KR20110107838A - 방음성 및 방진성이 향상된 구조용 복합재 - Google Patents

방음성 및 방진성이 향상된 구조용 복합재 Download PDF

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Abstract

복합재는 중간층에 위치할 수 있는 부직포 층을 함유하는 점탄성 간지를 보유한다.

Description

방음성 및 방진성이 향상된 구조용 복합재{STRUCTURAL COMPOSITE MATERIAL WITH IMPROVED ACOUSTIC AND VIBRATIONAL DAMPING PROPERTIES}
방음성 및 방진성이 있는 복합재가 개시된다. 구체적으로, 예컨대 항공기에서 발견되는 구조물, 예컨대 동체 외판, 종재(stringer) 및 프레임(frame)에는 점탄성 간지(interleaf)를 함유하는 복합재가 유용하다. 또한, 이 복합재를 제조하는 방법 및 이 복합재를 함유하는 구조물 및 항공기도 고찰된다.
섬유-보강 중합체 매트릭스 복합재(PMC)는 공격적 환경에 대한 저항성, 고강도 및/또는 저중량을 필요로 하는 응용예에 상용되는 고성능 구조물이다. 이러한 응용예로는 항공기 부품(예, 꼬리, 날개, 동체, 프로펠러), 선체 및 자전거 프레임을 포함한다. PMC는 중합체 수지와 같은 매트릭스 물질과 함께 접합된 섬유 층을 포함할 수 있다. 섬유는 매트릭스를 보강하여 복합재에 의해 지지된 부하의 대부분을 견뎌내는 반면, 매트릭스는 복합재에 의해 지지되는 부하의 최소분을 견디며 부서진 섬유의 부하를 온전한 섬유로 전달한다. 이러한 방식으로, PMC는 매트릭스 또는 섬유가 단독으로 지지할 수 있는 것보다 더 큰 부하량을 지지할 수 있다. 또한, 보강 섬유를 특정 기하형태 또는 배향으로 맞추면, 복합재는 최소 중량과 부피로 효과적으로 디자인할 수 있다.
PMC의 제조를 위해 많은 공정들이 개발되었다. 그 예로는, 습윤 레이업, 프리프레깅(prepregging) 및 액체 주입을 포함할 수 있다. 습윤 레이업에서, 보강 섬유는 매트릭스 물질로 습윤화되고, 주형강 내에 배치된 뒤, 강화 또는 경화된다. 이 공정은 예컨대 무수 섬유 롤을 받아서 수지 딥 배쓰를 통해 통과시키고, 습윤화된 섬유를 주형에 배치하는 기계 또는 초퍼 건(chopper gun)에 의해 자동 방식으로 수행될 수 있다. 대안적으로, 수지는 브러시를 이용하여 수동 적용할 수도 있다.
프리프레깅에서, 복합재 성분은 예비함침된 제직물 또는 프리프레그로 제작된다. 보강 섬유는 조절된 방식에 따라 매트릭스 수지로 함침되고 수지의 중합을 억제하기 위해 동결된다. 동결된 프리프레그는 그 다음 운반하고 필요시까지 동결 상태로 보관한다. 프리프레그로부터 복합 부품을 제조할 때, 프리프레그는 실온으로 해동하고 크기대로 절단한 뒤, 주형강에 배치한다. 배치되면, 프리프레그는 진공 포장하고 최소 공극과 함께 필요한 섬유 부피 분획을 달성하기 위해 압력 하에 경화시킨다.
최신 복합재의 사용은 이의 높은 강도 대 중량비 및 강성도(stiffness) 대 중량비로 인해 지난 수십 년 동안 폭넓게 수용되었다. 최신 복합재는 금속 및 금속-매트릭스 복합재에 비해 강성도는 높지만 감쇠 성능은 열등하다. 따라서, 강성도 및 강도는 거의 감소되지 않고 복합재 구조 시스템의 감쇠능이 향상된 최신 복합재의 필요성은 여전히 존재한다.
한 양태에서, 경화 또는 미경화 구조용 복합재는 구조용 성분; 수지 성분; 및 점탄성 간지(interleaf)를 포함하고; 상기 구조용 성분은 구조용 섬유를 포함하는 복수의 직물층 형태이고; 상기 점탄성 간지는 한 쌍의 인접 직물 층 사이에 위치한 적어도 하나의 얇은 부직재 층을 포함하며; 상기 점탄성 간지와 구조용 성분은 수지 성분으로 부분 또는 완전 함침되고; 경화 후 간층(interlayer)은 구조용 복합재 내에 통합된다. 일부 관점에서, 수지 성분은 열경화성 조성물일 수 있다. 일부 관점에서, 구조용 섬유는 탄소 섬유를 포함한다.
일부 관점에서, 부직포 간지는 경화 과정 전에 수지 조성물에 매립된다. 일부 관점에서, 부직재는 적어도 하나의 열가소성 탄성중합체 또는 이의 블렌드, 및/또는 적어도 하나의 열가소성 중합체 또는 이의 공중합체 및/또는 블렌드를 포함한다. 다른 관점에서, 부직재는 스티렌계 열가소성 탄성중합체, 탄성중합체성 폴리올레핀 및 이의 블렌드로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 공중합체를 포함한다. 또한, 다른 관점에서, 부직재는 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리올레핀 및 이의 블렌드로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 열가소성 물질을 포함한다.
일부 양태에서, 점탄성 간지는 양면에 적어도 35 다인/cm의 표면 장력이 달성되도록 플라즈마 처리될 수 있다. 일부 다른 관점에서, 점탄성 간지는 복수의 직물 층과 공경화된다. 일부 관점에서, 부직재는 미변형 복합재의 70% 이내의 박리 강도 값을 갖도록 수지와 조절된 계면을 보유한다. 다른 관점에서, 간지는 복합재의 최대 전단 부위에 위치한다. 일부 관점에서, 점탄성 간지는 각 직물 층 사이에 위치한다. 점탄성 간지는 구조용 복합재의 중간 면(mid-plane)에 존재할 수 있고(또는) 최대 전단 수준에 근접한 부위에 위치할 수 있다.
점탄성 간지는 유기 또는 무기 변형제, 충전제 또는 내포제(inclusion) 및/또는 유기 및/또는 다른 무기 화합물, 예컨대 유동 조절 첨가제, UV 흡수제, 충전제, 금속 입자, 광택제거제, 안료, 산화방지제, 난연제, 희석제, 안정제, 단량체, 예비중합체, 가요성 향상제, 가공보조제 및 윤활제, 플루오로중합체-기반 가공 보조제, 광유 및 왁스, 핵제(nucleating agent), 섬유 가닥, 중합체, 유리, 세라믹 및 중합체계 버블, 금속 입자, 마이크로충전제 및 나노충전제, 코어-셀 입자, 탄성중합체성 마이크로입자 및 나노입자, 자성 및 유전성 나노결정, 탄소 나노튜브, 탄소 나노섬유, 나노흑연, 나노점토, 나노실리카, 나노알루미나, 지르코니아 및 티타니아 나노입자, 귀금속 및 전도성 나노입자, 나노섬유 및 나노가닥 또는 이의 조합물을 포함할 수 있다.
일부 관점에서, 점탄성 간지는 복합재의 유리전이온도를 10% 이상 감소시키지 않고(또는) 복합재의 충격후 압축강도를 10% 이상 감소시키지 않는다. 다른 관점에서, 점탄성 간지는 복합재 손상 부위의 10% 이상의 감소를 유도할 수 있다.
다른 관점에서, 1시간 동안 MEK 침지는 부직포 변형된 복합재의 층간 전단강도를 10% 이상 감소시키지 않는다.
추가 관점에서, 점탄성 간지는 복합재 나공(open hole) 압축 강도를 10% 이상 감소시키지 않는다.
다른 양태에서, 점탄성 직물 및 수지 성분을 함유하는 경화 또는 미경화된 감쇠 복합 구조물은 점탄성 직물이 적어도 하나의 얇은 부직포 층을 포함할 수 있고, 이 부직재가 스티렌계 열가소성 탄성중합체, 탄성중합체, 탄성중합체성 폴리올레핀 및 이의 블렌드로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 공중합체를 포함하고; 점탄성 직물이 수지 성분에 의해 부분적으로 또는 완전하게 함침되어 있고, 여기서 수지 성분은 열경화성 수지일 수 있는 것이 개시된다.
일부 관점에서, 부직재는 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리올레핀, 공중합체 및 이의 블렌드로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 열가소성 물질을 포함하거나 추가로 포함한다.
일부 관점에서, 점탄성 부직포는 유기 또는 무기 변형제, 충전제 또는 내포제를 포함한다.
