KR20110106427A - 유사 등방성 3차원 모재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

유사 등방성 3차원 직조 모재(100)는 개별적인 직물 스트립 또는 직조 요소를 포함하는데, 이들은 일체로 직조된 축외 보강재들의 어레이를 갖는 유사 등방성 3차원 직조 구조물을 형성하도록 함께 짜여진다. 직조 요소(10)는 그것의 길이를 따라서 주기적으로 위치한 일체형 횡단 보강재들(16)을 갖도록 구성된 직조 스트립이 될 것이다. 직조 요소(10)는 스킨의 3개 구간과 3개의 횡방향 보강재들을 포함할 것이다. 소정 갯수의 스킨과 보강재 구간들이 존재할 수 있다. 그간들이 많아지면 큰 패널들(예를 들어 육각형 셀)을 만드는 것이 가능해진다. 이러한 직조 요소들은 0°,+60°및 -60°방향으로 직조 요소들(10)의 종축을 향하는 패턴으로 짜여질 것이다. 횡단 보강재들(16)은 스킨에 대하여 접혀지는 반면에, 직조 요소들(10)은 짜여지고 직조 요소(10)가 제 위치로 짜여진 후에 소정 위치로 접혀진다. 섬유 보강 요소는 유사 등방성 3차원 직조 모재(100)를 포함할 것이다.

Description

유사 등방성 3차원 모재 및 그 제조방법{Quais-isotropic three-dimensional preform and method of making thereof}

본 발명은 일반적으로 직조 모재에 관한 것으로, 특히 평평하께 짜여질 수 있고 둘 또는 그 이상의 방향으로 보강재를 갖는 최종형상으로 접혀질 수 있는 보강된 복합재료에서 사용되는 재료의 직조 스트립들을 갖는 짠 모재에 관한 것이다.

참조의 통합

모든 특허들, 특허출원들, 문서들, 참조문헌들, 제조업자의 설명서, 명세서, 제품 사양서, 여기에서 언급된 소정 제품들에 대한 제품 시이트들은 여기에서는 참조로서 통합된 것이며, 본 발명을 실행하는데 있어서 채용될 것이다.

구조적인 요소들을 생산하기 위한 보강 복합재료들의 사용은 널리 알려져 있으며, 특히 경량화, 강성, 인성, 열적 저항성, 자체지지와 같은 그들의 바람직한 특성들 및 형성되고 형상화되기에 적합한 관점에서 널리 응용되고 있다. 그러한 요소들은 예를 들어 항공학, 항공우주, 위성방송, 레저(경주용 보트 및 자동차와 같은) 및 다른 분야에서 사용된다.

통상적으로 그러한 요소들은 기지 재료에 매립된 보강재료로 구성된다. 보강 요소은 유리, 탄소, 세라믹, 아라미드, 폴리에틸렌, 및/또는 원하는 물리적, 열적, 화학적 및/또는 다른 특성들(그중에서 응력 파괴에 대하여 큰 강성을 갖는 것이 중요함)을 나타내는 다른 재료들과 같은 재료들로부터 제조될 것이다. 궁극적으로는 완전한 부품의 구성요소가 되는 그러한 보강재료의 사용을 통해서 매우 높은 강도와 같은 보강재료의 원하는 특성들이 완전한 복합 부품에 부여된다. 보강재료들은 통상적으로 보강 모재를 위한 원하는 구성이나 형상으로 직조되거나 편직되거나 다른 한편으로 배향될 것이다. 일반적으로 선택되는 구성 보강재료들을 위한 특성들의 최적 이용을 보장하기 위해서 특별한 관심이 집중된다. 일반적으로 그러한 보강 모재는 원하는 최종 부품들을 형성하거나 최종 부품들의 궁극적인 생산을 위한 작업품을 생산하도록 매트릭스 재료와 결합된다.

