KR20110097855A - 수지전이성형을 위한 정압주입법 및 장치 - Google Patents

Abstract

PMC 및 복합재를 제조하는 방법 및 장치는 수지 저장소와 프리폼이 주입 단계 동안 실질적으로 동일한 진공 하에 유지되거나 유지와 관련된 결합된 구조 하에 유지되는 주입 단계를 포함한다. 실질적으로 동일한 진공 압력은 섬유 프리폼의 진공 배깅 어셈블리 내에 동봉되거나 외부에 존재하는 접이식 수지 저장소에 의해 달성될 수 있다. 이 방법은 최대한 달성할 수 있는 진공 압축 압력과 간단해진 수지 주입 공정을 제공한다. 이 공정은 오토클레이브를 이용하여 제조한 복합재에 부합하거나 초과하는 섬유 부피, 공극 함량 및 적층체 품질을 나타내는, 본 명세서에 개시된, 프리프레그 및 항공우주 등급의 섬유 보강 수지 복합재를 제조하는데 사용될 수 있다.

Description

수지전이성형을 위한 정압주입법 및 장치{CONSTANT PRESSURE INFUSION PROCESS AND APPARATUS FOR RESIN TRANSFER MOLDING}

본 발명의 양태들은 수지주입법(resin infusion process), 특히 진공압력 프로세싱을 이용하여 섬유 보강 복합재를 제작하는 수지주입법에 관한 것이다.

섬유 보강 중합체 매트릭스 복합재(Fiber-reinforced polymer matrix composite: PMC)는 공격적 환경에 대한 내성, 고강도 및/또는 저중량을 필요로 하는 응용들에 상용되는 고성능 구조 재료이다. 이러한 응용들의 예로는 항공기 부품(예, 꼬리, 날개, 동체, 프로펠러), 활주선 및 자전거 프레임을 포함한다. PMC는 중합체 수지와 같은 매트릭스 물질과 함께 결합된 섬유 층을 포함한다. 이 섬유는 매트릭스를 보강하여 복합재가 지탱하는 하중의 대부분을 견디지만, 매트릭스는 복합재가 지탱하는 하중의 소수 부분을 견디고 파괴된 섬유로부터 무손상 섬유로 하중을 전달한다. 이러한 방식으로, PMC는 매트릭스 또는 섬유가 단독으로 지탱할 수 있는 것보다 더 큰 하중을 지탱할 수 있다. 또한, 보강 섬유를 특정 기하형태 또는 배향으로 맞추면, 복합재는 최소의 중량과 부피로 효과적으로 설계할 수 있다.

PMC의 제조를 위해 수많은 방법이 개발되었다. 그 예로는 습윤 레이업(wet layup), 프리프레깅(prepregging) 및 액체 주입(liquid infusion)을 포함할 수 있다. 습윤 레이업에서는 보강 섬유가 매트릭스 물질로 습윤화되고 주형 공동부에 배치된 후 단단해지거나 또는 경화된다. 이 방법은 자동화된 방식으로, 예컨대 초퍼 건(chopper gun) 또는 무수 섬유 롤을 받아서 수지 침지조를 통과시키고, 습윤화된 섬유를 주형에 배치하는 기계로 수행할 수 있다. 또는, 수지는 솔을 사용해 손으로 적용할 수도 있다.

프리프레깅에서, 복합재 성분은 예비함침된 제직물 또는 프리프레그로 조립된다. 보강 섬유는 조절된 방식으로 매트릭스 수지로 함침되고, 수지의 중합을 억제하기 위해 동결한다. 동결한 프리프레그는 그 다음 수송하고 필요할 때까지 동결된 조건에서 보관한다. 프레프레그로부터 복합재 부품을 제조할 때, 프리프레그는 실온으로 해동시키고, 일정 크기로 절단한 다음, 주형 공동부에 배치한다. 일단 배치되면, 프리프레그는 진공 백에 넣은 뒤 최소 공극과 필요한 섬유 부피 분율을 달성하기 위해 압력 하에 경화시킨다.

액체 주입법에서, 보강 섬유는 주형 공동부 또는 무수 조건에서 망상 압형(net-shape tooling)을 위한 다른 기구에 넣고, 매트릭스 수지로 습윤화시킨 뒤, 경화시킨다. 액체 주입법은 다양한 기술, 예컨대 고압 및 저압 수지 전이 성형(RTM), 수지 필름 주입(RFI), 진공 보조 수지 전이 성형(VARTM), 인발(pultrusion), 초 VARTM, 씨맨 복합재 수지 주입 성형법(SCRIMP^®), 반응 주입 성형(RIM) 또는 동질화된 수지 전이 성형(SQUIRTM)에 의해 달성될 수 있다.

하지만, 이 방법들은 각각 문제가 있을 수 있다. 습윤 레이업 조립은 비교적 고가이지만, 일반적으로 섬유 부피 분율이 적고 다공성이 큰 복합재를 생산하여, 이와 같이 제조된 복합재의 총 강도 및 품질을 저하시킨다. 이에 반해, 프리프레깅을 통한 복합재의 조립은 섬유 부피 분율의 증가와 공극 함량의 감소를 달성할 수 있지만, 프레프레그의 조립 비용이 훨씬 많이 든다. 또한, 동결된 프리프레그의 보관 수명은 동결된 상태에서도 지속적인 중합으로 인해 제한적이며, 취급이 조심스럽게 조절되어야 한다. 또한, RTM과 같은 주입 및 다른 밀폐 주형법에 의한 복합재의 조립은 필수 압형 및 액체 주입 시스템을 수득하고 유지하는데 드는 높은 비용 덕분에 역시 비용이 많이 든다.

이에, 제조되는 복합재의 강도와 품질은 증가시키지만, 재료의 생산 비용을 줄이는, 섬유 부피 분율이 높고 다공도가 적은 복합재, 및 이 재료의 제조 방법 및 장치가 당해 기술분야에 필요한 실정이다.

본 발명의 한 양태인 본 명세서에 논의된 정압 주입법(CPI VaRTM)은 내부 압력 구배로 인해 유발될 수 있는 중합체 매트릭스 복합재의 성질 변동을 실질적으로 감소시켜, 확실하고 반복가능하며 예측가능하고 조절된 복합재 제조 공정을 제공한다. 한 양태에 따르면, 매트릭스의 주입 또는 경화 동안 섬유 프리폼을 따라 형성하거나 지속하는 압력 구배의 가능성이 억제될 수 있다. 이것은 매트릭스 주입 공정 동안 탈기된 부피에서 잠재적 변화를 억제할 수 있는 달성가능한 최고의 프리폼 압축을 항상 제공한다. 이 공정은 통상의 프리프레그로부터 제조되고 오토클레이브에서 경화된 복합재에 부합하거나 초과하는 복합 적층체를 꾸준하게 생산한다. 또한, CPI VARTM 공정의 양태들은 배깅 체제(bagging scheme)에 수지 저장소 및 관련 공급 관/흐름 압축기를 포함하는 것 외에는 어떠한 추가 장비를 필요로 하지 않는다.