일부 관점에서, 추가 유기 및 무기 화합물은 유동 조절 첨가제, UV 흡수제, 충전제, 금속 입자, 광택제거제, 안료, 산화방지제, 난연제, 희석제, 안정제, 단량체, 예비중합체, 가요성 향상제, 가공 보조제 및 윤활제, 형광중합체-기반 가공보조제, 광유 및 왁스, 핵제, 섬유 가닥, 중합체, 유리, 세라믹 및 중합체성 버블, 금속 입자, 마이크로충전제 및 나노충전제, 코어-셀 입자, 자성 및 유전성 나노결정, 탄소 나노튜브, 탄소 나노섬유, 나노흑연, 나노점토, 나노실리카, 나노알루미나, 지르코니아 및 티타니아 나노입자, 귀금속 나노입자, 전도성 마이크로입자 및 나노입자, 나노섬유 및 나노가닥 또는 이의 조합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된다.
일부 관점에서, 점탄성 직물은 적어도 한 면이 구조용 접착제 포뮬레이션으로 코팅된다.
일부 관점에서, 점탄성 간지는 양면에 적어도 35 다인/cm의 표면 장력이 달성되도록 플라즈마 처리된다.
다른 양태에서, 경화 또는 미경화된 복합 샌드위치 구조물은 적어도 제1 및 제2 외판; 적어도 구조용 코어; 수지 성분; 및 점탄성 간지를 포함하고; 상기 외판은 구조용 섬유를 함유하는 복수의 직물 층 및 수지 성분으로 구성되며; 수지 성분은 열경화성 수지계일 수 있고; 점탄성 간층은 외판에서 한 쌍의 인접 직물 층 사이에 위치한 적어도 하나의 얇은 부직재 층을 포함할 수 있고; 점탄성 간지는 외판과 벌집형 코어 사이에 적어도 하나의 부직포 층을 포함할 수 있고; 점탄성 간층 및 구조용 성분은 수지 성분으로 부분 또는 완전 함침되고; 경화 후 간층은 구조용 복합 구조물 내에 통합되며; 간지는 외측 복합체 외판의 최대 전단 부위에 위치하고; 구조용 섬유는 탄소 섬유를 포함하고; 점탄성 간지는 경화 과정 전에 수지 조성물에 매립되며; 부직재는 적어도 하나의 열가소성 탄성중합체 또는 이의 블렌드를 포함하고; 부직재는 적어도 하나의 열가소성 중합체 또는 공중합체 및/또는 이의 블렌드를 포함하고; 부직재는 스티렌계 열가소성 탄성중합체, 탄성중합체성 폴리올레핀 및 이의 블렌드로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 공중합체를 포함하고; 부직재는 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리올레핀, 이의 공중합체 및 블렌드로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 열가소성 물질을 포함하거나 추가로 포함하며; 점탄성 간지는 양면에 적어도 35 다인/cm의 표면 장력이 달성되도록 플라즈마 처리된다.
다른 양태에서, 방진 및/또는 방음 성능을 가진 구조용 응용예에 사용되는 간지 지지성 접착제 물질이 개시된다. 이것은 수지 성분과 점탄성 간지를 포함하고; 여기서 부직재는 스티렌계 열가소성 탄성중합체, 탄성중합체성 폴리올레핀 및 이의 블렌드로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 공중합체를 포함하고; 부직재는 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리올레핀, 이의 공중합체 하나 및 이의 블렌드로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 열가소성 물질을 포함하거나 또는 추가로 포함하고; 점탄성 간지는 수지 성분에 의해 부분 또는 완전 함침되고; 수지 성분은 열경화성 수지이며; 점탄성 간지는 구조용 접착제 포뮬레이션으로 적어도 한 면이 코팅되며; 점탄성 간지는 양면에 적어도 35 다인/cm의 표면 장력이 달성되도록 플라즈마 처리된다.
다른 양태에서, 프리프레그 또는 구조용 복합재를 제조하는 방법은 점탄성 간지 및 레이업 내에 수지 성분과 구조용 성분을 함유하는 프리프레그를 부분 또는 완전 공경화시키는 단계를 포함하고, 이때 레이업은 점탄성 간지와 통합된 프리프레그 가닥들의 적층을 포함하여 프리프레그 또는 구조용 복합재를 형성한다. 또한, 이 방법은 점탄성 간지와 프리프레그의 적재 층을 통합시켜 레이업을 형성시키는 단계를 추가로 포함할 수 있고, 여기서 점탄성 간지는 레이업의 선택된 부위에서 통합된다. 일부 관점에서, 이 방법은 점탄성 간지 및 구조용 성분을, 예컨대 수지 성분의 함침, 사출 또는 주입에 의해, 수지 성분과 조합하는 단계를 포함할 수 있다. 사출은 백, 만드렐 및/또는 몰드를 사용하고, 경우에 따라 유동을 보조하는 채널을 이용하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 이 방법은 레이업 또는 조합물을 수지 성분의 겔화 및/또는 경화에 적합한 기간 동안 경화시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
도 1은 용융 블로잉 과정과 관련된 부직물 제조 공정의 한 양태를 예시한 것이다.
도 2는 미변형 및 부직포 변형 패널의 감쇠율(loss factor)을 측정하는데 사용되는 검사 장치를 예시한 것이다. 감쇠율(η)은 가속도계 유래의 출력 시그널(가속도비 및 위상차)을 분석하는 이중 채널 FFT 분석기의 진폭비 vs 진동수 스펙트럼으로부터 수득되는 공진 첨두치(resonant peak)로 계산한다. 진탕기에서 구동점 가속도와 검사 표본의 반응을 측정하기 위해 소형 가속도계를 사용한다.
도 3은 실시예 4에 기술된 바와 같이 -20℃에서 진동수 대비 부직 변형 복합체의 감쇠 성능을 예시한 것이다. 감쇠율이 높을수록 분산 에너지가 커진다. 따라서, 모드 해석은 약 100 내지 약 5000 Hz 사이의 진동수 범위와 광범위한 온도, 예컨대 -50℃ 내지 +20℃ 범위(제시된 -20℃ 행동을 포함한다)에서 향상된 감쇠 성질을 나타냈다.
도 4는 부직포 변형 적층체의 내용매성을, 실시예 4b에 따른 메틸 에틸 케톤(MEK) 콘디셔닝 전과 후에 간지 변형된 복합재의 겉보기 층간 강도를 보여주는 짧은 빔 전단 검사를 사용해 예시한 것이다. 겉보기 층간 전단 강도는 실온에서 1시간의 콘디셔닝 조건 하에 메틸에틸케톤(MEK) 콘디셔닝에 의해 실질적인 영향을 받지 않는다.
도 5는 본 발명의 한 양태의 부직포 변형 복합체의 충격후 압축 강도가 실시예 4c에 기술된 바와 같이 미변형 복합재에 비해 거의 변경되지 않은 것을 보여준다.
도 6은 본 발명의 한 양태의 부직포 변형 복합체의 30J 충격 후 손상 부위가 실시예 4c에 기술된 바와 같이 미변형 복합재에 비해 감소한 것을 보여준다.
도 7은 본 발명의 한 양태에 따른 부직포 변형된 복합재의 거대 나공 압축 강도가 실시예 4d에 기술된 바와 같이 미변형 복합재에 비해 거의 변경되지 않은 것을 보여준다.
도 8은 실시예 4에 기술된 바와 같은 부직포 간지 변형된 적층체의 한 양태와 미변형 적층체의 동적 기계적 분석(DMA)을 사용하여 적층체의 열적 성질, 즉 유리전이온도(Tg)에 미치는 부직포 변형된 적층체의 효과를 예시한 것이다. DMA 분석은 개시된 부직재의 삽입이 실시예 4e에 기술된 바와 같이 변형된 적층체의 열적 성질, 예컨대 Tg에 실질적인 영향을 미치지 않는다는 것을 확인시켜주었다.
도 9는 실시예 5의 박리강도 데이터를 수득하는데 사용된 검사 표본 배열의 한 예를 예시한 것이다.
도 10은 실시예 5에서 논의된 바와 같은 부하-크로스 헤드 치환 다이아그램을 도시한 것이다.
도 11은 실시예 5에 기술된 박리 검사에 의해 수득되는, 본 발명의 감쇠된 복합체의 한 양태와 비교 샘플의 박리 강도 데이터를 예시한 것이다: A) 기준선; B) 연속 필름 변형 복합체; 및 C) 본 발명의 한 양태의 감쇠된 복합재. 본 도면은 층분리(delamination) 균열을 개시하는데 필요한, 초기 파손면에 의해 표준화된 에너지 양을 나타낸다. 이 간지의 구조는 더 높은 박리 강도 값을 초래했다.
도 12는 실시예 6에 기술된 박리 검사에 의해 수득한, 본 발명의 감쇠 복합재 및 비교 샘플의 다른 플라즈마 처리 양태의 박리 강도 데이터를 예시한 것이다. 미변형 적층체와 비교 시, 플라즈마 처리된 부직포 변형된 복합재는 20 내지 100% 사이의 증가를 달성했다.