원하는 보강 모재가 구성된 후에, 매트릭스 재료는 모재 내로 도입될 것이며, 그래서 통상적으로 보강 모재는 매트릭스 재료 내에 에워싸이고 매트릭스 재료는 보강 모재의 구성 요소들 사이에 있는 중간영역들을 채운다. 매트릭스 재료는 원하는 물리적, 열적, 화학적 및/또는 다른 특성들을 나타내는 에폭시, 폴리에스테르, 비닐-에스테르, 세라믹, 탄소 및/또는 다른 재료들과 같은 다양한 재료들 중 하나로 이루어질 것이다. 매트릭스로서 사용하기 위해 선택된 재료들은 보강 모재의 재료와 같거나 같지않으며, 비슷한 물리적, 화학적, 열적 특성들 또는 다른 특성들을 갖거나 갖지 않을 것이다. 그러나, 통상적으로, 제 1 위치에서 복합물들의 사용에서 추구하는 보통의 목적이 최종 제품에서 하나의 구성 재료 단독으로 사용해서는 달성할 수 없는 특성들의 조합을 달성하는 것이기 때문에, 이 재료들은 동일한 재료가 아니거나 또는 비슷한 물리적, 화학적, 열적 또는 다른 특성들을 갖게 될 것이다. 그렇게 결합되면, 보강 모재와 매트릭스 재료는 열경화 또는 다른 공지된 방법들에 의해서 동일한 조작에서 경화되거나 안정화될 것이며, 다음에는 원하는 요소을 생성하는 다른 조작을 받게 될 것이다. 이러한 점에서 그렇게 경화된 후에 매트릭스 재료의 고화된 매스들은 보강재료(즉, 보강 모재)에 매우 강하게 고착된다. 그 결과, 섬유들 사이에서 접착제와 같이 작용하는 그것의 매트릭스 재료를 거쳐서 최종 제품에 작용하는 스트레스는, 보강 모재의 구성 재료로 효과적으로 전달되어 그것에 의해서 견딜 수 있게 된다.

빈번하게, (그 자체가) 판들, 시이트들, 직사각형이나 사각형 솔리드 등과 같은 그러한 단순한 기하학적 형상과는 다른 형상들로 요소들을 제조하는 것이 바람직하다. 이것을 수행하는 방법은 그러한 기본 기하학적 형상을 원하는 더욱 복잡한 형태로 결합시키는 것이다. 한가지 그러한 통상의 조합은 서로에 대하여 일정각도(통상적으로 직각) 이상으로 상기한 바와 같이 만들어진 보강 모재들을 결합시켜서 만든다. 결합된 상대의 그러한 각 배열들에 대한 보통의 목적들이 미합중국 특허 제 4,256,790 호에 개시되어 있다. 이 특허는 접착 결합된 섬유 겹들로부터 제조된 제 1 및 제 2 복합 패널 사이에 만들어진 접합부들을 개시하고 있다. 제 1 패널은 종래의 방식으로 2개의 분기된 공동평면 패널 접촉면들을 형성하도록 일단부에서 두갈래로 갈라지고, 제 1 패널과 제 2 패널을 통해서 경화되지 않은 유연한 복합 실을 바느질함에 의해서 제 2 패널에 결합된다. 패널들과 실은 "공동 경화된" 상태, 즉 동시에 경화된다. 접합 강도를 개선하기 위한 다른 방법이 미국특허 제 5,429,853 호에 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은 별도로 구성된 독특한 요소들이 둘 사이에 제 3의 실이나 섬유를 바느질하여 함께 결합되기 때문에 앞서 설명한 방법들과 유사하다. 사용되는 해법이 무엇이든지 간에, 결과적인 구조물은 개별적인 조각들 사이의 경계에서 상대적으로 약한 결합부를 갖게될 것이고, 각각의 겹들을 절단하고 교정하는데 있어서 상당한 노동력을 필요로하게 될 것이다.

종래 기술은 보강된 복합물의 구조족인 완결성을 개선하기 위한 방법을 모색하여 특히 미국특허 제 6,103,337 호에서 성공하였으나, 접착제나 기계적인 결합의 사용과는 다른 해법을 통해서 문제점을 해결하도록 개선할 여지가 있다. 이러한 점에서, 한가지 해법은 특수기계에 의해서 직조 3차원("3D") 구조를 만드는 것에 의해서 달성될 것이다. 그러나, 비용이 상당하며, 간단한 구조를 만들도록 지향된 제지기를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 사실에도 불구하고, 섬유 보강된 복합물 요소들로 처리될 수 있는 3D 모재가 바람직하다. 왜냐하면, 이들은 종래의 2차원 라미네이트된 복합물에 대하여 증가된 강도를 제공하기 때문이다. 이러한 모재들은 복합물이 면외 부하(out-of-plane loads)를 운반하는 것이 필요한 응용분야에 특히 유용하다. 그러나, 위에서 언급한 종래의 모재들은 높은 면외 부하를 견디기 위해서 그리고 모재의 부분들의 가변 두께를 제공하기 위해서 자동 직기공정에서 직조될 그들의 능력을 제한하였다.