또한, 본 발명의 양태들은 상당히 간략화된 주입 공정을 가능하게 한다. 이것은 성분의 배깅 내에 수지 공급원의 배치를 통해 달성되며, 이는 외부 관재료 또는 수지 공급원을 사용할 필요성을 줄이거나 실질적으로 없애준다. 이것은 오븐 내로 주입되는 성분들이 가장 최적으로 패킹되게 하며, 이는 하나의 오븐 작업으로부터 더 많은 성분들이 생산될 수 있게 하여, 복합재 생산 비용을 현저하게 감소시킨다.

도 1A는 수지 주입 과정 동안 수지 주입 전인 섬유 프리폼 내의 압력을 개략적으로 도시한 도면이다;
도 1B는 수지 주입 과정 동안 압력 구배가 형성된 후의 섬유 프리폼 내의 압력을 개략적으로 도시한 도면이다;
도 1C는 수지 주입 과정 동안 섬유 프리폼의 탈기된 구역 내로 수지가 유인될 때, 섬유 프리폼 내의 압력을 개략적으로 도시한 도면이다;
도 1D는 섬유 프리폼의 탈기된 구역 중 적어도 일부에 수지가 충전된 후 섬유 프리폼 내의 압력을 개략적으로 도시한 도면이다;
도 2A는 본 발명의 수지 주입 시스템의 한 양태를 개략적으로 도시한 것이다;
도 2B는 다수의 수지 저장소를 보유한 본 발명의 수지 주입 시스템의 다른 양태를 도시한 개략도이다;
도 2C는 지지 보강재를 함유하는 본 발명의 수지 주입 시스템의 다른 양태를 도시한 개략도이다.
도 2D는 외부 밸브를 함유하는 발명의 수지 주입 시스템의 다른 양태를 도시한 개략도이다.

본 명세서에 사용된 "대략", "약" 및 "실질적으로"란 용어는 원하는 기능을 그대로 수행하거나 원하는 결과를 달성하는 언급된 양에 가까운 양을 나타낸다. 예를 들어, "대략", "약" 및 "실질적으로"는 기술된 양의 10% 미만 내, 5% 미만 내, 1% 미만 내, 0.1% 미만 내, 0.01% 미만 내의 양을 의미할 수 있다.

본 명세서에 사용된 "프리프레그"란 용어는 전술한 바와 같이 당업자에게 알려진 바와 같은 통상적인 의미이다. 프리프레그는 그 부피의 적어도 일부 내에 매트릭스 물질로 함침된 섬유 시트 또는 섬유 박판을 포함할 수 있다. 매트릭스는 부분 경화된 상태로 존재할 수 있다. 한 양태에서, 프리프레그는 다공도가 프리프레그의 총 부피를 기준으로 약 0.1 내지 1.5 vol% 사이이다.

본 명세서에 사용된 "경화하는" 및 "경화"란 용어는 당업자에게 알려진 통상적인 의미인 것으로, 중합 및/또는 가교 과정을 포함할 수 있다. 경화는 가열, 자외선 노출 및 방사선 노출을 포함하는 과정에 의해 수행될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 특정 양태에서, 경화는 매트릭스 내에서 일어날 수 있다. 경화 전에, 매트릭스는 약 실온에서 액체, 반고체, 결정형 고체 및 이의 배합물인 하나 이상의 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 주입 및 경화는 단일 과정으로 수행할 수 있다.

본 명세서에 사용된 "매트릭스", "수지" 및 "매트릭스 수지"란 용어는 당업자에게 알려진 바와 같은 통상적인 의미인 것으로, 열경화성 및/또는 열가소성 물질을 함유하는 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다. 그 예로는, 에폭시, 에폭시 경화제, 페놀계 물질, 페놀, 시아네이트, 이미드(예컨대, 폴리이미드, 비스말레이미드(BMI), 폴리에테르이미드), 폴리에스테르, 벤족사진, 폴리벤즈이미다졸, 폴리벤조티아졸, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리설폰, 폴리에테르 설폰, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에테르 케톤(예, 폴리에테르 케톤(PEK), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리에테르 케톤 케톤(PEKK) 및 이의 유사물), 이의 배합물, 및 이의 전구체를 포함할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 한 양태에서, 수지는 단성분(single part) 에폭시 수지 시스템이다. 다른 양태에서, 수지는 저 점도의 단성분 에폭시 수지이다. 다른 양태에서, 수지는 실온에서는 매우 고 점도이지만, 승온에서는 저 점도이고 가사시간(pot life)이 길다. 이 경우에, 수지의 고 점도는 실온에서 프리폼 내로 수지의 유입을 방지할 수 있다. 따라서, 공정 동안, 수지는 수지를 저 점도로 용융시켜 프리폼 내로 수지가 유입되게 할 수 있는 온도로 가열할 수 있다. 고 점도 수지는 상온에서 점도가 약 3000 cp 내지 약 20000 cp이고, 고 점도 수지는 30 내지 125℃에서 점도가 약 50 cp 내지 약 500 cp일 수 있다. 다른 양태에서, 수지는 실온에서 저 점도이다. 저 점도 수지는 상온에서 점도가 약 50 cp 내지 약 700 cp일 수 있다. 한 양태에서, 복합재의 매트릭스 함량은 복합재의 부피를 기준으로 약 30 내지 70 vol%이다.

본 명세서에 사용된 "주입"이란 용어는 당업자에게 공지된 통상의 의미인 것으로, 프리폼 내로 수지의 도입을 포함할 수 있다. 한 양태에서, 수지의 주입은 진공 압력에 의한 수지의 프리폼 내로의 기계적 유도를 포함할 수 있다. 다른 양태에서, 주입은 수지 저장소에 열 및 외부 압력 중 하나 이상을 적용하여 수행할 수 있다. 열 또는 압력의 적용은 저장소로부터 프리폼으로 수지의 이동을 촉진한다. 한 양태에서, 주입은 약 40 내지 약 120 ℃ 사이에서 일어난다. 다른 양태에서, 주입은 약 상온에서 일어난다.