도 13은 연속 필름 변형 구조(B) 대비, 수지 주입 공정에 대한 통합 부직포 구조(A)의 효능을 예시한 것이다. 개시된 부직포 양태의 경우에는 완벽한 수지 침투가 수득되었지만, 연속 필름 패널은 넓은 건조 부위를 분명하게 보이고 있다.
도 14는 본 발명에 개시된 한 샌드위치 구조의 한 단면을 도시한 투시도이다.
항공우주 산업에서 최근 신소재의 사용 증가는 상업용 및 군사용 항공기 및 우주선의 1차 및 2차 구조물의 방음 및 방진에 대한 관심의 부활을 초래했다. 복합재는 본래 금속보다 가볍고 단단하여, 더욱 민감해져 바람직하지 않은 수준의 진동 및 소음을 겪는 경향이 있다.
능동 및 수동 감쇠 기술 및 장치는 복합 구조물에서 동적 부하 감소, 진동 및 소음 감소 부위에서의 성능을 향상시키기 위해 개발되었다. 표준 해법은 방사(emitting) 표면에 부착되는 점탄성 물질(VEM)로 형성되고 외측 복합재/금속 층에 의해 강성화된 수동 감쇠 층을 함유하는 속박된 구조물을 포함한다. 이러한 속박된 구조물은 기본 구조물 계면에 적용된 물질 내에서의 국소적 전단 변형과 벌크 장력/압축의 조합을 통해, 부하 상(loading phase)을 기본 구조물 상으로부터 이동시켜 진동 및 소음을 감쇠시킨다.
VEM 사용의 1가지 단점은 기본 구조에 부가된 상당한 중량으로, 항공기 및 우주선 시스템에 좋지 않은 중량 효율과 추가 어셈블리 비용 및 노동 비용을 초래한다.
자동차 산업은 소음을 감소시키는 통합 방음 장치와 달리, 차량의 순항 안락을 향상시키는 다층 애드온(add-on)을 광범하게 사용하고 있다. 조성이 다르고 여러 첨가제를 함유하는 점탄성 연속 필름, 발포체 및 부직물은 이러한 응용예에 사용되고 있다. 다층으로 구성되는 방음 적층체를 포함하되, 이 방음 적층체가 유기 섬유 부직물 층으로 구성되고 이의 적어도 하나의 주 표면에 중첩된 음향 물질, 외판 물질을 포함하고 상기 방음 적층체와 차 평면 본체 부품 사이에 공기 층이 배치되어 있는, 방음재는 제시된 바 있다(WO 2007/026411A1). 이 경우에 소리 종파는 불균질 구조로 인해 일련의 반사-전송 기전에 의해 약화되는 반면, 전단파는 거의 소산되지 않는다. 제2 층의 사용 없이도 구조 완전성이 충분한 유기 마이크로섬유 및 열활성화된 스테이플 섬유는 대형 가전제품, 집 벽, 항공기(이중벽 객실 내 또는 엔진과 객실 사이) 및 보트용으로 제안되었다(EP0833973B1 및 WO97/00989). 기계적 진동에 대한 감쇠 반응이 다르고 수지 매트릭스에 매립되어 있는 필라멘트의 조합은 기계 하우징 및 운동 기구용으로 제안되었다(EP0310203).
구조용 매트릭스 물질에 매립된 복수의 섬유 물질 층을 함유하고 이들 사이에 점탄성 천공 물질 필름을 함유하는 방음 및 기계적 감쇠용 복합재는 미국 특허출원 2007/0071957에 개시되어 있다. 이 경우에, 구조용 매트릭스는 이 구조용 매트릭스에 매립된 섬유 물질의 인접 층들 간에 천공을 통해 연속적이다. 따라서, 이 필름의 적어도 부분적인 연속성은 수지 흐름에 대한 장벽으로 작용하고, 이는 주입 공정에는 적합하지 않다. 이에 반해, 여기에 기술된 양태들은 수지 흐름에 장벽으로 작용하지 않는 불연속 부직재로 만들어진 간층을 함유한다. 한 관점에서, 부직재는 수지가 간층을 통해 흐르게 하는 랜덤 섬유로 제조된 것이다. 따라서, 최종 복합재는 연속 또는 부분 연속 필름으로 제조된 간층을 보유하는 물질보다 큰 강도를 나타낸다.
미국 특허 출원 2008/0277057 A1(Boeing Company)은 보강 매체를 보유한 점탄성 물질을 포함할 수 있는 간층을 포함한 감쇠 복합 적층체에 관한 것으로, 상기 보강 매체는 점탄성 물질에 매립된 섬유일 수 있고, 이 섬유 자체는 제2 점탄성 물질로 제조될 수 있다. 섬유가 매립된 점탄성 물질은 섬유가 보강 매체로서 작용할 수 있게 하는 점탄성 섬유보다 낮은 유리 전이 온도 Tg를 보유한다. 이에 반해, 여기에 기술된 양태들에서, 상기 수지는 간지의 점탄성 물질보다 높은 Tg를 보유한다. 따라서, 보강 매체는 여기에 개시된 양태들에는 필요하거나 필수적인 것이 아니다. 또한, 여기에 개시된 양태들의 관점과 달리, 보강 섬유가 매립된 점탄성 물질은 미국 특허 출원 2007/0071957과 관련하여 위에서 논한 점탄성 필름과 유사하다.
특허출원 WO 2008/147754 A1(The Boeing Company)은 매트릭스 물질과 구조의 감쇠를 위해 매트릭스 물질에 유지된 복수의 형태 메모리 합금 와이어 섬유로 만들어진 감쇠 복합체 구조물을 논한다. 상기 매트릭스 물질은 일군의 와이어 섬유가 매립된 점탄성 물질의 간층을 함유하는 수지 층을 포함할 수 있다. 와이어 섬유는 물질의 중량을 바람직하지 않게 증가시킨다. 또한, 상기 물질은 제조하기가 어렵다. 이에 반해, 본 발명의 양태들은 감쇠를 달성하기 위해 와이어 섬유를 필요로 하지 않는다.
특허 출원 US 2008/0152854(3M Innovative Properties Company)는 1) 앞뒤 주 표면을 보유한 열가소성 필름 및 백킹의 앞면을 따라 이격된 결합 위치에서 상기 필름에 결합된 앵커(anchor) 부분 및 결합 위치 사이에서 백킹의 앞면으로부터 돌출한 아치형 부분을 함유하는 백킹 및 2) 이 백킹의 뒷면의 상당 부분을 덮고 있는 접착제 층을 포함하는 감쇠 테이프를 기술한다. 이 감쇠 테이프는 본원에 기술된 양태와 달리 나머지 구조물과 통합되지 않는다.
방음/방진 성질이 있는 샌드위치 구조물은 엔진실, 바닥 패널 및 날개-동체 유선형구조와 같은 여러 항공기 부품용으로 개발되었다.
패널의 파동 수용체 앞면을 형성하는 저항층, 다공성 층에 의해 분리된 적어도 2개의 벌집형 코어로 형성된 구획화된 구조물 및 뒷면 반사체를 포함하는 샌드위치 음향 패널은 특허 출원 US 2002/0078569 A1(Airbus France)에서 논의되어 있다. 이 경우에, 다공성 층은 구획화된 코어의 일부 셀에 일련의 관형 가이드가 양면 각각에 장착되어 있다.
특허 US 7434659 B2(Hexcel Corporation)에는 격막 캡이 위치해 있는 셀을 보유하는 벌집형 코어를 포함하는 음향 구조물이 개시되어 있다. 캡은 상기 셀을 따라 횡방향으로 뻗어 있는 공진기 부분과 접착제에 의해 벌집형 코어에 고정되는 앵커 부분을 보유한다.
특허출원 US 2007/0102239(The Boeing Company)는 상부 에폭시 수지로 함침된 상면 시트 및 고도 감쇠성 하부 에폭시 수지가 주입된 하부 감쇠면 시트에 의해 밀봉된 벌집형 코어 인자를 포함하는 통합된 감쇠 복합 항공기 바닥 패널을 기술한다.
특허 출원 US 2009/0184200(The Boeing Company)은 복합 적층체 사이에 샌드위치된, 감쇠 발포체와 입자를 함유하는 벌집형 코어를 포함하는 구조물을 개시한다.
종래 재료의 용액은 현행 복합재의 요건을 모두 충족시키지 못한다. 이러한 요건의 예로는 중량, 물질 가요성, 성형성, 드레이프성, 취급성, 가공성 및 복합체 제조(주입 및 자동화된 섬유 배치 공정을 포함해서)의 적합성을 포함할 수 있다. 이러하 용액은 사용된 재료(주로 가황 고무)의 고유 본성으로 인해 채택할 수 있는 형태와 중량 절감 면에서 제한적이다. 이러한 재료들은 구조물에 수동으로 적용해야만 하여, 추가 작업 노동, 시간 및 유지 비용을 초래한다. 또한, 일부 재료는 하나 이상의 기계적 성질에 있어서 유의적인 감소(20% 이상)를 유발할 수 있다.