다른 해법은 2차원("2D") 구조를 직조하여 3D 형상으로 접는 것이고, 그러면 패널은 일체적으로 보강된다. 즉, 실들은 평평한 베이스나 패널부 그리고 보강재 사이에서 연속적으로 교직된다. 3D 형상으로 접혀진 2D 직조 구조물의 예가 미합중국 특허 제 6,874,543 호에 개시되어 있는데, 이는 여기에서는 참조로서 통합된다. 예를 들어 'T', T, 'H' 또는 'Pi' 단면과 같은 특별한 구조적인 형상들을 갖는 섬유 모재들은 종래의 셔틀 직기 상에서 직조될 수 있으며, 몇몇 현존 특허들은 그러한 구조물들을 직조하는 방법을 개시하고 있다(예를 들면, 미국특허 제 6,446,675 호 및 미국특허 제 6,712,099 호). 보강된 패널들을 구성하기 위한 다른 해법이 미국특허 제 6,019,138 호에 개시되어 있으며, 상기 미국특허의 전체 콘텐츠는 여기에서는 참조로서 통합되고, 이 특허는 보강된 패널들에 보강재들을 날실방향과 충진방향으로 제공하기 위한 방법을 설명한다. 개시된 바와 같이, 이 방법은 제직, 또는 모재의 패널부분 내로 성장소들을 단순히 제직하는 것을 통해서 두 방향으로 보강을 달성한다. 그러나, 이러한 모든 종래기술에 있어서, 모재들은 보강재들이 0도나 ±90도 방향을 갖도록 구성된다.

따라서, 어느 특별한 변형없이 종래의 직기를 사용하는 한 공정에서 직조될 수 있는 보강재를 둘 또는 그 이상의 방향으로 제공하는 일체로 직조된 모재에 대한 필요성이 존재한다. 특히, 보강재들이 0도나 90도와는 다른 각도나 방향으로 배향되는 축외 보강재들, 또는 0도와 90도 각도로 배향된 보강재들과의 조합으로 형성되는 축외 보강재들을 갖는 일체로 직조된 모재에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명은 스킨(skin)과 보강재들을 일체로 직조함으로써 종래의 구조물들에서 논의된 취약한 결합을 제거하며, 그래서 적어도 몇몇 경계를 가로질러서 연속적인 섬유가 존재하게 된다.

본 발명은, 하나의 바람직한 실시 예에 따르면, 서로 짜여진 다수의 직조 요소들을 포함하는 유사 등방성 3차원 직조 모재이다. 직조 요소들은 직조 요소의 평면에 대하여 수직한 방향으로 하나 또는 그 이상의 일체로 직조된 보강재들이나 벽들을 포함한다. 직조 요소들에 있는 일체로 직조된 보강재들은 직조 모재에서 유사 등방성 축외 또는 육각형 보강재들을 함께 형성한다.

다른 바람직한 실시 예는 서로 짜여진 다수의 직조 요소들을 포함하는 유사 등방성 3차원 직조 모재를 포함하는 섬유 보강 복합물이다. 직조 요소들은 직조 요소의 평면에 대하여 수직한 방향으로 하나 또는 그 이상의 일체로 직조된 보강재들이나 벽들을 포함한다. 직조 요소들에 있는 일체로 직조된 보강재들은 직조 모재에서 유사 등방성 축외 또는 육각형 보강재들을 함께 형성한다. 상기 복합물은 직조 모재를 기지재료에 포화시켜고 경화시켜서 형성될 것이다.

또 다른 바람직한 실시 예는 유사 등방성 3차원 직조 모재의 형성방법이다. 이 방법은 다수의 직조 요소들을 서로 짜는 단계를 포함한다. 직조 요소들은 직조 요소의 평면에 대하여 수직한 방향으로 하나 또는 그 이상의 일체로 직조된 보강재들이나 벽들을 포함한다. 직조 요소들에 있는 일체로 직조된 보강재들은 직조 모재에서 유사 등방성 축외 또는 육각형 보강재들을 함께 형성한다. 일체로 직조된 보강재들은 다수의 직조 요소들을 루프 형태로 접고 루프의 바닥 부분을 직조 요소의 베이스에 바느질하여 형성될 것이다. 직조 요소들은 다층 직조 섬유들이 될 수 있으며, 일체로 직조된 보강재들은 다층 직조 직물에서 상부 층의 일부를 절단하여 접어서 형성될 수 있다.