본 명세서에 사용된 "저장소"란 용어는 당업자에게 통상적인 의미인 것으로, 접이식 저장소, 예컨대 접이식 막 또는 다른 가요성 저장소, 또는 피스톤 구동식 저장소를 포함할 수 있다. 다른 양태에서, 저장소는 수지 방출 시스템을 보유한 접이식 표준 주입 배깅 체제의 일부이다. 본 명세서에서 논의된 방법 및 장치는 하나 이상의 수지 저장소를 포함할 수 있다. 다수의 수지 저장소는 하나 이상의 프리폼과, 예컨대 직렬로 또는 병렬로 결합되거나, 데이지 체인으로 함께 연결되어 적당한 수지를 전달하고 프리폼에 완전히 주입시킨다.

본 발명의 한 양태에서, 수지 공급물 시스템은 주입되어야 하는 프리폼과 동일한 진공 상태로 유지되는 접이식(collpasible) 수지 백 또는 저장소로 구성된다. 또한, 수지 저장소는 일반적으로 주입되고 있는 프리폼과 동일한 백 내에 배치된다. 이 공정은 종래 기술 하에 커버되는 전술한 임의의 수의 방법을 통해 프리폼이 압축된다는 점에서 종래의 방법을 따른다. 본 발명의 한 양태는 조절되거나 또는 조절되지 않는 외부 수지 공급원을 이용하는 것이 아니라, 진공 백 하에서 저장소에 적용된 대기압을 견디지 못하는 수지 저장소에 의존하는 내부 급원을 이용한다. 이 시스템은 프리폼이 완전하게 압축되게 하고 전 공정 동안 최대 대기압 하에 유지되게 한다. 한 양태에 따르면, 수지 공급물 저장소는 또한 동일한 최대 대기압 조건하에 유지되지만, 수지는 진공 적용 시에 탈기된 공간을 채우도록 허용되지는 않는다.

수지의 흐름은 여러 방법을 통해 정지시킬 수 있다. 예를 들어, 한 양태에서, 수지는 흐름을 억제하는 실온에서 고 점도인 후, 주입 공정 동안 가열 시 용융하거나 또는 저 점도가 되는 것이 사용될 수 있다. 다른 양태에서, 흐름 압축기는 열 또는 외부 영향에 의해 활성화되는 프리폼과 수지 저장소 사이에서 사용될 수 있다. 흐름 제한 장치는 밀폐된 동안 수지가 프리폼 내로 유입되지 않게 하는 외부 밸브 등이 저장소와 프리폼 사이의 공급관에 배치될 수 있다.

다른 양태에서, 수지는 진공을 적용한 직후 프리폼에 주입되기 시작하고, 다른 양태에서, 수지 흐름은 프리폼이 완성되고 압축된 뒤 주입 준비가 된 다음 개시된다.

본 명세서에 사용된 "유체 소통"이란 용어는 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 저장소부터 프리폼의 공급관까지 연결한 공급관과 같은 구조와 관련이 있을 수 있다. 한 양태에서, 저장소에서 프리폼으로 이동하는 수지의 속도는 10 ml/min 내지 1000 ml/min 사이이다.

본 명세서에 사용된 "프리폼" 또는 "섬유 프리폼"이란 용어는 당업자에게 통상적인 의미인 것으로, 섬유 어셈블리, 예컨대 수지를 받을 준비가 된 단방향 섬유 및 제직물을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 논의된 방법 및 장치는 하나 이상의 프리폼을 포함할 수 있다.

본 명세서에 사용된 "진공" 또는 "진공 압력"이란 용어는 당업자에게 통상적인 의미인 것으로, 1기압 또는 그 이하의 진공 압력을 포함할 수 있다. 주입 단계 동안에도 실질적으로 동일한 진공 압력이 주입 단계의 길이 동안 적용될 수 있다. 한 양태에서, 진공의 양은 약 0-1 atm이다. 다른 양태에 따르면, 오토클레이브와 같은 가압 셀 등의 2차 수단에 의해 압력이 더 추가될 수 있다. 또한, 1 atm, 0.9 atm, 0.8 atm, 0.7 atm, 0.6 atm, 0.5 atm, 0.4 atm, 0.3 atm, 0.2 atm, 0.1 atm의 진공 압력도 고려된다. 한 양태에 따르면, 주입 단계 동안 프리폼에는 압력 구배가 거의 형성되지 않는다. 한 양태에서, 본 방법은 섬유 보강 복합재를 제조하는 진공 전용 수지 주입 방법에 관한 것이나, 이에 국한되는 것은 아니다. 한 양태에서, 진공 압력은 전체 주입 및 경화 사이클 동안 전체 무수 섬유 프리폼 상에서 완전하게 유지된다.

본 명세서에 사용된 "인클로저" 또는 "진공 백"이란 용어는 각각 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 주입 또는 경화 단계 동안 저장소 및 프리폼의 진공 압력을 거의 동일하게 유지할 수 있는 임의의 인클로저 또는 진공 백을 포함할 수 있다. 한 양태에서, 인클로저 또는 진공 백은 프리폼을 압축한다. 예를 들어, 한 양태에서, 인클로저의 적어도 일부는 진공 압력으로 처리되었을 때 프리폼의 형태와 실질적으로 일치한다. 다른 양태에서, 인클로저 또는 진공 백은 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 라텍스, 실리콘 및 비닐 중 적어도 하나, 예컨대 플라스틱 백을 포함한다. 다른 양태에서, 인클로저 또는 진공 백은 진공 막을 형성하기 위해 프리폼 전체 또는 일부를 커버하는 반경질 물질을 포함한다.

한 양태에서, 프리폼 및 수지 저장소는 동일한 인클로저 또는 진공 백에 존재한다. 당해의 방법과 장치는 하나 이상의 인클로저 또는 진공 백을 포함할 수 있다. 다른 양태에서, 프리폼 및 수지 저장소는 별도의 인클로저 또는 진공 백에 존재한다.

한 양태에서, 저장소는 고갈되고 프리폼은 충전될 수 있고, 이어서 구성 부품은 완전 경화될 수 있다. 구성 부품의 경화 후, 초음파법으로 비-파괴적으로 조사하고 두께, 섬유 부피 및 공극 함량 중 적어도 하나에 대해 측정할 수 있다. 한 양태에서, 구성 부품은 여기에 혼입된 하나 이상의 보강 부재를 포함한다. 구성 부품은 경화 과정 동안 보강재(stiffener)를 지탱하는 부유 카울(caul)로 조성될 수 있다. 구성 부품은 최소의 변동 하에 항공우주분야의 요건을 만족시키는 것이 바람직하다.