본 발명의 한 양태에서, 재료 용액은 필요한 임의의 형태 및 특징(예, 섬유 직경, 면적 대 중량 비, 두께, 공기 투과성 및 인장 성질)으로 쉽게 제조되고 감쇠될 구조물에 통합될 수 있다. 이러한 용액은 주입 및 자동 섬유 배치를 비롯한 현행 복합체 제조 공정에 적합하다. 감쇠 물질은 추가 생산 단계 없이 모놀리식 또는 샌드위치 동체 외판 및 동체 프레임의 제조 동안 적용할 수 있고, 필요하다면 중량 및 비용을 줄이는 최종 구성성분의 중요 부품에만 적용할 수도 있다.
방음성이 향상된 통합 구조 재료는 최대 전단 부위에 점탄성 물질을 보유한 복합 적층체를 포함할 수 있다. 표면 처리, 위치 및 전단 기전은 열로의 음향 파동/진동 소산을 최대화한다. 점탄성 물질의 조성뿐 아니라 이의 위치결정은 복합체의 음향 및 기계적 성질에 기여할 수 있다. 한 양태에서, 점탄성 간지와 수지 사이에 조절된 계면은 우수한 성능을 초래한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 조절된 계면은 당업자에게 공지된 바와 같은 통상적인 의미인 것으로, 다음과 같은 특징을 가진 통합 구조를 의미한다: 1) 미변형 복합재의 70% 이내의 박리 강도 값; 및 2) 수지 매트릭스와 약간의 상호작용에도 불구하고 방음성의 특정 수준의 보전을 유지하는 부직포. 부직포는 특정 상호연결성을 유지하고 패치 분리를 초래하지 않는다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 "대략", "약" 및 "실질적으로"란 용어는 여전히 원하는 기능을 수행하거나 원하는 결과를 달성하는, 제시된 양에 가까운 양을 나타낸다. 예를 들어, "대략", "약" 및 "실질적으로"란 용어는 제시된 양의 10% 미만 이내, 5% 미만 이내, 1% 미만 이내, 0.1% 미만 이내 및 0.01% 미만 이내인 양을 의미할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 "부분적으로" 또는 "~의 적어도 일부"란 용어는 전체를 포함할 수 있는 전체의 양을 포함하는 전량을 나타낸다. 예를 들어, "~의 일부"는 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 바와 같이 "통합된"이란 용어는 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 협동해서 기능하는 구조물 내의 요소들의 조합을 함유하고 임의의 요소가 주요 구조의 밀접한 부품이고 쉽게 분리할 수 없고, 한 관점에 따르면 어떠한 방식으로든지 분리할 수 없는 감쇠 구조물을 의미한다. 일부 양태에서, 통합된 감쇠 구조물은 부직포 감쇠 물질과 공경화되는 복합체를 포함한다. 다른 양태에서, 수지 성분은 부직재에 부분적으로 또는 실질적으로 완전하게 침투한다. 따라서, 구조용 수지 조성물은 복합재 구조물 전반에서 연속성 또는 부분 연속성이다. 가열 시, 수지 매트릭스 내에서 간지의 부분 확산 및 섞임이 수득되어 최종 복합재의 강도를 향상시키고 통합 구조물을 형성할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 "공경화된"이란 용어는 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 단일 단계로 경화되는 물질을 포함한다. 예를 들어, 수지로 부분 또는 완전 함침된 간지를 보유하는 프리프레그는 단일 단계로 공경화 또는 경화될 수 있다. 일부 양태에서, 복합재 내의 나머지 성분과 부직재를 보유하는 간층의 공경화는 통합된 구조물을 산출한다.
부직재는 여러 제조 공정에 사용될 수 있다. 또한, 부직재는 프리프레그를 제조하는 데에도 사용될 수 있다.
한 양태에서, 부직포 점탄성 물질 및 섬유 또는 프리폼은 수지가 동시에 주입되거나 또는 동일한 주입 과정 동안 수지가 주입되어 통합 구조물을 생산한다. 이 양태에서, 점탄성 층은 구조물 내에 매립된 흐름 장벽으로 작용하는 연속 필름 또는 부분 연속 필름이 아니다.
본 명세서에 사용된 "구조용 성분"은 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 구조용 섬유를 함유하는 물질을 포함하고 제직형 탄소 섬유 직물과 같은 직물의 복수 층 형태로 존재한다.
본 명세서에 사용된 "구조용 섬유"란 용어는 유리 또는 탄소 섬유와 같은 최종 복합재의 강도에 부가 작용하여 50 GPa 이상의 탄성 계수를 나타내는 섬유를 포함한다.
본 명세서에 사용된 "수지 성분"이란 용어는 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 동체 외판, 종재 및 프레임을 제조하기에 적합한 구조용 수지 조성물을 포함한다.
본 명세서에 사용된 "매트릭스", "수지" 및 "매트릭스 수지"란 용어는 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 열경화성 물질 및/또는 열가소성 물질을 함유하는 1 이상의 화합물을 포함할 수 있다. 예컨대, 에폭시, 에폭시 경화제, 페놀계 물질, 페놀, 시아네이트, 이미드(예, 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) 등), 이의 조합물 및 이의 전구체를 포함할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
유익하게도, 통합된 감쇠 구조물의 사용은 감쇠 요소의 유의적인 중량 절감을 초래하고 유지 비용, 부품 수 및 노동 비용을 줄여준다. 또한, 소음 감소는 항공기 동체에 사용되는 2차 감쇠 처리, 예컨대 특대 글라스울 블랭킷, 트리밍 및 기타 설치 장비를 최소화하여 추가 중량 및 비용 절감을 초래할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 "감쇠된" 또는 "감쇠"란 용어는 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 진동 구조물의 기계적 에너지의 소산을 포함한다. 에너지 소산은 기계적 에너지가 열 에너지로 변환되고 그 다음 구조물의 환경으로 소실되는 것을 포함할 수 있다. 한 양태에서, 감쇠는 수동적 기반 물질 감쇠 또는 점탄성 감쇠이다. 한 양태에서, 복합 적층체는 광범한 진동수 및 온도 범위에서 높은 감쇠 성질, 예컨대 높은 감쇠율-η을 나타낸다. 적당한 진동수는 약 200 내지 5000 Hz를 포함한다. 적당한 온도는 약 -50℃ 내지 +20℃, 예컨대 -40℃ 내지 +10℃, -30℃ 내지 +20℃, -20℃ 내지 +10℃, -10℃ 내지 +20℃ 또는 0℃ 내지 +10℃를 포함한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "프리프레그"란 용어는 전술한 바와 같이 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것이다. 프리프레그는 적어도 일부 부피 중에 매트릭스 물질이 함침되어 있는 섬유 시트 또는 박층을 포함한다. 매트릭스는 부분 경화된 상태로 존재할 수 있다. 한 양태에서, 프리프레그는 프리프레그의 총 부피를 기준으로 섬유 부피 분획이 약 0.50 내지 0.60 vol% 사이이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 "경화하는" 및 "경화"란 용어는 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 중합 및/또는 가교 과정을 포함할 수 있다. 경화는 가열, 자외선 노출 및 방사선 노출을 포함하되, 이에 국한되지 않는 과정에 의해 수행될 수 있다. 특정 양태에서, 경화는 매트릭스 내에서 일어날 수 있다. 경화 전에, 매트릭스는 추가로 대략 실온에서 액체, 반고체, 결정형 고체 및 이의 조합물인 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다. 추가 양태에서, 프리프레그 내의 매트릭스는 선택된 점착도 또는 점착성을 나타내도록 부분 경화될 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 "복합체"란 용어는 전술한 바와 같은 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것이다. 복합체는 복수의 프리프레그를 포함할 수 있다. 프리프레그는 열, 진공 및 외부 압력 중 적어도 하나를 적용하여 복합체로 병합될 수 있다. 최종 복합체는 항공우주 응용예들에 사용될 수 있다(이에 국한되지 않는다).
