 중합체 용액을 준비하였다. 보다 구체적으로는, 알베르딩크로부터 U933으로서 입수가능한 3% UV 흡수제를 함유하는 100 부의 투명 폴리우레탄/폴리카르보네이트 수지, 및 네오레진스 인크.(Neoresins Inc.)로부터 네오크릴(Neocryl) CX-100으로서 입수가능한 1.5 부의 다작용성 아지리딘 가교결합제를 1 리터의 입구가 좁은 병에 첨가하였다. 주변 조건(22℃; 50% 상대 습도)에서 3분 동안 목제 설압자(wooden tongue depressor)로 교반함으로써 이 용액을 혼합하였다. 이어서, 최종 중합체 용액을 미처리 0.0508 ㎜(2 밀) 투명 폴리에스테르 필름의 표면에 붓고, 나이프-오버-베드 코팅 스테이션(knife-over-bed coating station)을 사용하여 코팅하였다. 나이프와 베드 사이의 간극을 폴리에스테르 캐리어 웨브의 두께보다 0.0381 ㎜(1.5 밀)만큼 크도록 설정하였다. 코팅된 배킹을 디스패치 오븐 컴퍼니(Dispatch Oven Company)에 의해 제조된 0.255 ㎥ (9 ft3) 통기형 재순환식 오븐 내에서 1시간 동안 55℃에서 건조시켰다. 건조 후, 폴리우레탄/폴리카르보네이트 필름의 두께는 대략 0.0127 ㎜(0.5 밀)였다. 투명한 UV 흡수성 폴리우레탄/폴리카르보네이트 필름을 얻었다.
플루오로탄성중합체 장벽 층(210)
플루오로탄성중합체 장벽 층을 하기의 방식으로 제공하였다. 중합체 용액을 준비하였다. 보다 구체적으로는, 다이네온™으로부터 입수가능한 1 부의 다이네온™ 플루오로탄성중합체 FC2178 투명 플루오로탄성중합체 수지를 1 리터의 입구가 좁은 병 안에서 4 부(중량 기준)의 MEK 중에 용해시켰다. 이어서, 최종 중합체 용액을 실리콘 처리된 0.102 ㎜(4 밀) 종이 라이너의 표면에 붓고, 나이프-오버-베드 코팅 스테이션을 사용하여 코팅하였다. 나이프와 베드 사이의 간극을 0.0254 ㎜(1 밀) 건조 필름을 생성하도록 설정하였다. 코팅된 배킹을 디스패치 오븐 컴퍼니에 의해 제조된 0.255 ㎥ (9 ft3) 통기형 재순환식 오븐 내에서 1시간 동안 55℃에서 건조시켰다. 투명하며 UV 안정한 내유체성 플루오로탄성중합체 필름을 얻었다.
점탄성 재료(VEM) 층의 각각의 면에 장벽 층을 갖는 점탄성 구조물(10)
도 2를 참고하면, 점탄성 재료(300) 및 폴리우레탄/폴리카르보네이트 층(200)을 제공하였고 이를 사용하여 개질된 점탄성 구조물(10)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "일반적인 라미네이팅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 라미네이팅하였다. 먼저, 상기의 "폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층"에 의한 0.0127 ㎜(½ 밀) 두께의 장벽 층(200)을, 10 ㎐에서 DMTA에 의해 전단 모드에서 측정될 때 피크 감쇠비(Tan δ)가 1.0 초과인, 쓰리엠 컴퍼니로부터 쓰리엠™ 비스코엘라스틱 댐핑 폴리머 타입 830으로서 입수가능한 0.0508 ㎜(2 밀) 두께의 점탄성 감쇠 중합체(300)의 하나의 면에 결합시켰다. 0.0508 ㎜(2 밀)의 점탄성 감쇠 중합체(300)의 다른 면에 상기의 "폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층"에 의한 다른 0.0127 ㎜(½ 밀) 두께의 장벽 층(200)을 결합시켰다. 모든 남아 있는 라이너 및 캐리어를 제거하여 0.0762 ㎜(3 밀) 두께의 개질된 점탄성 구조물(10)을 제공하였다. 점탄성 재료(300)의 특성은 손으로 쉽게 찢어지며, 자립(free-standing) 상태에서 자체를 지지할 수 없으며, 주변 조건(22℃; 50% 상대 습도)에서 매우 점착성이라는 것이었다. 개질된 점탄성 구조물(10)의 특성은 매우 탄성이며, 자립 상태에서 필름과 유사하며, 주변 조건(22℃; 50% 상대 습도)에서 점착성이 결여된다는 것이었다. 비점착성의 강화된 점탄성 구조물을 얻었다.