본 명세서에 사용된 "복합재"란 용어는 각각 전술한 바와 같이 당업자에게 공지된 통상의 의미인 것으로, 적층체 및 중합체 매트릭스 복합재를 포함한다. 한 양태에서, 복합재는 섬유 함량이 복합재 총 부피를 기준으로 적어도 55%, 다른 양태에서 60% 또는 그 이상, 65% 또는 그 이상, 70% 또는 그 이상, 75% 또는 그 이상, 80% 또는 그 이상이다. 한 양태에서, 복합재는 다공도가 복합재의 총 부피를 기준으로 약 0.1 내지 1.5 vol% 사이이다. 본 공정은 오토클레이브에서 제조된 종래 복합재에 부합하거나 초과하는 공극 함량이 낮고 섬유 부피가 높은 복합재를 생산할 수 있다. 수득되는 복합재는 항공우주분야의 응용예를 비롯한 이에 국한되지 않는 응용예들에 사용될 수 있다.

본 명세서에 사용된 "섬유 부피 분율"이란 용어는 각각 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 총 복합재 부피 중 섬유 부피의 백분율을 기준으로 한, 복합재 중의 섬유 양을 포함한다. 일부 양태에서, 복합재의 섬유 부피 분율은 동일한 성분을 함유하지만 프리폼과 저장소가 주입 단계 동안 거의 동일한 진공 압력 하에 유지되지 않는 방법에 의해 생산된 복합재의 섬유 부피 분율보다 크다. 복합재에 사용된 섬유 또는 직물의 종류는 섬유 부피 분율 계산에 영향을 미치고, 이에 따라 일부 양태에서 본 명세서에 개시된 방법에 의해 생산된 복합재의 섬유 부피 분율과 종래 방법에 의해 생산된 복합재의 섬유 부피 분율의 비교에는 동일한 섬유 또는 직물이 사용된다. 다른 양태에서, 본 명세서에 기술된 방법은 종래 VARTM 방법, 예컨대 주입 단계 동안 저장소와 프리폼이 거의 동일한 진공 압력 하에 유지되지 않는 방법에 의해 달성되는 섬유 부피 분율보다 1% 이상, 예컨대 2% 이상, 3% 이상, 4% 이상, 5% 이상, 6% 이상, 7% 이상, 8% 이상, 9% 이상 또는 10% 이상, 예컨대 약 3 내지 5% 이상인 복합재의 섬유 부피 분율을 달성한다. 추가 양태에서, 섬유 부피 분율은 58 부피% 이상, 예컨대 59 부피% 이상, 60 부피% 이상, 61 부피% 이상, 62 부피% 이상, 63 부피% 이상, 64 부피% 이상 또는 65 부피% 이상이다.

본 명세서에 사용된 "두께"란 용어는 각각 당업자에게 통상적인 의미인 것으로, 복합재를 구성하는 하나 이상의 층들 각각의 두께를 포함한다. 일부 양태에서, 하나 이상의 층은 두께가 거의 균일하고, 예컨대 두께가 각 층들의 전체 면적 상에서 거의 변동이 없다. 일부 양태에서, 각 층들의 면적에서 변동은 약 3% 이하, 2.5% 이하, 2% 이하, 1.5% 이하, 1% 이하 또는 0.5% 이하이다. 층은 블랭킷이라 불리기도 하는 두꺼운 층을 포함할 수 있다.

본 명세서에 기술된 방법은 추가 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프리폼은 주입 단계 전 또는 주입 단계 동안에도 압축 및 디벌킹(debulking) 처리될 수 있다. 한 양태에서, 압축 압력은 주입 단계의 기간 동안 실질적으로 일정하다. 일반적으로, 주입 단계 동안 압축 압력은 종래 방법보다 크고, 즉 수지 저장소와 프리폼은 실질적으로 동일한 진공 압력 하에 있는 것이 아니다.

본 명세서에 기술된 방법은 추가로 주입 단계 전에 수지의 적어도 일부를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 한 양태에서, 프리폼 내의 수지 저장소를 포함하는 전체 어셈블리는 오븐에 넣어, 수지를 저 점도로 용융하여 수지가 프리폼 내로 흐르도록 하는 온도로 가열할 수 있다.

본 명세서에 사용된 "~의 적어도 일부"란 용어는 전체를 포함할 수 있는 전체의 양을 포함하는 전체 양을 나타낸다. 예를 들어, "~의 일부"란 용어는 전체의 0.01% 이상, 0.1% 이상, 1% 이상, 10% 이상, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 99% 이상 및 100%인 양을 의미할 수 있다.

본 명세서에 사용된 "실온" 또는 "상온"이란 용어는 당업자에게 알려진 바와 같은 통상적인 의미인 것으로, 약 16℃(60℉) 내지 32℃(90℉) 범위 내의 온도를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 "섬유"란 용어는 당업자에게 알려진 바와 같은 통상적인 의미인 것으로, 복합재의 보강을 위해 맞춰진 하나 이상의 섬유성 물질을 포함할 수 있다. 섬유는 입자, 박편, 세선, 단섬유, 연속 섬유, 시트, 층(ply) 및 이의 복합 형태 중 임의의 형태일 수 있다. 연속 섬유는 또한 단방향성, 다차원성(예, 2차원 또는 3차원성), 부직성, 제직성, 편직성, 스티치형, 권선형 및 땋은 배열뿐 아니라 소용돌이형 매트, 펠트 매트 및 잘게 썬 매트 구조 중 임의의 형태를 채택할 수 있다. 제직형 섬유 구조는 약 1000개 미만의 필라멘트, 약 3000개 미만의 필라멘트, 약 6000개 미만의 필라멘트, 약 12000개 미만의 필라멘트, 약 24000개 미만의 필라멘트, 약 48000개 미만의 필라멘트, 약 56000개 미만의 필라멘트, 약 125000개 미만의 필라멘트, 및 약 125000개 이상의 필라멘트를 보유하는 복수의 제직형 토우를 포함할 수 있다. 추가 양태로, 토우는 교차-토우 스티치, 위사-삽입 편직 스티치 또는 소량의 수지, 컨대 사이징(sizing)에 의해 위치가 고정될 수 있다.

섬유 조성물은 필요에 따라 변경될 수 있다. 섬유 조성물의 양태로는, 유리, 탄소, 아라미드, 석영, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리-p-페닐렌-벤조비스옥사졸(PBO), 붕소, 탄화규소, 폴리아미드, 탄소, 흑연 및 이의 배합물을 포함할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 한 양태에서, 섬유는 탄소, 섬유유리, 아라미드 또는 다른 열가소성 물질이다. 보강 섬유는 유기 또는 무기성일 수 있다. 또한, 섬유는 연속 형태 또는 비연속 형태인 것을 포함하는 직물 구조를 포함할 수 있다.