본 명세서에 기술된 복합체의 양태들은 용매 메틸 에틸 케톤(MEK) 콘디셔닝에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는 겉보기 층간 전단 강도를 보유한다. 일부 양태에서, MEK 콘디셔닝 후 이 전단 강도의 90%는, 예컨대 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% 또는 100%가 유지된다. 예를 들어, 한 양태에서, MEK 콘디셔닝 전 복합체의 층간 전단 강도는, 예컨대 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% 또는 100%가 약 84.59이고, 메틸에틸케톤 처리 후에는 약 83.34이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 "전단 강도"란 어구는 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것이다. 표본은 다양한 방식으로 전단 검사될 수 있다. 한 양태에서, 겉보기 전단 강도는 최초 파손 순간에 검사 표본의 절반 두께에서 계산된 최대 전단 응력이며, 만곡도, 예컨대 3점 굽힘을 통해 측정할 수 있다. 3점 굽힘 시의 전단 강도는 다음 식으로 제공할 수 있다:
Figure pct00001
여기서, PR은 최초 파손 순간의 최대 힘이고, b는 표본의 폭이며, h는 표본의 두께이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 "섬유"란 용어는 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 복합재의 보강을 위해 맞춰진 하나 이상의 섬유성 물질을 포함할 수 있다. 섬유는 입자, 박편, 단결정, 단섬유, 연속 섬유, 시트, 층 및 이의 조합 중 임의의 형태일 수 있다. 연속 섬유는 또한 단방향, 다차원(예컨대, 2차원 또는 3차원)의 부직, 제직, 편직, 스티치형, 권선형 및 브레이드형(braided) 형상, 뿐만 아니라 소용돌이형 매트, 펠트 매트 및 초핑된 매트 구조 중 임의의 형태를 채택할 수 있다. 제직 섬유 구조물은 약 1000개 이하, 약 3000개 이하, 약 6000개 이하, 약 12000개 이하, 약 24000개 이하, 약 48000개 이하, 약 56000개 이하, 약 1250000개 이하, 및 약 125000개 초과의 필라멘트를 보유하는 복수의 제직 토우를 포함할 수 있다. 추가 양태에서, 토우는 교차-토우 스티치, 씨실-삽입 편직 스티치 또는 소량의 수지, 예컨대 사이징(sizing)에 의해 위치가 유지될 수 있다.
섬유의 조성물은 필요에 따라 달라질 수 있다. 섬유 조성물의 양태는 유리, 탄소, 아라미드, 석영, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리-p-페닐렌-벤조비스옥사졸(PBO), 붕소, 탄화규소, 폴리아미드 및 흑연, 이의 배합물을 포함할 수 있지만, 이에 국한되지는 않는다. 한 양태에서, 섬유는 탄소, 섬유유리, 아라미드 또는 다른 열가소성 물질이다. 보강 섬유는 유기 또는 무기 물질일 수 있다. 또한, 섬유는 연속 또는 불연속 형태인 것을 포함한 직물 구성을 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 "부직포"란 용어는 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 제직되지 않은 섬유성 자가결합 웨브(web)를 포함할 수 있다. 한 양태에서, "부직포"는 확인가능한 방식으로 상호제직된 개별 섬유 구조를 생산하는 직물 제직 과정의 사용 없이 형성된 임의의 물질을 의미한다. 부직포는 단섬유 또는 장섬유로 제조될 수 있다. 부직물은 부직포의 조절 투과성으로 인해 수지가 유동할 수 있게 하는 바, 수지 주입 과정에 적합할 수 있다. 이에 반해, 연속 또는 천공된 VEM 필름은 수지 유동에 물리적 장벽을 만든다. 부직재는 습식(wet-laid), 건식(dry-laid)(카드식, 공기적층식), 방적용융(방적적층식, 용융사출식), 플래시 스펀, 정전기식 스펀, 수류-제트 천공식, 니들 천공 구조를 포함한다. 부직포의 대표적인 중합체는 폴리올레핀, 예컨대 저밀도, 중간 밀도 및 고밀도 폴리프로필렌, 저밀도, 중간 밀도 및 고밀도 폴리에틸렌, 어택틱, 신디오택틱 또는 이소택틱 폴리프로필렌 및 이의 블렌드, 폴리에틸렌 비닐 알콜 및 이의 블렌드, 폴리부틸렌, 예컨대 폴리(1-부텐) 및 폴리(2-부텐), 폴리(3-메틸-1-부텐), 폴리(1-부텐) 및 폴리(2-부텐), 폴리(4-메틸-1-펜텐), 폴리(1-헥센), 폴리(1-헵텐), 폴리(1-옥텐), 폴리(1-노넨), 폴리(1-데센), 폴리올레핀계 공중합체 및 폴리올레핀계 열가소성 탄성중합체 및 이의 블렌드; 폴리에스테르, 예컨대 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에테르 에스테르 공중합체; 폴리아미드, 예컨대 나일론 6 또는 나일론 66, 폴리아미드 폴리에테르 공중합체; 폴리우레탄 및 폴리에테르 및 에스테르계 폴리우레탄 열가소성 탄성중합체; 폴리스티렌 블록 공중합체 함유 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 수소화된 폴리부타디엔, 수소화된 폴리이소프렌 또는 이의 조합; 비닐 중합체 및 공중합체, 예컨대 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리비닐알콜 및 폴리에틸렌비닐아세테이트, 아크릴계 중합체 및 공중합체, 폴리카보네이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 현재 공지되어 있거나 향후 개발되는 다른 중합체 및 이의 블렌드를 포함한다.
부직포 마이크로섬유는 이성분 또는 다성분 섬유로 구성될 수 있다. 마이크로섬유는 더욱 복잡한 구조, 예컨대 외장/코어, 면/면, 파이 분절, 바다속 섬(islands-in-a-sea)과 같은 구조를 보유할 수 있고, 여러 중합체 또는 이의 블렌드로 제조될 수 있다. 중합체 마이크로섬유는 유기 또는 무기 충전제 또는 변형제를 함유할 수 있다.
부직포의 표면은 화학적 처리, 플라즈마 처리, 코로나 방전 처리, 불꽃 처리, 블라스팅 또는 이의 조합과 같은 전처리를 접착제 강도 및 기계적 상호체결 기전을 향상 또는 증강시키기 위한 목적으로 처리할 수 있다. 일부 관점에서, 점탄성 간지는 양면에 적어도 35 다인/센티미터의 표면 장력을 달성하도록 플라즈마 처리된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이 "간지"란 용어는 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 다른 층들 사이에 위치한 층을 포함한다. 한 양태에서, 간지는 복합체의 한 면 중간에 위치할 수 있다. 다른 양태에서, 중간층은 최대 전단 부위를 포함한다. 간단한 경우에, 전단 및 만곡은 구조물의 응력 분석에 의해 측정할 수 있다. 예를 들어, 빔이 만곡부에 부하되는 경우에, 최대 전단 부위는 중간 축에 있다. 더욱 복잡한 구조물에서는 응력을 측정하고 최대 전단 부위를 동정하는데 추가 계산이 필요하다.
다른 양태에서, 간지는 두께가 20 내지 2000 ㎛, 바람직하게는 50 내지 700 ㎛, 가장 바람직하게는 100 내지 300 ㎛ 사이이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 "중간면"이란 용어는 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 복합체의 하나 이상의 표면으로부터 복합체 두께의 약 40 내지 60% 거리에 위치할 수 있는 복합체 층의 중간 부위를 포함한다.
본 명세서에 사용된 "최대 전단"이란 용어는 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 2개의 인접 층이 접촉면에 평행한 방향으로 서로에게 상대적으로 활주하도록 유발하거나 유발하는 경향이 있는 적용 힘으로부터 산출되는, 최대 전단이 작용하는 단면에 접선방향인 내력을 포함한다. 굽힘 유래의 전단 응력은 중간 축의 빔 중간면에서 최대이다. 일부 양태에서, 간지는 통합된 감쇠 복합재의 중간면에 있는 직물 층 사이에 위치하고, 일부 관점에서, 이러한 위치결정은 전단 수준에서 선택된 부위에서 더욱 중량-효과적 및 감쇠 효과적인 구조를 산출한다.
일부 양태에서, 간지는 복합 구조물을 구성하는 임의의 층에 위치할 수 있고, 다른 양태에서, 간지는 복합재의 특정 부위에 위치할 수 있으며, 일부 관점에서 간지는 더욱 중량- 및 감쇠-효과적인 구조물을 창조하는 전단 수준에서 선택된 부위에 위치할 수 있다.
한 양태에서, 불연속 점탄성 층일 수 있는 간지는 "조절된 계면"이 달성되도록 복합재 내에 위치한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 "매립된"이란 용어는 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 복합재 구조 내에 완전하게 포함된 간지를 포함한다. 일부 관점에서, 간지는 복합재 구조의 절대적인 부분이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 "점탄성"이란 용어는 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 변형을 겪을 때 점성 및 탄성 특징을 모두 나타내는 물질을 포함할 수 있다. 점탄성 물질은 이러한 두 중합체 클래스의 원소를 보유하고, 그 자체가 시간 의존적 변형을 나타낸다. 탄성은 일반적으로 규칙적인 고체의 결정학 면을 따라 뻗어있는 결합의 결과인 반면, 점탄성은 무정형 물질의 내부에 있는 원자 또는 분자의 확산 결과이다.