VEM 층의 각각의 면에 플루오로탄성중합체 장벽 층을 갖는 점탄성 구조물(12)
도 5를 참고하면, 점탄성 재료(300) 및 플루오로탄성중합체 층(210)을 제공하였고 이를 사용하여 개질된 점탄성 구조물(12)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "일반적인 라미네이팅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 라미네이팅하였다. 먼저, 상기의 "플루오로탄성중합체 장벽 층"에 의한 0.0254 ㎜(1 밀) 두께의 장벽 층(210)을 쓰리엠으로부터 쓰리엠™ 비스코엘라스틱 댐핑 폴리머 타입 830으로서 입수가능한 0.0508 ㎜(2 밀)의 점탄성 감쇠 중합체(300)의 하나의 면에 결합시켰다. 0.0508 ㎜(2 밀)의 점탄성 감쇠 중합체(300)의 다른 면에 상기의 "플루오로탄성중합체 장벽 층"에 의한 다른 0.0254 ㎜(1 밀) 두께의 장벽 층(210)을 결합시켰다. 모든 남아 있는 라이너 및 캐리어를 제거하여 0.102 ㎜(4 밀) 두께의 개질된 점탄성 구조물(12)을 제공하였다. 점탄성 재료(300)의 특성은 손으로 쉽게 찢어지며, 자립 상태에서 자체를 지지할 수 없으며, 주변 조건(22℃; 50% 상대 습도)에서 매우 점착성이라는 것이었다. 개질된 점탄성 구조물(12)의 특성은 매우 탄성이며, 자립 상태에서 필름과 유사하며, 주변 조건(22℃; 50% 상대 습도)에서 점착성이 결여된다는 것이었다. 비점착성의 강화된 점탄성 구조물을 얻었다.
VEM 층의 각각의 면에 플루오로중합체 장벽 층을 갖는 점탄성 구조물(13)
도 6을 참고하면, 점탄성 재료(300) 및 플루오로중합체 층(211)을 제공하였고 이를 사용하여 개질된 점탄성 구조물(13)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "일반적인 라미네이팅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 라미네이팅하였다. 먼저, 덴카(Denka)로부터 DX 필름으로서 입수가능한 폴리비닐리덴 플루오라이드 얼로이 필름인 30 마이크로미터 두께의 장벽 층(211)을 쓰리엠으로부터 쓰리엠™ 비스코엘라스틱 댐핑 폴리머 타입 830으로서 입수가능한 0.0508 ㎜(2 밀)의 점탄성 감쇠 중합체(300)의 하나의 면에 결합시켰다. 0.0508 ㎜(2 밀)의 점탄성 감쇠 중합체(300)의 다른 면에 덴카로부터 DX 필름으로서 입수가능한 폴리비닐리덴 플루오라이드 얼로이 필름인 다른 30 마이크로미터 두께의 장벽 층(211)을 결합시켰다. 모든 남아 있는 라이너 및 캐리어를 제거하여 0.102 ㎜(4 밀) 두께의 개질된 점탄성 구조물(13)을 제공하였다. 점탄성 재료(300)의 특성은 손으로 쉽게 찢어지며, 자립 상태에서 자체를 지지할 수 없으며, 주변 조건(22℃; 50% 상대 습도)에서 매우 점착성이라는 것이었다. 개질된 점탄성 구조물(13)의 특성은 매우 탄성이며, 자립 상태에서 필름과 유사하며, 주변 조건(22℃; 50% 상대 습도)에서 점착성이 결여된다는 것이었다. 비점착성의 강화된 점탄성 구조물을 얻었다.