본 명세서에 사용된 "레이업"이란 용어는 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 서로 인접 배치된 하나 이상의 프리프레그를 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 레이업 내의 프리프레그는 서로에 대해 선택된 배향으로 위치할 수 있다. 또 다른 양태에서, 프리프레그는 경우에 따라 선택된 배향으로부터 상대적 움직임을 억제하기 위해 실 재료로 함께 꿰맬 수 있다. 추가 양태에서, "레이업"은 본 명세서에 논의된 바와 같은 완전 함침된 프리프레그, 부분 함침된 프리프레그 및 천공된 프리프레그의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 레이업은 수동 레이업, 자동 테이프 레이업(ATL), 진보 섬유 배치(AFP), 및 필라멘트 권선을 포함할 수 있는 기술에 의해 제조할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

본 명세서에 사용된 "강화(consolidation)"란 용어는 당업자에게 알려진 통상적인 의미인 것으로, 섬유 내 및 섬유 인접의 공극 공간을 치환하도록 수지 또는 매트릭스 물질이 흐르는 과정을 포함할 수 있다. 예를 들어, "강화"는 섬유와 프리프레그 사이 및 섬유와 프리프레그 내 등의 공극 공간, 천공 등 내로의 매트릭스의 흐름을 포함할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. "강화"는 추가로 열, 진공 및 적용 압력 중 하나 이상의 작용 하에 일어날 수 있다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "액체 주입 공정"이란 용어는 당업자에게 알려진 통상적인 의미인 것으로, 통상적인 액체 주입 공정을 포함할 수 있다. 액체 주입 공정은 먼저 보강 섬유가 주형 공동부, 다이 헤드 또는 망상 압형의 임의의 다른 수단 내에 무수 조건에서 배치되고, 그 다음 수지성 매트릭스로 습윤화된 뒤 경화되는 임의의 공정을 포함할 수 있다. 이 공정은 많은 다른 공정 전략, 예컨대 RTM, RFI, VARTM, RTM Light, 인발(Pultrusion), Hyper VARTM, SCRIMP, RIM, SQUIRTM 및 액체 주입 공정의 변형인 다수의 다른 공정들에 의해 달성될 수 있다. 이러한 종래 방법들은 각각 장단점이 있다. 이 공정들 대부분간의 주요 차이는 압형의 정확성 및 비용에 관한 것이다.

종래의 RTM 및 밀폐된 주형 공정들에서는 압형의 획득 및 유지에 비용이 많이 들지만, 압형은 이 공정의 가장 중심적인 부분이다. 이 기구는 구성 부품의 최종 형태와 표면 조절을 결정하고, 또한 수지를 충전하고 그 내에 포위된 무수 섬유를 습윤화하는 방식을 결정하는데 있어서 실질적인 역할을 한다. 통상적으로, 이러한 밀폐된 주형 공정들로 제조된 구성 부품의 크기와 형태는 압형이 다룰 수 없는 것이기 때문에 제약이 있다. 또한, 압형 외에, 온도와 고압에서 수지를 주입하는데 필요한 종래의 장치, 예컨대 프레스 및 주입기는 구입과 유지에 많은 비용이 들 수 있다. 이에 저가 압형을 이용하고 수지 주입 시스템을 없앤, 밀폐된 주형 공정 내에 약간의 변형을 일으킬 수 있지만, 이 역시 일반적으로 다른 액체 주입 공정보다 많은 이용이 든다. 하지만, 이 공정들은 일반적으로 항공우주용급의 적층체에 필요한 최소의 공극과 높은 섬유 부피를 산출했다.

또한, 액체 주입 공정은 밀폐된 주형 공정의 변형인 단면 액체 주입 공정을 포함한다. 2면 기구 대신에 단면 기구가 대향 면에 사용된 가요성 백과 함께 이 공정에 사용된다. 이 공정은 단면 주형을 필요로 하고 이 공정을 지원하는데 최소의 추가 장치만을 필요로 하며 제약이 극히 적기 때문에 저가형 밀폐된 주형 공정이다. 이 공정은 무수 섬유를 습윤화하는 수지의 공급과 충전에 진공(대기압)만을 이용한다. 적층체에 진공 압력을 유지하는 적당한 주입 기술과 저점도 수지 재료를 사용하면 항공우주용급 적층체가 제조될 수 있다.

상기 종래 공정의 문제점 중 하나는 수지 공급 시스템이 일반적으로 백에 담긴 프리폼 외부에 존재하고 수지 공급이 일반적으로 부분별로 차례차례 모니터되기 때문에 일어난다. 이 시스템은 공정 동안 모니터 및 조절되어야 하며 누설부가 형성될 기회와 오류가 일어날 기회를 제공하는 다수의 유입구 및 유출구 튜브를 초래한다. 이러한 추가적인 문제점은 한번에 주입될 수 있는 구성부품의 수에 제약을 주고, 결과적으로 오븐내 공간의 비효율적 사용으로 인한 비용 증가를 초래한다. 앞에서 논한 바와 같이, 오토클레이브에서 제조된 프리프레그 적층체는 일반적으로 구성부품의 최대 수가 동시에 경화되도록 배열된다.

또 다른 종래의 액체 주입 공정은 인발(pultrusion)이며, 이는 다른 액체 주입 공정에 비해 제한이 많다. 인발 방법은 특정 횡단면을 가진 다이에 무수 섬유를 도입시키는 단계 및 위치한 즉시 수지를 도입시킨 후 경화시키는 단계를 포함한다. 이 공정은 전형적인/일정한 횡단면을 가진 긴 연속 구성부품을 제조하는데 일반적으로 사용된다.

무수 섬유를 공급 및 습윤화하는데 진공(예, 대기압)에만 의존하는 전술한 종래의 단면 액체 주입 방법은 이하에 더 상세하게 논한다. 프리폼의 무수 섬유를 공급 및 습윤화하는데 1차적인 힘으로서 진공을 이용하는 통상적인 무수 섬유의 액체 주입은 당업계에 공지되어 있다. 이 공정에 관한 허여된 특허로는, 1940년대와 50년대에 처음 사용된 마르코법(미국 특허 2,495,640)과 스미스법(미국 특허 2,913,036)을 시작으로, 최근 특허인 팔머법(미국 특허 4,942,013) 및 씨맨법(미국 특허 4,902,215)까지 다수의 특허가 있다. 또한, 무수 섬유에 수지를 도입 및 분포시키는 방법을 설명한 기술 보고와 잡지에는 공정에 대한 다양한 변형도 소개되어 있다.