탄성중합체는 일반적으로 긴 중합체 사슬이 경화 동안(가황 과정) 가교하는 열경화성 물질이다. 탄성은 적용된 응력을 분산시키기 위해 스스로 재구성하는 장쇄의 능력에서 유래된다. 공유 가교결합은 응력이 제거될 때 탄성중합체가 본래 형상으로 복귀하도록 한다. 이러한 극단적인 가요성의 결과로서, 탄성중합체는 구체적인 물질에 따라 5 내지 800%까지 가역적으로 연장될 수 있다. 가교가 없거나 또는 짧고 불안하게 재구성된 사슬인 경우, 적용된 응력은 영구적인 변형을 초래할 것이다.
열가소성 탄성중합체(TPE)는 열가소성 및 탄성중합체 성질을 모두 나타내는 공중합체 클래스 또는 중합체의 물리적 혼합물이다. 대부분의 탄성중합체는 열경화성물질이지만, 열가소성물질이 반대로 사출 성형 및 용융 블로잉 등으로 제조하는데 사용하기가 비교적 쉽다. 열가소성 탄성중합체는 고무계 물질 및 플라스틱 물질의 전형적인 이점을 모두 나타낸다. 열경화성 탄성중합체와 열가소성 탄성중합체 간의 주요 차이는 가교의 종류이다. 열경화성 중합체의 가교는 가황 과정 동안 창조된 공유 결합이다. 다른 한편, 열가소성 탄성중합체 내의 가교는 약한 쌍극자 또는 수소 결합이거나 또는 물질의 상들 중 하나에서만 일어난다.
본 명세서에 기술된 양태들의 일반적인 부직포는 점탄성 행동을 나타내는 물질로 제조된다. 특히, 감쇠 탄젠트(tanδ)는 방음 및 방진 효율을 측정하는데 사용되는 인자 중 하나이다. 따라서, 높은 감쇠 부직포 조성물이 더 높은 수의 감쇠율을 나타내는 바, 동적 에너지는 전기 또는 열 에너지의 형태로 흡수 및 소산되고, 간지는 흡음성 또는 방진성과 같은 우수한 기계적 특성을 나타낸다. 종래의 높은 감쇠성 간지 재료 조성물은 1.0 이상, 바람직하게는 1.5 내지 2.0 사이의 감쇠 탄젠트를 나타내야 한다.
또한, 간지 조성물은 부직포 제조 과정에 적합성, 낮은 수분 흡수성 및 용매와 공격적 유체 내성을 확실히 나타내는 것으로 선택한다.
한 양태에서, 열가소성 탄성중합체는 가공성과 적합성/기계적/용매내성 성질 간에 균형을 제공하기 위해 사용할 수 있다. 한 양태에서, 점탄성 물질은 스티렌계 열가소성 탄성중합체이다. 점탄성 물질은 폴리스티렌과 가요성 탄성중합체 블록의 이블록 또는 삼블록일 수 있다. 다른 점탄성 물질은 예컨대 폴리스티렌 블록을 보유하는 스티렌 블록형 공중합체 및 비닐 결합 풍부한 폴리이소프렌을 포함한다. 이러한 한 예는 삼블록 공중합체 Hybrar 7311을 포함할 수 있다.
한 양태에서, 점탄성 물질은 스티렌계 열가소성 탄성중합체(TPE-S)를 포함한다. S형 열가소성 탄성중합체는 2개의 부적합성 블록, 즉 Tg가 낮은 탄성중합체 분절 및 Tg가 높은 스티렌계 분절을 함유하는 블록 공중합체 클래스로서, 실온에서 마이크로상 분리된 구조를 형성한다. 이 물질은 보강 충전제로서 작용하기도 하는, 폴리스티렌(PS) 말단 블록의 집적에 의해 물리적으로 가황된 탄성중합체 매트릭스로서 간주될 수 있다. S형 열가소성 탄성중합체는 마이크로분리 행동이 감쇠에 양호한 영향을 미치는 바, 광범한 온도와 진동수 상에서 감쇠 향상 기회를 제공한다.
TPE-S는 광범한 온도와 진동수를 따라 우수한 감쇠성을 나타낸다. 가요성 블록을 보유하는 스티렌계 블록 공중합체는 수소화된 폴리(스티렌-b-이소프렌-b-스티렌)(SEPS), 폴리스티렌과 에틸렌-부틸렌의 공중합체(SEBS), 폴리스티렌과 에틸렌-에틸렌-프로필렌의 공중합체(SEEPS), 폴리스티렌과 이소프렌의 공중합체(SIS), 폴리스티렌과 부타디엔의 공중합체(SBS) 및 폴리스티렌과 이소프렌-부타디엔의 공중합체(SIBS) 또는 이의 블렌드를 포함할 수 있다.
본 명세서에 기술된 간지의 양태들은 다양한 특징, 예컨대 섬유 직경, 면적/중량, 두께, 공기 투과성 및 인장성을 보유하는 다양한 형태로 제조될 수 있다. 예를 들어, 복합재에 존재하는 섬유의 섬유 직경은 약 10 내지 20 ㎛, 다른 양태에서는 3 내지 7 ㎛, 20 내지 40 ㎛ 또는 40 내지 60 ㎛일 수 있다. 또한, 간지의 단위면적당 질량은 약 50 내지 150 g/㎡, 다른 양태에서는 10 내지 50 g/㎡, 150 내지 300 g/㎡ 또는 300 내지 500 g/㎡일 수 있다. 또한, 간지의 두께는 약 100 내지 400 ㎛, 다른 양태에서는 50 내지 100 ㎛, 400 내지 600 ㎛ 또는 600 내지 1000 ㎛일 수 있다. 간지의 공기 투과성은 약 40 내지 100 cc/㎠/sec, 5 내지 40 cc/㎠/sec, 다른 양태에서는 100 내지 400 cc/㎠/sec일 수 있다. 예를 들어, 간지의 인장강도 MD는 약 2 내지 10 N/1.5cm, 다른 양태에서는 10 내지 20 N/1.5cm, 20 내지 60 N/1.5cm, 또는 60 내지 100 N/1.5cm일 수 있다.
한 양태에서, 복합 적층체에 점탄성 간지의 삽입은 복합 적층체의 열적 성질(Tg), 열기계적 성질 또는 환경적 성질(수분, 용매 및 공격적 유체 내성)에 크게 영향을 미치지 않는다. 다른 양태에 따르면, 나공 압축 및 충격후 압축 강도 성질은 복합 적층체에 점탄성 간지의 삽입에 의해 약간만 영향을 받거나 영향을 받지 않는다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "레이업"이란 용어는 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 서로 인접 배치된 하나 이상의 프리프레그를 포함할 수 있다. 특정 양태에 따르면, 레이업 내의 프리프레그는 서로에 대해 선택된 배향으로 위치할 수 있다. 다른 양태에 따르면, 프리프레그는 경우에 따라 선택된 배향으로부터 상대적 움직임을 억제하기 위해 실 재료로 함께 꿰맬 수 있다. 다른 양태에 따르면, "레이업"은 여기서 논의된 바와 같이 완전 함침된 프리프레그, 부분 함침된 프리프레그 및 천공된 프리프레그의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 레이업은 수동 레이업, 자동 테이프 레이업(ATL), 최신 섬유 배치(AFP) 및 필라멘트 권선을 포함할 수 있는 기술로 제조할 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 "동체 외판", "동체 종재" 및 "동체 프레임"이란 용어는 당업자에게 공지된 바와 같은 통상적인 의미인 것으로, 각각 항공기 주 본체 패널, 골격을 만드는 둘레 프레임, 및 종방향 강성화 보강 부재를 의미한다. 프레임과 종재의 조합은 정지 관점 및 피로 관점에서 모든 항공기 하중을 견디기에 충분한 양의 물질과 필요한 강성도를 동체 용기에 제공하는데 사용된다. 특히 종재 구성부재의 경우, 주요 목적은 표면의 변형을 피하기 위해 외판 패널 표면을 최적 형상으로 분할하는 것이다. 또한, 종재는 외판 패널에서 균열이 확산되지 않게 하는데 기여한다. 동체 프레임의 예는 IST 프레임, 전단 타이를 보유한 플로팅 C 프레임 및 전단 타이를 보유한 플로팅 Z 프레임을 포함한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 "유기 변형제", "유기 충전제", "무기 변형제" 및 "무기 충전제"란 용어들은 당업자에게 공지된 통상적인 의미인 것으로, 일반적으로 부직재의 성질을 향상시키기 위해 부직재에 첨가되는 유동 조절 첨가제, UV 흡수제, 충전제, 예컨대 실리카, 흑연 및 질화붕소, 점토, 예컨대 운모, 탈크 및 질석, 금속 입자, 광택제거제, 안료, 산화방지제, 난연제, 희석제, 안정제, 단량체, 예비중합체, 가요성 향상제, 가공 보조제 및 윤활제(형광중합체-기반 가공보조제, 광유 및 왁스 포함), 핵제, 섬유 가닥, 중합체, 유리, 세라믹 및 중합체성 버블, 금속 입자, 마이크로충전제 및 나노충전제, 예컨대 코어-셀 입자, 자성 및 유전성 나노결정, 탄소 나노튜브, 탄소 나노섬유, 나노흑연, 나노점토, 나노실리카, 나노알루미나, 지르코니아 및 티타니아 나노입자, 귀금속 나노입자, 전도성 마이크로입자 및 나노입자, 나노섬유 및 나노가닥 또는 이의 조합물을 포함한다.