또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 직조 요소들의 제 1의 소정 길이에 도달할때까지 다수의 날실들을 다수의 씨실들과 직조하고, 직조 요소의 상부층을 계속 직조하고, 직조 요소의 제 2의 소정 길이에 대하여 바닥층을 떠돌아다닐 수 있게 하고, 상기 제 2의 소정 길이만큼 직조된 후에 바닥층에 대한 권취기구를 재개하고, 이에 의해서 직조 요소에 일체형 루프나 벽이 형성되고, 계속해서 상부층과 바닥층을 함께 직조함으로써, 직조 요소들이 형성된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예는 섬유 보강된 복합물의 형성방법이며, 상기 방법은, 다수의 직조 요소들을 서로 짜서 유사 등방성 3차원 직조 모재를 형성하는 단계 - 상기 직조 요소들 중 하나 또는 그 이상은 상기 직조 요소의 평면에 대하여 수직한 방향으로 하나 또는 그 이상의 일체로 직조된 보강재나 벽을 포함함 -; 그리고 상기 직조 모재를 기지재료에 포화시키는 단계를 포함한다.

본 발명을 특징짓는 신규성의 다양한 특징들이 본 명세서에 부속되어 일부를 구성하는 특허청구범위에서 특별하게 지적되고 있다. 본 발명의 보다 양호한 이해를 위해서, 본 발명의 작용상 장점과 그 이용에 의해서 달성되는 특별한 목적들은 첨부도면들을 참조로 하는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 통해서 설명될 것이며, 첨부 도면들에서 대응하는 요소들은 동일한 참조부호로서 구별될 것이다.

본 명세서에서 "comprising"과 "comprises"는 "including"와 "includes"의 의미를 가질 수 있으며, 아니면 미국특허법에서 용어 "comprising"이나 "comprises"에 주어지는 의미를 가질 수 있다. 용어 "consisting essentially of"나 "consists essentially of"은 청구범위에서 사용되는 경우 미국특허법에 개시된 의미를 갖는다. 본 발명의 다른 특징들은 다음의 명세서를 통해서 (본 발명의 범위 내에서) 명백하게 설명되거나 밝혀진다.

본 방법은 서로에 대하여 평행하거나 각을 이루는 가변 두께나 가변 높이의 보강재들을 갖는 모재들을 직조하는데 사용될 수 있다. 모재는 예를 들어 겹 대 겹, 두께 각도 교합, 직교 등의 종래의 패턴을 사용하여 직조될 수 있다. 탄소섬유가 바람직하기만, 본 발명은 다른 섬유 타입에도 실제로 적용될 수 있다.

본 발명의 직조 모재에 대한 잠재적인 응용은 항공기의 날개, 기체 또는 미부 구조물들에서의 보강된 패널과 같이 보강된 스킨들을 이용하는 구조적인 응용; 및 육각형 셀이 바람직한 응용을 포함한다.

도면의 간단한 설명 본 발명의 보다 양호한 이해를 위해서 제공되는 첨부 도면들은 본 명세서에 통합되어 일부를 구성한다. 여기에서 제공된 도면들은 본 발명의 다른 실시 예들을 나타내며, 명세서와 함께 본 발명의 원리를 설명하는 기능을 수행한다. 첨부 도면에서:
도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 일체형 횡단 보강재를 갖는 직조 요소를 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 축외 보강재들을 갖는 반복 유닛의 개략도;
도 3(a)는 본 발명의 일 양태에 따른 접혀지기 전의 직조 요소의 예시적인 칫수를 나타낸 도면;
도 3(b)는 본 발명의 일 양태에 따른 바느질된 루프들을 갖는 직조 요소의 개략도;
도 4(a)는 본 발명의 일 양태에 따른 바느질된 루프들을 갖는 2개 층의 직조 요소의 개략도;
도 4(b)는 본 발명의 일 양태에 따른 직립 보강재들을 갖는 직조 요소의 개략도; 그리고
도 5(a)∼(d)는 본 발명의 일 양태에 따른 직조 모재의 직조 요소를 형성하는데 개입되는 단계들을 나타낸 도면이다.