무수 섬유(프리폼)를 주입 또는 함침시키기 위한 대기압의 사용은 대기와 진공 사이에 존재하는 자연 압력차를 이용하는 상당히 간단한 방법이다. 일반적인 종래 주입 공정에서, 수지 용기 또는 액체 수지 공급 시스템은 대기 조건에서 존재하고 프리폼은 진공 조건에서 백 안에 있다. 프리폼은 배깅에 대하여 대기에 의해 압축되고, 그 결과 도 1A에 도시한 바와 같이 배깅 상에 동일한 반응 힘을 발생시킨다.

최종 결과는 일부 퍼센트가 프리폼의 섬유로 충전되어 있고 나머지 부피는 비어있는 탈기된 공간의 최종 부피이다. 탈기된 공간의 부피는 여러 변수, 예컨대 프리폼을 압축하는 대기압의 양을 결정하는 상기 공간 내의 진공의 양 및 압축되는 프리폼의 탄성에 따라 달라진다. 이러한 탄성은 보통 프리폼의 "용적률(Bulk Factor)"이라 불린다. 항공우주용 품질의 적층체를 획득하기 위해 그 부피 중의 섬유 백분율은 일반적으로 55% 이상이어야 한다. 섬유 백분율은 직물 구조, 섬유/토우 크기 및 섬유 배열과 같이 프리폼의 제작 시에 존재하는 많은 변수들의 함수이다.

프리폼을 55% 이상의 섬유 부피 상태로 압착하는 방법에는 여러 가지가 있다. 이는 미국 특허 출원 공개번호 2005/0073076 A1(Woods)에 기술된 바와 같은 다수의 디벌크(debulk) 사이클을 포함할 수 있다. 또한, 압착은 디벌크 사이클과 함께, 프리폼이 함께 결합하도록 돕는 열의 적용을 수반할 수 있다. 또 다른 방법은 함께 치밀한 망을 형성하는 직물 설계를 수반한다. 이 외에도 기술 문헌에 설명되어 있는 방법은 다수가 있지만, 이 공정들 전체의 목표는 탈기된 부피 내에 섬유 백분율을 증가시키는 것이다. 섬유 백분율을 증가시키면 1차 하중 운반 부재(섬유)의 밀도 증가로 인해 적층체의 기계적 성질을 향상시킬 수 있다.

프리폼을 압착시키는 천연 디트랙터(detractor)는 진공 저하 및 그 결과 산출되는 프리폼을 압축시키는 대기압의 상실이다. 진공이 저하되면 프리폼의 탄성은 배깅에 상반되게 작용하여 부피를 유효하게 증가시키고 섬유의 밀도를 감소시킨다. 이러한 천연 디트랙터는 수지를 공급하고 프리폼을 수지로 충전시키는 주요 힘이 때문에 일반적인 주입 공정의 주요 관심사이다.

전형적인 주입 공정에서, 주입은 도 1A에 제시한 안정 상태가 수지 공급구가 열린 개방 시스템이 될 때 시작하고 대기압은 압력 구배를 형성하여 도 1B에 제시한 바와 같이 압축된 프리폼 내로 수지를 강제 유입시킨다.

구체적으로, 도 1A 및 1B는 종래 주입 공정이 가진 문제점을 예시한다. 도 1A는 진공 백에 담겨 주입 준비가 된 안정 상태 조건에서의 종래 주입 공정의 모식도이다. 한 예에 따르면, 진공이 개시되면 수지 공급구는 봉쇄될 수 있으며 프리폼을 따라 압력 구배가 전혀 형성되지 않는다. 대기압(P_A)은 최종 백 압력이 1 기압인 모든 곳에 존재한다. 프리폼은 기계적 저항력 F_P 을 가지고 압형과 백에 대항하여 반응한다.

도 1B는 수지 공급 관이 열리고 압력 구배가 형성될 때인 초기 개방 상태에서의 주입 공정을 도시한 모식도이다. 압력 구배는 진공 유출구 P_A 로부터 수지 압력 P_R = P_A + (헤드) 상태인 수지 유입구까지 프리폼을 따라 형성된다. 이것은 고압 구역에서부터 저압 구역까지 수지가 흐르게 한다. 헤드는 프리폼에 들어가기 전에 공급관 내의 수지 컬럼의 높이로 인해 임의의 +/- 압력이다. 버킷이 공급 지점 위에 있다면, 공급 지점에서 1기압을 초과하는 수지 압력을 유발하는 포지티브 헤드(positive head)가 존재한다. 버킷이 공급 지점 아래에 있다면, 네거티브 헤드(negative head)가 존재하고 수지는 대기보다 낮은 압력에 존재할 것이다. 주의할 점은 점성 효과가 일반적으로 약간의 (-) 헤드/투과율 손실 및 다르시 법칙을 유도한다는 점이다. 점성 손실 또는 (-) 헤드가 진공-유도성 압력 구배에 부합하거나 초과한다면 주입은 지연될 것이다. 또한, 프리폼의 반응력(F_P)이 계속되고 침투 동안 진공 압력이 감소하면(P_A로 환원), F_P는 미압축된 물리적 상태로 효과적으로 감소할 것이라는 점도 유의한다.

프리폼을 따라 형성된 최종 압력 구배는 수지를 탈기된 부피 내로 유인할 뿐만 아니라 프리폼을 압축하는 진공 압력을 감소시킨다. 이러한 진공 상실은 프리폼의 탄성으로 하여금 진공이 감소된 부피를 증가시키는 백에 대항하여 작용하게 한다. 주입이 계속되면, 감소된 진공 면적은 도 1C 및 1D에 도시된 바와 같이 더 많은 수지가 탈기된 부피 내로 유인될수록 증가한다.

도 1C 및 도 1D에 도시된 바와 같이, 프리폼 내의 압력 구배와 그로 인한 프리폼 두께와 섬유 부피의 변화는 주입 공정 동안 달라지고 조절하기가 어렵다. 이러한 변동은 다수의 정보, 예컨대 부품 크기, 두께, 투과율, 유동 매질 재료, 배깅 체제, 수지 유입구 및 유출구 위치, 및 수지가 도입되어 프리폼에 공급되는 방식에 영향을 미치는 다수의 다른 요인들에 따라 달라진다. 이러한 조절되지 않는 변동은 비균일한 두께 또는 낮은 섬유 부피를 초래하기 때문에 항공우주용 부품 내로의 주입 공정을 채택하는데 있어서 주요 장애물이었다.