복합재의 제조에는 표준 제조 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 한 양태에서는 전형적인 동체 외판/프레임 제조 방법으로 복합재를 제조한다.
실시예
실시예 1
감쇠 효율 범위를 평가하기 위해 여러 시판 열가소성 탄성중합체를 평가했다. 평가된 물질과 이의 대응 성질은 표 1에 간단한 목록으로 기록했다.
표 1
Figure pct00002
중합체는 tanδ 값과 유리 전이 온도의 범위에 따라 선택했다. tan 값이 1.0 이상, 바람직하게는 1.0 내지 1.6 사이, 가장 바람직하게는 2 이상인 중합체를 선택했다.
실시예 2
스티렌계 열가소성 탄성중합체 및 특히 에틸렌-프로필렌 가요성 단위를 함유하는 수소화된 스티렌 공중합체, 예컨대 Kuraray Septon 2063은 본 실시예에 개시된 부직포 제조에 주성분으로 사용했다. 선택한 열가소성 탄성중합체(Septon 2063)과 여러 백분율의 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드 6(Nylon 6) 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)를 배합했다. 용융 블로잉 과정은 부직포 제조를 위해 선택했다. 이 과정의 개략도는 도 1에 기록했다. 부직포 및 이의 대응 조성과 성질은 표 2에 목록으로 기록했다.
표 2
Figure pct00003
실시예 3
본 실시예는 주입 공정에 대한 통합 방음 물질의 적합성을 증명한다. 본 실시예에서 쿠폰은 CYCOM 977-2 1000 gsm HM 필름과 3축 탄소 섬유 브레이드형 프리폼을 이용하여 벌크 수지 주입에 의해 실현했다.
본 실시예를 위해, 48.5와 79.2 gsm 사이의 면적/중량 비 및 40.3과 85.8 cc/㎠/sec 사이의 공기 투과성을 특징으로 하는 3가지 다른 부직포 등급(표 2의 3, 6 및 7)을 선택했다.
중층 레이업(ply-by-ply lay-up) 방법을 이용하여 4개의 쿠폰을 제조했다(표 4). 이 쿠폰의 중간면에 간지를 배치했다. 쿠폰 치수는 표 3에 기록했다. 쿠폰 1은 임의의 점탄성 간지 없이 제조하고 미변형 기준선으로서 코드화했다.
표 3
Figure pct00004
각 쿠폰마다 수지 충전 규모는 최종 부품의 수지 함량이 35 ± 5 중량%가 되도록 계산했다.
실험 결과, 선택한 부직포가 주입 공정에 적합한 것으로 나타났다. 전체 수지 투과가 달성되었다. 건조한 부위는 표본에서 관찰되지 않았다. 정확한 수지 함량은 표 4에 제시한 바와 같이 제조된 모든 쿠폰에서 달성되었다.
표 4
Figure pct00005
실시예 4
다음과 같은 복합재 성질에 미치는 바람직한 부직포 통합 물질 용액의 영향을 평가했다:
a) 방음
b) 겉보기 층간 전단 강도
c) 충격후 압축 강도
d) 나공 압축 강도
e) 유리전이온도
온도의 함수로서 흡수성 측정은 공명법으로 수행했다. 측정 시스템의 도식적 표현은 도 2에 제시했다.
표본은 항온실에서 자유 배열로 진동시켰다. 소형 가속도계를 이용하여 진탕기에서 구동점(driving point) 가속도 및 시편의 반응을 측정했다. 가속도계로부터의 출력 시그널은 이중-채널의 고속 푸리에 변환 스펙트럼 분석기로 분석했다. 이 분석기는 두 가속도계의 가속도 비와 위상차를 측정하고, 또한 진탕기를 30 Hz 내지 10 KHz의 진동수 범위에서 구동시키는 랜덤 노이즈원(random noise source)을 제공한다. 측정된 데이터는 항상 샘플로 취해 rms-평균을 구했다. 표시된 진폭비 vs 진동수는 흡수(감쇠율)가 계산되는 다수의 공명 피크를 초래한다. 측정은 10℃ 간격으로 -50℃부터 +20℃의 온도 범위에서 이루어졌다.
검사 패널은 EN2565에 따라 제조했다. 표본의 치수는 표 5에 기록했다.
검사 전에 경화된 표본은 EN2743에 따라 (23±2℃) 및 (50±5%) 습도에서 보관했다.
표 5
Figure pct00006
음향 검사 쿠폰은 CYCOM® 977-2-34-24IMS 단방향 테이프로 제조했다. 부직포 3(표 2)은 본 실시예의 간지로서 선택했고 CYCOM 977-2 HM 94 gsm 필름으로 프리프레그화했다. 프리프레그화된 간지는 그 다음 표본의 중간면에 레이업했다. 비교용으로, 표본을 간지 없이 제조하고 "미변형 기준선"으로 코드화했다.
개시된 부직포 통합 재료 표본은 표 6에 제시한 바와 같이 -50℃ 내지 20℃의 온도 범위와 30 내지 5000 Hz 사이의 진동수 범위에서 우수한 방음 성능을 나타냈다. 통합 재료 용액은 도 3에 제시한 바와 같은 미변형 기준선과 비교 시, 방음성의 상당한 향상을 나타냈다.
표 6
Figure pct00007
표본의 겉보기 전단 강도는 EN2563에 따라 단순보로서 콜렉션에서 검사했다. 막대는 지지체 사이의 적재 노우즈 미드웨이에 의해 적용된 힘 하에 두 지지체 상에 놓고 다음 식에 따라 측정했다:
Figure pct00008
식에서,
τ는 겉보기 전단 응력, MPa이고
PR은 최초 파손 순간의 최대 힘, N이며;
b는 표본의 폭, mm이고
h는 표본의 두께, mm이다.
부직포 변형 적층체의 겉보기 층간 전단 강도는 MEK 침지 전과 후에 측정했다. 초기 조건에서 표본은 EN2743에 따라 콘디셔닝했다.
MEK 침지 후 검사 시, 콘디셔닝은 EN 2489에 따라 실시했다. 검사 패널은 CYCOM 977-2-34-24IMS 단방향 테이프로부터 제조했다. 검사 표본은 EN2565에 따라 제조한 패널에서 수집했다. 표본 치수는 표 7에 기록했다. 5개의 쿠폰을 침지 전에 검사하고 다른 5개는 침지 후에 검사했다. 표본의 길이 방향은 섬유 배향과 평행했다. 부직포 3(표 2)은 본 실시예의 간지로서 선택하고 CYCOM 977-2 HM 94 gsm 필름으로 프리프레깅했다. 프리프레깅된 간지는 그 다음 표본의 중간면에 레이업했다.
표 7
Figure pct00009
메틸에틸케톤 콘디셔닝은 간지-변형 쿠폰의 계산된 겉보기 층간 강도에 영향을 미치지 않았다. 특히, 한 양태에서, 층간 전단 강도는 84.59 MPa이고, 용매에서 1시간 동안 침지된 후에는 도 3에 제시된 바와 같이 83.34 MPa이었다.
충격후 압축 검사는 섬유 보강 플라스틱의 저속 내충격성을 측정하는 것을 목적으로 한다. 이 방법은 충격 파라미터의 특정 세트에 대한 재료 반응을 측정하여 재료 간에 비교할 수 있게 한다.
간지 변형 표본은 일정한 충격 에너지에서 충격 처리되고, 압축 강도는 EN 6038에 따라 측정된다. 덴트(dent) 깊이와 측정된 면적을 측정했다.
검사 패널은 CYCOM 977-2-34-24IMS 단방향 테이프로 제조했다. 간지 변형된 검사 패널은 탄소-보강 적층체에 대해 EN 2565 방법 B에 따라 제조했다. 부직포 3(표 2)은 본 실시예의 간지로서 선택했고 CYCOM 977-2 HM 94gsm 필름으로 프리프레깅했다. 프리프레그화된 간지는 그 다음 표본의 중간면에 레이업시켰다. 유사-등방성 레이업 및 약 4mm 표본을 본 검사에 사용했다. 치수와 내성은 표 8에 제시했다.
간지-변형 표본은 30J 에너지로 충격을 가하고 덴트 깊이를 측정했다. 초음파 스캔을 수행하여 손상 길이, 폭 및 면적을 측정했다.
콘디셔닝은 충격 후에 수행했다. 검사는 23±2mm 50±5% 상대습도에서 수행했다.