2개의 VEM 층들의 각각의 면에 그리고 이 층들 사이에 장벽 층을 갖는 점탄성 구조물(11)
도 3을 참고하면, 점탄성 재료(300) 및 점탄성 재료(301) 및 폴리우레탄/폴리카르보네이트 층(200)을 제공하였고 이를 사용하여 다층상의 개질된 점탄성 구조물(11)을 제조하였는데, 각각의 점탄성 재료는 상이한 온도들에서 상이한 주파수들을 감쇠시키기에 적합한 특성을 가졌다. 보다 구체적으로는, 상기의 "일반적인 라미네이팅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 라미네이팅하였다. 먼저, 상기의 "폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층"에 의한 0.0127 ㎜(½ 밀) 두께의 장벽 층(200)을 쓰리엠으로부터 쓰리엠™ 비스코엘라스틱 댐핑 폴리머 타입 830으로서 입수가능한 감쇠 중합체의 0.0508 ㎜(2 밀) 두께의 점탄성 필름(300)의 하나의 면에 결합시켰다. 0.0508 ㎜(2 밀) 두께의 점탄성 감쇠 중합체 필름(300)의 다른 면에 상기의 "폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층"에 의한 다른 0.0127 ㎜(½ 밀) 두께의 장벽 층(200)을 결합시켰다. 장벽 층(200)에 쓰리엠 컴퍼니로부터 쓰리엠™ 어드헤시브 트랜스퍼 테이프 300MP로서 입수가능한 0.0508 ㎜(2 밀) 두께의 점탄성 아크릴 감쇠 필름(301)을 결합시켰다. 점탄성 아크릴 감쇠 필름(301)의 다른 면에 상기의 "폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층"에 의한 다른 0.0127 ㎜(½ 밀) 두께의 장벽 층(200)을 결합시켰다. 모든 남아 있는 라이너 및 캐리어를 제거하여 0.140 ㎜(5.5 밀) 두께의 다층상의 개질된 점탄성 구조물(11)을 제공하였다. 점탄성 재료(300, 301)의 특성은 손으로 쉽게 찢어지며, 자립 상태에서 자체를 지지할 수 없으며, 주변 조건(22℃; 50% 상대 습도)에서 매우 점착성이라는 것이었다. 개질된 점탄성 구조물(11)의 특성은 매우 탄성이며, 자립 상태에서 필름과 유사하며, 주변 조건(22℃; 50% 상대 습도)에서 점착성이 결여된다는 것이었다. 비점착성의 강화된 다층상의 점탄성 구조물을 얻었다.
경화된 실시예:
(비교용) 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트(50C) - VEM 층의 양면에 탄소 섬유 보강 플라스틱(CFRP)
도 1을 참고하면, 에폭시 수지 함침된 탄소 섬유 테이프 및 점탄성 재료를 제공하였고 이를 사용하여 비교용 복합 시편(50C)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 준비하였다. 토레이(Toray)로부터 P2353U 19 152로서 입수가능한 4 플라이 에폭시 수지 함침된 단일방향 흑연 섬유(102)들을 먼저 공구에 적용하였다. 이어서, 쓰리엠 컴퍼니로부터 쓰리엠™ 비스코엘라스틱 댐핑 폴리머 타입 830으로서 입수가능한 0.0508 ㎜(2 밀)의 점탄성 감쇠 중합체의 필름(300)을 적용하였다. 마지막으로, 토레이로부터 P2353U 19 152로서 입수가능한 4 플라이 에폭시 수지 함침된 단일방향 흑연 섬유(102)들을 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 고압 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트(51) - CFRP와, VEM 층의 양면에 장벽 층
도 2를 참고하면, 에폭시 수지 함침된 탄소 섬유 테이프 및 개질된 점탄성 구조물을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편(51)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 준비하였다. 토레이로부터 P2353U 19 152로서 입수가능한 4 플라이 에폭시 수지 함침된 단일방향 흑연 섬유(102)들을 먼저 공구에 적용하였다. 이어서, 점탄성 재료(300)의 양면에 장벽 층(200)을 갖는 0.0762 ㎜(3 밀) 두께의 개질된 점탄성 구조물(10)을 적용하였다. 마지막으로, 토레이로부터 P2353U 19 152로서 입수가능한 4 플라이 에폭시 수지 함침된 단일방향 흑연 섬유(102)들을 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 고압 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트(52) - CFRP와, 2개의 VEM 층들의 양면에 그리고 이 층들 사이에 장벽 층