도면들을 참조하면, 도 2는 본 발명의 방법에 따라서 형성된 유사 등방성 3차원 직조 모재(100)의 개략도이다. 모재(100)는 개별적인 직물 스트립들 또는 직조 요소들(10)을 포함하는데, 이들은 일체로 직조된 축외 보강재들을 갖는 유사 등방성 3차원 직조 구조물을 형성하도록 함께 짜여진다. 직조 요소(10)의 개략도가 도 1에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 직조 요소(10)는 그것의 길이를 따라서 주기적으로 위치하는 일체형 횡단 보강재들(16)을 갖도록 구성된 직물 스트립이 될 것이다. 직조 요소(10)는 스킨의 3개 구간과 3개의 횡단 보강재를 포함할 것이다. 도 1에 도시된 직조 요소(10)는 기본 유닛이 어떻게 반복되는지를 나타내는 스킨의 추가 구간을 포함한다. 소정 개수의 스킨과 보강재 구간들이 존재할 수 있다. 구간들이 많아지면 큰 패널들(예를 들면, 보다 많은 육각형 셀들)을 만들 수 있다.

이러한 직조 요소들은 도 2에 나타낸 바와 같이 0°,+60°및 -60°방향으로 직조 요소들의 종축을 향하는 패턴으로 짜여질 것이다. 직조 요소들(10)이 짜여지는 동안에 횡단 보강재들(16)은 스킨에 대해서 평평하게 접혀지고, 직조 요소(10)가 제 위치로 짜여진 후에 위치내로 접혀진다. 도 2는 최종 구조물의 반복되는 부분을 나타낸 것이다. 이렇게 반복되는 셀은 임의의 큰 구조물을 구성하도록 사용될 것이며, 사용된 스트립들의 길이에 의해서만 제한된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 직조 요소(10)에 있는 횡단 보강재들(16)은 일련의 육각형 셀들을 형성한다. 알 수 있는 바와 같이, 횡단 보강재들(16)은 스킨에 일체로 형성되지만, 모서리에서 서로 연결되지는 않는다. 셀의 상부면에는 있지 않은 직조 요소(10)에 연결된 보강재들(16)은 그 위에 있는 직조 요소들(10)에 의해서 개방된 공간들을 통해서 돌출한다.

각각의 셀 내부에 있는 스킨은 3개 또는 그 이상의 층들로 구성되는 라미네이트가 될 것이다. 0°,+60°및 -60°방향으로 동등한 양의 보강재를 갖는 라미네이트의 기본적인 특징은, 라미네이트의 평면에서 유사 등방성 보강 특성들을 갖는 다는 것, 즉 유효 강성이 모든 방향으로 균등할 수 있다는 것이다.

직조 요소들의 칫수들은 조절될 수 있다. 예를 들면, 직조 요소(a)의 폭은 육각형 셀에서 평판들의 길이와 같아져야만 하고, 보강재들 사이의 공간(25)은 2 a Cos(30°)와 같아져야만 한다. 이 칫수들은 예를 들면 도 3(a)에 도시되어 있다. 직조 요소들(10)은 본 발명에서 설명하는 몇몇 예시적인 방법들 중 하나를 사용하여 제작될 수 있다.

하나의 예시적인 실시 예에 따르면, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 직조 요소(10)는 직조 요소 또는 적절한 폭을 갖는 직물에서 '루프들'(20)을 주기적으로 바느질함으로써 형성될 것이다. 직조 요소(10)의 베이스에 루프들(20)의 바닥 부분을 바느질하기 위해서 바늘땀들(30)을 도입하는데 바느질의 공지된 방법들 중 어느 방법이 사용될 것이다.

하나의 예시적인 실시 예에 따르면, 층들(12,14)이 직물의 길이를 따라서 균등한 간격으로 위치를 바꾸는 2개 층 직물을 직조함으로써 직조 요소들(10)이 제작될 것이다. 상부 층(12)은 원하는 위치(28)에서 절단될 수 있으며, 횡단 보강재들을 생산하기 위해서 바닥층(14)에 대하여 접혀질 수 있다. 예를 들면, 이 방법은 도 4(a) 및 4(b)에 도시되어 있다.