더욱 구체적으로, 도 1C는 수지가 탈기된 부피 중으로 유인되어 빈 공간을 채우고 이 구역 내의 진공 압력을 감소시키는, 개방 상태에서의 주입 공정을 도시한 모식도이다. 프리폼을 따라 형성된 압력 구배는 프리폼을 통해 수지가 유입되게 하여 점성 상실을 축적시킨다. 점성 상실과 압력 구배 후에는 수지 압력 P_R 이 따른다. 주입 동안 시간이 경과함에 따라 프리폼 반응력 F_P은 진공 지점부터 시작해서 공급 지점까지 점차적으로 감소한다. 점성 상실은 수지 흐름 전방부터 수지 공급 지점까지의 길이의 함수라는 점을 유의한다. 길이가 증가할수록 상실은 축적하여 프리폼을 통한 흐름을 감소시킨다. 길이가 너무 길면 수지 상실이 압력 구배를 압도하여 전방 흐름을 지연시킨다. 이러한 프리폼의 점진적 충전은 일반적으로 다음 중 하나가 일어날 때까지 계속된다: 1) 적당한 양의 수지가 공급되고 수지 공급관이 밀폐될 때; 2) 프리폼이 완전히 주입되어 수지가 진공 포트에서 배출될 때; 3) 수지 전방 흐름이 데드 구역에 도달하고 수지 공급관이 차단될 때.

도 1D는 수지가 탈기된 부피를 충전하고 프리폼에 충전된 후 주입 공정을 도시한 모식도이다. 이 모식도는 주입 공정을 중단시키는 다양한 옵션별로 압력 구배를 도시한다.

· 옵션 1: (밀폐된 수지 공급구, 데드 구역의 존재 또는 부재, 방출 있음) 초과 수지가 진공 급원에 의해 제거되면 경시적으로 비-경질 백이 붕괴한다(부피 상실). 백이 다시 프리폼에 채워지면, 프리폼은 이 프리폼 위에 P_A 가 형성될 때까지 백 위에 반응력 F_R을 발휘한다. 부피가 제한되고 시스템이 다시 새로운 경질 용기가 되는 즉시, 수지 압력 P_R은 진공 압력 -P_A로 돌아간다.

· 옵션 2: (밀폐된 수지 공급구, 데드 구역의 존재 또는 부재, 밀폐 진공) 경시적으로 수지 압력 PR은 진공 압력보다 높게 프리폼을 따라 평형에 이른다.

· 옵션 3: (개방 수지 공급구, 데드 구역의 존재 또는 부재, 밀폐 진공) 경시적으로 수지 압력 PR은 더 높은 투과율을 통해 최소 저항성 경로로 인하여 유동 매ㅈ;f에서 평형 구배([P_A + 헤드] 내지 -P_A]에 이르고 수지는 경화 동안 연속해서 유입 및 방출되어야 한다.

· 옵션 4: (개방 수지 공급구, 데드 구역 존재 또는 부재, 밀폐 진공) 경시적으로 수지는 프리폼을 따라 평형(P_A + 헤드)에 이른다.

옵션 1 및 2는 정확한 양의 수지가 주입되고 그 다음 수지 공급구가 밀폐되는 순 수지 공정(net resin process)을 이용하여 수행할 수 있다. 옵션 1은 과도한 수지 방출(배출)을 유발하거나 또는 주입 완료 후 진공 상태가 달성되는 즉시 휘발성 물질을 발생시킬 수 있다.

공정 동안 형성된 내부 압력 구배를 전혀 조절하지 못하거나 또는 제한이 있는 종래의 전술한 주입 공정들은 성공이 제한적이었다. 이 공정들은 항공우주용 구성부품에 적합한 적층체 성질을 제공할 수 있지만, 이 공정들은 확실하거나 반복가능하거나 예측가능한 공정들이 아니다. 이러한 불확실성은 계속해서 항공우주 산업 내의 광범한 용도에 상기 공정이 사용되지 못하게 한다.

수지의 흐름을 개량하고 공정의 예측성/반복성을 증가시키기 위한 노력으로, 수지 흐름의 조절 및 수지가 취하는 경로의 조절에 있어서 수많은 진전이 있었다. 이 공정은 배깅 체제 내에서 유동 매질의 망구조를 통해 유동 및 압력 구배를 유도하는 방법 및 배깅 자체에 관한 씨맨 특허(미국 특허 4,902,215)에 기술되어 있다. 우즈의 특허(미국 특허출원 공개번호 2005/0073076 A1)는 이 문제를 상세하게 설명하며 프리폼에 적용되는 대기압을 조절하기 위해 수지 공급 포트에 대한 부분 진공의 이용을 제안한다. 이 공정은 CAPRI(조절된 대기압 수지 주입) 공정으로 알려져 있고, 주입된 적층체 내의 가변성을 줄이기 위한 것이다. 이러한 종래 시도들 외에, 공급구 압력을 조절하는데 사용한 수많은 통상적인 시도들도 있다. 그 예로는 공급관에 유동 조절기의 사용 또는 포지티브 또는 네거티브 헤드 압력을 만들기 위한 프리폼 대비 수지 공급 포트의 고도 변화를 포함한다.

배깅 체제, 유입구 및 유출구 포트 조성, 또는 이를 제어/조절함에 의한 공급 포트에 미치는 압력에 상관없이, 종래 공지된 모든 기술에서의 1차적인 유인력은 일부 압력 구배 형태이다. 이 공정 내의 이러한 구배는 주입 및 경화 공정 동안 전체 프리폼을 따라 항상 대기압이 완전하게 유지되었는지 아닌지 의문이 들게 할 것이다.

본 명세서에 기술된 개량 공정들은 전술한 액체 주입 공정에 관한 것이다. 본 발명의 한 양태는 이 공정 내의 모든 변형에 적합할 수 있고, 1가지 바람직한 방법에 제한되지 않는다.

실시예

항공우주용 품질의 적층체를 조립하기 위해 본 명세서에 기술된 CPI VARTM 공정의 양태를 이용하여 많은 실험을 수행했다. 이하 실시예는 예시적인 목적으로 논한 것으로, 개시된 양태들의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.

실시예 1

실온에서 점도가 매우 높지만 승온에서 점도가 낮고 가사수명이 긴 단성분 에폭시 수지 시스템(Cytec Engineered Materials CYCOM 977-20)을 사용했다. 이 수지는 먼저 250 내지 1000 g 범위의 양으로 폴리프로필렌 플라스틱 백에 포장했다. 이 백을 한쪽 말단에, 절단된 후 튜브의 삽입을 허용하는 압축이 있는 방식으로 열 밀봉했다. 폴리프로필렌은 CYCOM 977-20에 바람직한 경화 사이클에 사용이 허용된 물질이다. 이러한 사전-포장된 붕괴성 수지 저장소는 상기 기구 상의 프리폼 옆에 놓고, 공급관을 저장소로부터 프리폼의 공급관에 연결시켰다. 이 프리폼을 수지 방출 시스템을 포함한 전형적인 주입 체제마다 백에 담았고, 진공 백을 도 2A에 도시한 바와 같이 프리폼과 수지 저장소 위에 놓았다. 이 프리폼을 디벌크화하고 압착한 뒤, 누설부에 대해 점검하고 경화를 위해 준비했다. 수지의 고 점도는 이 공정 동안 프리폼 내로 수지의 유동을 방해했다.