도 3을 참고하면, 에폭시 수지 함침된 탄소 섬유 테이프 및 다층상의 개질된 점탄성 구조물을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편(52)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 준비하였다. 토레이(Toray)로부터 P2353U 19 152로서 입수가능한 4 플라이 에폭시 수지 함침된 단일방향 흑연 섬유(102)들을 먼저 공구에 적용하였다. 이어서, 점탄성 재료의 2개의 층(301, 300)들의 양면에 그리고 이 층들 사이에 장벽 층(200)을 갖는 0.140 ㎜(5.5 밀) 두께의 다층상의 개질된 점탄성 구조물(11)을 적용하였다. 마지막으로, 토레이로부터 P2353U 19 152로서 입수가능한 4 플라이 에폭시 수지 함침된 단일방향 흑연 섬유(102)를 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 고압 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
탄소 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트(54) - 플루오로탄성중합체 장벽 층의 양면에 CRFP
도 4를 참고하면, 에폭시 수지 함침된 탄소 섬유 테이프 및 플루오로탄성중합체 재료를 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편(54)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 준비하였다. 토레이(Toray)로부터 P2353U 19 152로서 입수가능한 4 플라이 에폭시 수지 함침된 단일방향 흑연 섬유(102)들을 먼저 공구에 적용하였다. 이어서, 상기의 "플루오로탄성중합체 장벽 층"에 의한 0.0254 ㎜(1 밀) 두께의 플루오로탄성중합체 장벽 층(210)의 2개의 필름을 적용하였는데, 총 두께 0.0508 ㎜(2 밀)를 위하여 하나를 다른 하나 위에 적용하였다. 마지막으로, 토레이로부터 P2353U 19 152로서 입수가능한 4 플라이 에폭시 수지 함침된 단일방향 흑연 섬유(102)들을 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 고압 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트(55) - CRFP와, VEM 층의 양면에 플루오로탄성중합체 장벽 층
도 5를 참고하면, 에폭시 수지 함침된 탄소 섬유 테이프 및 개질된 점탄성 구조물을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편(55)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 준비하였다. 토레이(Toray)로부터 P2353U 19 152로서 입수가능한 4 플라이 에폭시 수지 함침된 단일방향 흑연 섬유(102)들을 먼저 공구에 적용하였다. 이어서, 점탄성 재료(300)의 양면에 상기의 "플루오로탄성중합체 장벽 층"에 의한 플루오로탄성 장벽 층(210)을 갖는 0.102 ㎜(4 밀) 두께의 개질된 점탄성 구조물(12)을 적용하였다. 마지막으로, 토레이로부터 P2353U 19 152로서 입수가능한 4 플라이 에폭시 수지 함침된 단일방향 흑연 섬유(102)를 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 고압 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트(56) - CRFP와, VEM 층의 양면에 플루오로중합체 장벽 층
도 6을 참고하면, 에폭시 수지 함침된 탄소 섬유 테이프 및 개질된 점탄성 구조물을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편(56)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 준비하였다. 토레이로부터 P2353U 19 152로서 입수가능한 4 플라이 에폭시 수지 함침된 단일방향 흑연 섬유(102)를 먼저 공구에 적용하였다. 이어서, 점탄성 재료(300)의 양면에 플루오로중합체 장벽 층(211)을 갖는 0.102 ㎜(4 밀) 두께의 개질된 점탄성 구조물(13)을 적용하였다. 마지막으로, 토레이로부터 P2353U 19 152로서 입수가능한 4 플라이 에폭시 수지 함침된 단일방향 흑연 섬유(102)를 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 고압 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
평가