하나의 예시적인 실시 예에 따르면, 직조 요소(10)는 프로그램가능한 타격 및 권취 기구들을 갖는 직기, 예를 들어 원격 제어되는 타격 및 권취 기구들을 갖는 직기를 사용하여 제작될 수 있다. 이 방법은 예를 들어 도 5(a) 내지 도 5(d)에 도시된 바와 같은 4개 단계들을 포함한다.

제 1 단계에서, 균등한 권취 증가분을 사용하여 직물의 2개 층들이 함께 직조되고, 각각의 피크가 삽입된 후에 동일한 위치로 타격된다. 이러한 타격 위치는 참조위치로서 참조될 것이다. 이 위치에서, 직조 직물의 정상적인 공그리기가 도 5(a)에 도시되어 있다. 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 명백한 바와 같이, 각각의 씨실 섬유(22)이 날실들(32,34,36,38)과 직조되고 직물이 점진적으로 전진함(도 5(a)에서 좌측방향)에 따라서 리드는 씨실 섬유(22)를 위치로 이동시킨다. 씨실 섬유들(22)(픽들; picks)의 모두를 제 위치에 로킹하는 것이 필요하고 소정 개수의 날실 섬유가 이러한 목적을 위해서 사용됨에 따라, 4개의 날실 섬유들이 순전히 예로서 도시되어 있다. 날실 섬유들(32,34)이 한 덴트(dent)에서 직조되는 반면, 날실 섬유들(36,38)은 다음 덴트에서 직조된다. 이 패턴은 직기의 폭을 가로질러서 반복될 것이다.

원하는 길이의 직물이 직조된 후에, 날실 섬유들(32,36)을 포함하는 상부층은 계속해서 직조되지만, 날실 섬유들(34,38)을 포함하는 바닥층은 자유로운 상태가 된다. 이 단계 동안에, 권취기구는 작동 정지되고 타격은 각각의 픽(24) 후에 균일하게 감소한다. 타격 길이는 권취가 제 1 단계에서 진행되는 것과 동일한 양으로 감소하며, 그래서 상부층에 있는 픽(24) 공간은 균등하게 유지된다. 그러므로, 리드의 운동은 프로그램 가능하며, 픽들(24)이 삽입되고 직물은 진행하지 않는 경우에 스트로크는 점차 짧아질 것이다. 상기 공정의 이 부분 동안에 날실들(34,38)은 짜여지지 않을 것이며, 날실들(32,36)은 모든 픽들(24)에서 여전히 로킹된 상태가 된다.

다음 단계에서, 권취 기구는 다시 작동하고, 두 층들은 직조되며, 타격은 침조위치로 복귀한다. 이것은 픽들(26)이 삽입된 후에 리드의 정상적인 운동이다. 이 단계들에 있어서 픽(26)은 직조 상부층이 직물에 "루프"를 형성하도록 강제하며, 이것은 직물이나 직조 요소의 일체형 횡단 보강재나 직립 레그가 될 것이다. 이 루프들은 필요에 따라서 직물의 전체길이를 따라 반복될 수 있다. 도 5(d)에서 잘 볼 수 있는 바와 같이, 픽들(24)과 직조된 층은 직물의 상부면 상에 "루프"를 형성한다. 보통의 직조는 루프가 형성된 후에 재개되고, 제 위치에 루프를 로킹시킨다.

일단 각각의 직조 요소(10)가 형성되면, 직조 모재(100)는 제 1 실시 예에서 설명한 바와 같이 구성될 것이다. 본 방법은 서로에 대하여 평행하거나 각을 이루는 가변두께나 가변폭 보강재들을 갖는 직조 모재에 대하여 사용될 수 있다. 모재는 날실 섬유에 대한 종래의 패턴, 예를 들어 겹 대 겹, 스루 두께 각도 인터록, 대각선 등과 같은 패턴을 사용하여 직조될 수 있다. 탄소섬유가 바람직하지만, 본 발명은 다른 섬유 타입, 예를 들면 탄소, 나일론, 레이온, 섬유유리, 목화, 세라믹, 아라미드, 폴리에스테르 및 금속 실들이나 섬유들에 실제적으로 적용될 수 있다.

본 발명의 한 예시적인 실시 예에 따르면, 직조 모재(100)는 직조 모재가 포화되어 기지재료, 즉 수지로 경화되는 섬유 보강된 복합물들을 형성하는데 사용될 것이다. 수지는 에폭시, 비스말레이미드(bismaleimide), 폴리에스테르, 비닐-에스테르, 세라믹 및 탄소중 어느 것이 될 수 있다. 복합물은 예를 들어 합성수지 전달 성형 및 화학 증기 여과와 같은 소정 공정으로부터 형성될 수 있다.