준비가 되면, 전체 어셈블리는 오븐에 넣고 수지가 저 점도로 용융하여 수지를 프리폼 내로 흐르게 하는 온도로 가열했다. 저장소가 고갈되고 프리폼이 충전되면, 부품을 그 다음 완전하게 경화시켰다. 경화 후, 구성부품을 초음파법으로 비파괴적으로 조사하고 두께, 섬유 부피 및 공극 함량에 대해 측정했다. 조사 및 측정 결과, 전체 적층체는 측정된 성질이 최소 변동을 보이는 항공우주용 요건을 만족시키는 것으로 나타났다. 이 적층체는 58%가 넘는 섬유 부피 분율과 1% 미만의 변동을 나타냈고, 경화된 층 두께는 패널을 따라 변동이 2% 미만으로 0.018 인치로 측정되었다.

실시예 2

더 큰 구성부품에 주입하기 위해 동일한 단성분 에폭시 수지와 수지 백을 실시예 1에서와 같이 사용했다. 구성부품은 도 2B에 따라 조립하고 백에 담았고, 이는 수지 방출 시스템과 함께 표준 주입 배깅 체제를 포함했다. 이 구성부품에 주입하기 위해, 적당한 수지를 전달하고 프리폼에 완전하게 주입하도록 결합되거나 데이지 연결된 다수의 수지 저장소를 사용했다. 이 공정은 최소의 변동을 나타내는 항공우주용 품질의 적층체를 생산했다.

실시예 3

실시예 1과 2에 사용했던 것과 같은 단성분 에폭시 수지를 이용하여, 약간의 보강 부재를 포함한 더욱 복잡한 구성부품을 제조했다. 이 구성부품은 보강재를 지탱하는 부유 카울로 조립하고 도 2C에 따라 백에 담았다. 도시된 바와 같이, 수지 저장소는 수지를 원하는 위치에 공급하기 위해 부유 카울 다음에 위치시켰다. 이 공정은 다시 최소 변동을 나타내는 항공우주용 품질의 적층체를 생산했다.

실시예 4

실온에서 점도가 낮은, 저 점도 단성분 에폭시 수지 및 수지 백을 사용했다. 구성부품은 봉쇄된 동안 프리폼 내로 수지의 흐름을 방지하는 외부 밸브의 혼입을 상세히 나타낸 도 2D에 따라 조성했다. 전체 프리폼과 수지 저장소는 백에 담아서 주입 준비를 시켰다. 준비된 즉시, 밸브를 열고 프리폼에 주입시켰다. 이 변동은 변동이 최소인 항공우주용 품질의 적층체를 생산했다.

당업자라면 본 발명과 바람직한 양태로 설명한 실시예에 변동이 이루어질 수 있다는 것을 알고 있을 것이다. 본 명세서에 제공된 당해 방법, 장치 및 실시예는 본 발명을 그 방법들에 제한하는 것이 아니고, 기본 개념은 모든 잠재적 변형들에도 적용된다. 본 발명은 임의의 그룹의 공정들에만 제한되는 것이 아니고 모든 액체 주입 방법에 적용할 수 있다.

Claims (20)

1. 프리폼과 수지 충전된 저장소를 도입시키는 단계;
   수지를 진공 하에 저장소로부터 프리폼 내로 주입시키는 단계;
   저장소와 프리폼을 실질적으로 동일한 진공 하에 유지시키는 단계; 및
   수지를 경화시키는 단계를 포함하는, 복합재 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 수지 주입이 프리폼 내에 실질적인 압력 구배를 형성하지 않는 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 추가로 주입 단계 전에 프리폼을 디벌크화(debulking)하는 단계를 포함하는 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 추가로 주입 단계 전에 수지의 적어도 일부를 가열하는 단계를 포함하는 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 하나 이상의 저장소로부터 프리폼 내로 수지를 주입하는 하나 이상의 수지 충전된 저장소를 추가로 포함하는 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 프리폼이 진공 백 내에 배치되고 저장소가 상기 진공 백 내에 배치되어 있는 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 프리폼이 진공 백 내에 배치되어 있고, 저장소가 제2의 진공 백 내에 배치되어 있는 제조방법.
8. 제1항에 있어서, 저장소가 접이식 저장소인 제조방법.
9. 제1항에 있어서, 주입 단계가 추가로 수지를 프리폼 내로 기계적으로 유인하는 것을 포함하는 제조방법.
10. 제1항에 있어서, 진공이 1 기압 이하인 제조방법.
11. 제1항에 기재된 제조방법을 이용하여 제조한 복합재.
12. 복합재의 섬유 부피 분율이, 동일한 구성성분을 함유하지만 저장소와 프리폼이 주입 단계 동안 실질적으로 동일한 진공 하에 유지되지 않는 방법에 의해 생산된 복합재의 섬유 부피 분율보다 큰, 제1항에 기재된 제조방법에 의해 제조된 복합재.
13. 제1항에 있어서, 복합재 내의 하나 이상의 층 두께가 각 층의 면적에서 실질적으로 균일한 복합재.
14. 제1항에 있어서, 복합재가 다공성이 복합재의 총 부피를 기준으로 약 0.1 내지 1.5 vol% 사이인 복합재.
15. 하나 이상의 진공 백,
    상기 진공 백 중 하나에 배치된 프리폼,
    상기 진공 백의 하나에 배치된 수지 충전된 저장소를 포함하고,
    상기 수지 충전된 저장소가 프리폼과 유체 소통 상태인 장치.
16. 제15항에 있어서, 프리폼과 수지 충전된 저장소가 동일한 하나의 진공 백에 위치하는 장치.
17. 제15항에 있어서, 프리폼과 수지 충전된 저장소가 다른 진공 백에 존재하는 위치하는 장치.
18. 제15항에 있어서, 수지 충전된 저장소가 붕괴가능한 저장소인 장치.
19. 제15항에 있어서, 수지 충전된 저장소가 피스톤 구동 저장소인 장치.
    
20. 제15항에 기재된 장치를 이용하여 제조한 복합재.

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