경화 후, 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트(50C, 51, 52, 54, 55, 56)로부터의 쿠폰들을 다이아몬드 톱을 사용하여 17.5 ㎜ × 6.0 ㎜ 시편으로 트리밍하였다. 모든 샘플은 복합 적층체 내에 진동 감쇠 층을 포함하였다. 5℃ 증분으로 -60℃로부터 60℃까지 온도를 스위핑(sweeping)하면서 0.1, 1.0, 10 및 100 ㎐의 주파수에서 티에이 인스트루먼츠 다이나믹 미캐니컬 서멀 애널라이저(Dynamic Mechanical Thermal Analyzer, DMTA)에서 다중-주파수 변형 단일 캔틸레버(multi-frequency strain single cantilever) 모드에서 각각의 시편을 시험하였다. 구조물의 진동 감쇠 능력의 척도로서 Tan 델타 특성을 사용하였다. 최대 Tan 델타(피크 감쇠비(Tan δ), 또는 피크 Tan 델타)의 측정 결과가 표 1에 보고되어 있다. 장벽 층을 갖는 실시예는 장벽 층이 없었던 비교용 50C보다 높게 Tan 델타에서 13% 내지 293% 증가를 나타내었다
Figure pct00001
본 발명의 범주 및 원리로부터 벗어남 없이 본 발명의 다양한 변형 및 변경이 당업자에게 명백해질 것이며, 본 발명은 전술된 예시적인 실시 형태들로 부당하게 제한되지 않음이 이해되어야 한다.

Claims (28)

  1. 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트(fiber reinforced resin matrix composite laminate)로서,
    a) 제1 수지 매트릭스를 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스의 제1 층;
    b) 제2 수지 매트릭스를 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스의 제2 층; 및
    c) 섬유 보강 수지 매트릭스의 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이에 위치되어 상기 제1 수지 매트릭스 및 상기 제2 수지 매트릭스에 결합되고,
    i) 적어도 하나의 점탄성 층(viscoelastic layer), 및
    ii) 적어도 하나의 장벽 층(barrier layer)
    을 포함하는 점탄성 구조물을 포함하며,
    상기 점탄성 층 및 상기 장벽 층은 하나의 동일한 층일 수 있거나 상이한 층들일 수 있는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트.
  2. 제1항에 있어서, 점탄성 구조물은 점탄성 층 및 장벽 층 둘 모두인 단일 층을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트.
  3. 제1항에 있어서, 점탄성 구조물은 점탄성 층 및 장벽 층 둘 모두인 단일 층인 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트.
  4. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 점탄성 층은 적어도 하나의 장벽 층과는 조성이 상이한 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트.
  5. 제4항에 있어서, 점탄성 구조물은 적어도 하나의 점탄성 층과는 조성이 상이한 적어도 2개의 장벽 층을 포함하며, 적어도 2개의 장벽 층은 상기 제1 수지 매트릭스 및 상기 제2 수지 매트릭스에 결합되는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트.
  6. 제1항에 있어서, 상기 장벽 층(들)은 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성인 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트.
  7. 제1항에 있어서, 상기 장벽 층(들)은 물, 유기 용매 및 기체에 대하여 실질적으로 불투과성인 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트.
  8. 제1항에 있어서, 점탄성 층들 중 적어도 하나는 10 ㎐에서 DMTA에 의해 전단 모드(shear mode)에서 측정될 때 피크 감쇠비(peak damping ratio)(Tan δ)가 적어도 1.0인 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트.
  9. 제1항에 있어서, 점탄성 구조물은 수지 매트릭스의 조성과는 상이한 조성을 갖는 적어도 하나의 경화된 접착제 층을 추가로 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트.