본 발명의 직조 모재에 대한 잠재적인 응용은 항공기의 날개, 기체 또는 미부 구조물에 있는 보강된 패널과 같은 보강된 스킨들을 이용하는 구조적인 응용; 및 육각형 셀이 바람직한 응용을 포함한다.

그러므로, 본 발명에 따른 목적 및 장점들이 실현되며, 비록 여기에서는 바람직한 실시 예들이 상세하게 발표되고 설명되었지만, 본 발명의 영역은 그것에 의해서 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구의 범위에 의해서 결정될 것이다.

Claims (28)

1. 유사 등방성 3차원 모재로서,
   서로 짜인 다수의 직조 요소들을 포함하며, 상기 직조 요소들의 하나 또는 그 이상은 상기 직조 요소의 평면에 대하여 수직한 방향으로 하나 또는 그 이상의 일체형 직조 보강재들이나 벽들을 구비하는 유사 등방성 3차원 모재.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 직조 요소들에 있는 상기 하나 또는 그 이상의 일체형 직조 보강재들은 상기 모재에서 유사 등방성 축외 또는 육각형 보강재들을 형성하는 유사 등방성 3차원 모재.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 직조 요소들에 있는 상기 하나 또는 그 이상의 일체형 직조 보강재들은 상기 직조 요소들의 일부를 접어서 형성되는 유사 등방성 3차원 모재.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 루프의 바닥부는 상기 직조 요소의 베이스에 바느질되는 유사 등방성 3차원 모재.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 직조 요소들은 다층 직조 직물인 유사 등방성 3차원 모재.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 직조 요소들에 있는 상기 하나 또는 그 이상의 일체형 직조 보강재들은 상기 다층 직조 직물에서 상부층의 일부를 절단하고 접어서 형성되는 유사 등방성 3차원 모재.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 직조 요소들에 있는 상기 하나 또는 그 이상의 일체형 직조 보강재들은 직기 상에서 형성되는 유사 등방성 3차원 모재.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 직조 요소에 있는 날실 섬유패턴은 겹 대 겹, 대각선 및 각 인터록(angle interlock)으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 패턴인 유사 등방성 3차원 모재.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 직조 요소들은 다수의 날실과 씨실 실들 또는 날실 섬유와 씨실 섬유들을 교직함으로써 형성되며, 상기 날실과 씨실 실들 또는 날실 섬유와 씨실 섬유들은 탄소, 나일론, 레이온, 섬유유리, 목화, 세라믹, 아라미드, 폴리에스테르 및 금속 실들이나 섬유들로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 유사 등방성 3차원 모재.
10. 제 2 항에 있어서, 상기 직조 모재에 있는 상기 유사 등방성 축외 또는 육각형 보강재들은 0도 및 ±60도 배향으로 형성되는 유사 등방성 3차원 모재.
11. 유사 등방성 3차원 모재를 포함하는 섬유 보강 복합물로서,
    서로 짜인 다수의 직조 요소들을 포함하며, 상기 직조 요소들의 하나 또는 그 이상은 상기 직조 요소의 평면에 대하여 수직한 방향으로 하나 또는 그 이상의 일체형 직조 보강재들이나 벽들을 구비하는 섬유 보강 복합물.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 직조 요소들에 있는 상기 하나 또는 그 이상의 일체형 직조 보강재들은 상기 모재에서 유사 등방성 축외 또는 육각형 보강재들을 형성하는 섬유 보강 복합물.
13. 제 11 항에 있어서, 상기 다수의 직조 요소들은 다수의 날실과 씨실 실들 또는 날실 섬유와 씨실 섬유들을 교직함으로써 형성되며, 상기 날실과 씨실 실들 또는 날실 섬유와 씨실 섬유들은 탄소, 나일론, 레이온, 섬유유리, 목화, 세라믹, 아라미드, 폴리에스테르 및 금속 실들이나 섬유들로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 섬유 보강 복합물.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 직조 모재에 있는 상기 유사 등방성 축외 또는 육각형 보강재들은 0도 및 ±60도 배향으로 형성되는 섬유 보강 복합물.