  10. 제1항에 있어서, 섬유 보강 수지 매트릭스의 제1 층 및 제2 층 중 적어도 하나는 폼(foam), 목재, 또는 허니콤 구조물의 적어도 하나의 코어 층을 추가로 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트.
  11. 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트의 제조 방법으로서,
    a) 제1 경화성 수지 매트릭스를 포함하는 제1 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스를 제공하는 단계;
    b) 제2 경화성 수지 매트릭스를 포함하는 제2 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스를 제공하는 단계;
    c) i) 적어도 하나의 점탄성 층, 및
    ii) 적어도 하나의 장벽 층을 포함하며,
    상기 점탄성 층 및 상기 장벽 층이 하나의 동일한 층일 수 있거나 상이한 층들일 수 있는, 점탄성 구조물을 제공하는 단계;
    d) 라미네이트의 원하는 형상과는 반대인 형상을 갖는 공구(tool)를 제공하는 단계;
    e) 제1 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스, 점탄성 구조물, 및 제2 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스를 이 순서대로 공구 내에 적층하는 단계; 및
    f) 경화성 수지 매트릭스를 경화시켜 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트를 제조하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 점탄성 구조물은 점탄성 층 및 장벽 층 둘 모두인 단일 층을 포함하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 점탄성 구조물은 점탄성 층 및 장벽 층 둘 모두인 단일 층인 방법.
  14. 제11항에 있어서, 적어도 하나의 점탄성 층은 적어도 하나의 장벽 층과는 조성이 상이한 방법.
  15. 제11항에 있어서, 점탄성 구조물은 적어도 하나의 점탄성 층과는 조성이 상이한 적어도 2개의 장벽 층을 포함하며, 적어도 2개의 장벽 층은 상기 제1 수지 매트릭스 및 상기 제2 수지 매트릭스에 결합되는 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 장벽 층(들)은 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성인 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 장벽 층(들)은 물, 유기 용매 및 기체에 대하여 실질적으로 불투과성인 방법.
  18. 제11항에 있어서, 점탄성 층들 중 적어도 하나는 10 ㎐에서 DMTA에 의해 전단 모드에서 측정될 때 피크 감쇠비(Tan δ)가 적어도 1.0인 방법.
  19. 제11항에 있어서, 점탄성 구조물은 수지 매트릭스의 조성과는 상이한 조성을 갖는 적어도 하나의 경화된 접착제 층을 추가로 포함하는 방법.
  20. 제11항에 있어서, 섬유 보강 수지 매트릭스의 제1 층 및 제2 층 중 적어도 하나는 폼, 목재, 또는 허니콤 구조물의 적어도 하나의 코어 층을 추가로 포함하는 방법.
  21. 점탄성 구조물로서,
    i) 적어도 하나의 점탄성 층;
    ii) 적어도 하나의 장벽 층을 포함하며,
    상기 점탄성 층은 상기 장벽 층에 결합되고,
    적어도 하나의 점탄성 층은 적어도 하나의 장벽 층과는 조성이 상이한 점탄성 구조물.
  22. 제21항에 있어서, 점탄성 층에 결합되는 적어도 2개의 장벽 층을 포함하는 점탄성 구조물.
  23. 제21항에 있어서, 상기 장벽 층(들)은 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성인 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 장벽 층(들)은 물, 유기 용매 및 기체에 대하여 실질적으로 불투과성인 방법.
  25. 제21항에 있어서, 점탄성 층들 중 적어도 하나는 10 ㎐에서 DMTA에 의해 전단 모드에서 측정될 때 피크 감쇠비(Tan δ)가 적어도 1.0인 방법.
  26. 제22항에 있어서, 상기 장벽 층(들)은 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성인 방법.
  27. 제22항에 있어서, 상기 장벽 층(들)은 물, 유기 용매 및 기체에 대하여 실질적으로 불투과성인 방법.
  28. 제22항에 있어서, 점탄성 층들 중 적어도 하나는 10 ㎐에서 DMTA에 의해 전단 모드에서 측정될 때 피크 감쇠비(Tan δ)가 적어도 1.0인 방법.
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