15. 제 11 항에 있어서, 기지 재료를 더 포함하는 섬유 보강 복합물.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 기지 재료는 수지이고, 상기 복합물은 합성수지 전달 성형 및 화학 기상 여과로 구성되는 그룹으로부터 선택된 공정으로부터 형성되는 섬유 보강 복합물.
17. 제 15 항에 있어서, 상기 기지 재료는, 에폭시, 비스말레이미드(bismaleimide), 폴리에스테르, 비닐-에스테르, 세라믹 및 탄소로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 섬유 보강 복합물.
18. 유사 등방성 3차원 직조 모재의 형성방법으로서,
    다수의 직조 요소들을 서로 짜는 단계를 포함하며, 상기 직조 요소들중 하나 또는 그 이상은 상기 직조 요소의 평면에 대하여 수직한 방향으로 하나 또는 그 이상의 일체로 직조된 보강재들이나 벽들을 포함하는 유사 등방성 3차원 직조 모재의 형성방법.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 직조 요소들에 있는 상기 하나 또는 그 이상의 일체로 직조된 보강재들은 상기 직조 모재에서 유사 등방성 축외 또는 육각형 보강재들을 함께 형성하는 유사 등방성 3차원 직조 모재의 형성방법.
20. 제 18 항에 있어서, 상기 직조 요소들에 있는 상기 하나 또는 그 이상의 일체로 직조된 보강재들은, 상기 직조 요소들의 일부분을 접어서 형성되는 유사 등방성 3차원 직조 모재의 형성방법.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 루프의 바닥 부분은 상기 직조 요소의 베이스에 바느질되는 유사 등방성 3차원 직조 모재의 형성방법.
22. 제 18 항에 있어서, 상기 다수의 직조 요소들은 다층 직조 직물인 유사 등방성 3차원 직조 모재의 형성방법.
23. 제 22 항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 직조 요소들에 있는 하나 또는 그 이상의 일체형 직조 보강재들은, 상기 다층 직조 직물에서 상부 층의 일부를 절단하여 접어서 형성되는 유사 등방성 3차원 직조 모재의 형성방법.
24. 제 18 항에 있어서, 상기 다수의 직조 요소들은,
    상기 직조 요소들의 제 1의 소정 길이에 도달할 때까지 다수의 날실들을 다수의 씨실들과 직조하는 단계;
    상기 직조 요소의 상부층을 계속 직조하고, 상기 직조 요소의 제 2의 소정 길이에 대하여 바닥층을 자유롭게하는 단계;
    상기 제 2의 소정 길이만큼 직조된 후에 상기 바닥층에 대한 직기 권취기구를 재개하고, 이에 의해서 상기 직조 요소에 일체형 루프나 벽이 형성하는 단계; 그리고
    상기 상부층과 상기 바닥층을 함께 계속 직조하는 단계를 포함하는 유사 등방성 3차원 직조 모재의 형성방법.
25. 제 18 항에 있어서, 상기 다수의 직조 요소들에서 날실 섬유 패턴은 겹 대 겹, 대각선 및 각 인터록(angle interlock)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 패턴인 유사 등방성 3차원 직조 모재의 형성방법.
26. 제 18 항에 있어서, 상기 다수의 직조 요소들은 다수의 날실과 씨실 실들 또는 날실 섬유와 씨실 섬유들을 교직함으로써 형성되며, 상기 날실과 씨실 실들 또는 날실 섬유와 씨실 섬유들은 탄소, 나일론, 레이온, 섬유유리, 목화, 세라믹, 아라미드, 폴리에스테르 및 금속 실들이나 섬유들로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 유사 등방성 3차원 직조 모재의 형성방법.
27. 제 18 항에 있어서, 상기 직조 모재에 있는 상기 유사 등방성 축외 또는 육각형 보강재들은 0도 및 ±60도 배향으로 형성되는 유사 등방성 3차원 직조 모재의 형성방법.
28. 섬유 보강된 복합물의 형성방법으로서,
    다수의 직조 요소들을 서로 짜서 유사 등방성 3차원 직조 모재를 형성하는 단계 - 상기 직조 요소들 중 하나 또는 그 이상은 상기 직조 요소의 평면에 대하여 수직한 방향으로 하나 또는 그 이상의 일체로 직조된 보강재나 벽을 포함함 -; 그리고
    상기 직조 모재를 기지재료에 포화시키는 단계;
    를 포함하는 섬유 보강된 복합물의 형성방법.

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