0.5mm/min의 크로스헤드가 선택되었다. 하중은 시간 및 파괴 파손 하중(PR)의 함수로서 연속해서 기록했다. 특정 충격 에너지 레벨 E에서 충격 후 압축 강도는 다음 식으로 정의했다:
Figure pct00010
식에서, Pr은 파괴 파손 하중(N)이고,
w는 표본 폭(mm)이며,
t는 표본의 두께(mm)이다.
표본의 치수는 표 8에 기록했다.
표 8
Figure pct00011
부직포 3(표 2)은 각 쿠폰의 중간면에 레이업했다.
통합 복합체 구조에서 바람직한 부직포의 사용은 도 5에 도시된 바와 같이 충격 후 압축 강도의 최소 저하를 초래했다. 또한, 변형은 도 6에 도시된 바와 같이 미변형 쿠폰과 비교하면 손상 부위의 감소를 나타냈다.
나공 압축 검사는 단방향 보강된 복합재의 나공 인장 강도를 측정하는 방법이다. 간지 변형된 나공 표본은 적층체의 인장 기계적 성질을 측정하기 위해 인장 하에 검사했다.
크로스헤드 속도는 2 ± 0.2 mm/min을 선택했다. 부하량은 크로스헤드 치환의 함수로서 연속해서 기록했다. 표준화된 인장 나공 압축 강도는 표본이 경험한 최대 하중을, 보고된 식을 사용하여 게이지 길이 내의 횡단면 면적으로 나누어 계산했다:
Figure pct00012
식에서, Pu 는 최대 부하량(N)이고,
w는 표본 폭(mm)이며,
tn은 공칭 두께(검사 적층체의 층 수가 곱해진 관련 재료 사양에서 특정한 경화된 층 두께)(mm)이다.
검사 패널은 CYCOM 977-2-34IMS 단방향 테이프로 제조했다. 검사 패널은 탄소 섬유 보강 적층체를 위해 EN 2565 방법 B에 따라 제조했다.
유사-등방형 레이업 및 약 4m 표본을 본 검사에 사용했다. 임의의 적층체에서 두께 측정의 변동은 평균 측정된 두께의 ±2% 이내였다. 부직포 3(표 2)은 본 실시예의 간지로서 선택하여 CYCOM 977-2 HM 94gsm 필름으로 프리프레그화했다. 프리프레그화된 간지는 그 다음 표본의 중간면에 레이업했다. 비교 목적으로, 어떠한 부직포 간지도 포함하지 않는 쿠폰을 제조하고 미변형 기준선으로 코드화했다.
패널은 검출가능한 결손으로부터 자유롭도록 비-파괴적 검사(NDT)로 처리했다(예, C-스캔).
구멍 가공은 AIPS 01-02-005의 요건에 따랐다. 6개의 검사 표본을 검사했다.
표본은 (23±2)℃에서 검사하고 EN2823에 따라 콘디셔닝했다.
표본의 치수는 표 9에 기록했다.
표 9
Figure pct00013
통합 복합재 구조의 중간면에 부직포의 삽입은 도 7에 도시된 바와 같이 미변형 기준선과 비교하면 나공 압축 강도의 최소 저하를 초래했다.
적층체 열적 성질에 미치는 부직포 간지의 영향은 다진동수 변형력 조절된 검사를 이용해 동적 기계적 분석(DMA)으로 평가했다. 재료가 일정한 속도로 가열되는 동안 단일 진동수 상에서 일정 진폭 하에 정현파 힘(sinusoidal force)은 표본을 변형시킨다. 적용 응력의 규모와 수득되는 변형력은 강성도와 이에 따라 응력 하의 재료의 모듈러스를 계산하는데 사용된다. 적용된 힘 대비 치환 시의 시간 지체를 측정하여 재료의 감쇠 성질을 측정했다. 시간 지체는 상 지체(각도)로서 기록했다. 감쇠는 상 지체의 탄젠트를 나타내는 tan δ라 불린다. DMA는 약 50 내지 260℃ 사이의 온도 범위에서 가열 속도 5±0.2℃/min 및 약 1Hz 진동수 하에 수행했다.
검사 패널은 CYCOM 977-2-34IMS 단방향 테이프로 제조했다. 검사 패널은 EN2565에 따라 제조했다. 표본 치수는 표 10에 기록했다.
표 10
Figure pct00014
부직포 3(표 2)은 본 실시예의 간지로서 선택하고 CYCOM 977-2 HM 94gsm 필름으로 프리프레그화했다. 프리프레그화된 간지는 그 다음 표본의 중간면에 레이업했다.
검사 전에 경화된 표본은 (23±2℃) 및 (50±5)% 습도에서 보관했다.
유리전이온도는 샘플을 진동식 변위로 처리했을 때 샘플이 온도 증가에 따라 기계적 및 감쇠 행동의 급격한 변화를 나타내는 온도로서 정의된다. Tg 개시는 유리 전이 사건의 개시 전과 후에 저장 모듈러스 곡선 상의 점들로부터 유추된 외삽 탄젠트의 온도 교차점으로서의 온도로서 정의된다. 검사는 단일 캔틸레버-굽힘 방식으로 수행했다. 3개의 표본을 검사했고 Tg 결과는 평균치의 ±2℃ 내였다.
바람직한 부직포 용액의 사용은 도 8에 제시된 바와 같이 통합 구조의 유리 전이 온도에 실질적으로 영향을 미치지 않는다. 부직포 변형 표본 및 미변형 표본 간에는 1℃ 이하의 차이가 관찰되었다.
실시예 4
개시된 부직포 통합 재료 대 Smactane®(Smac Toulon France에서 입수) 연속 필름 변형 복합체의 박리 강도의 비교예.
박리 검사는 결합된 표면을 떼어내는데 필요한 강도를 측정한다. 샘플의 두께를 측정한 후, 만능시험기의 설비에 배치했다. 부품이나 결합이 파손될 때까지 특정 속도로 표본을 잡아당겼다. 파손 종류는 응집 파손, 접착제 파손 또는 기재 파손으로 표시했다.
예비균열된 표본은 총 전파된 균열 길이가 약 100mm일 때까지 박리력을 계속 부하했다. 균열 전파 동안 검사기의 하중 및 크로스헤드 변위를 계속 기록했다. 박리 강도는 전파된 균열 길이로부터 계산하고, 적용된 에너지는 도 10에 제시된 바와 같이 부하량-크로스헤드 변위 다이아그램으로부터 측정했다.
도 9의 박리 시험 표본의 치수는 표 11에 기록했다.
표 11
Figure pct00015
테이프의 섬유 방향은 표본 길이에 대해 0°였다.
검사 패널은 CYCOM 977-2-34-24IMS 단방향 테이프로 제조했다. 검사 패널은 EN2565에 따라 제조했다. 부직포 3(표 2)은 본 실시예의 간지로서 선택하고 CYCOM 977-2 HM 94gsm 필름으로 프리프레그화했다. 프리프레그화된 간지는 그 다음 표본의 중간면에 레이업했다.
최초 균열은 점탄성 간지와 여기에 바로 인접한 테이프 층 사이의 적층체 중간면에 배치된 균열 길이의 치수를 보유한 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 이형 필름의 이중층을 사용하여 도입시켰다.
부직포 간지와 비교예에 사용된 연속 필름 및 이의 대응 특징은 표 12에 기록했다:
표 12
Figure pct00016
표본은 EN 2743 검사에 따라 콘디셔닝한 후 실온에서 경화된 상태에서 건식 검사했다.
검사
표본은 검사 설비에 정렬했다. 혼입된 이형 필름은 초기 균열 길이가 약 10-15mm일 때까지 부하되었다. 표본은 총 균열 길이가 약 100mm일 때까지 10mm/min의 크로스헤드 속도로 일정하게 부하되었다. 부하량과 크로스헤드 변위를 기록했다.
다음 식을 사용하여 박리 강도를 계산했다.
Figure pct00017
PS는 박리 강도이고,
A는 총 전파된 균열 길이를 달성하기 위한 에너지이며(도 10)
a는 전파된 균열 길이이고,
w는 표본의 폭이다.
연속 필름 간지의 사용은 Smactane® 변형 쿠폰의 경우처럼, 간지의 등방성으로 인해 박리 강도의 유의적 저하를 초래한다. 필름은 복합 구조물의 연속 장벽으로 작용한다. 반대로, 바람직한 부직포 간지가 쿠폰의 중간면에 배치되었을 때 우수한 박리 강도 값이 기록되었다. 수지와 부직포 사이에 맞춰진 계면의 형성은 우수한 방음성을 유지하면서 강도 값의 분명한 향상을 초래한다.
실시예 5
이 비교예에서는 부직포의 표면 변형을 위해 여러 플라즈마 처리를 사용했다. 쿠폰은 실시예 5에서처럼 제조했다. 박리 강도는 실시예 5에서처럼 계산했다.
검사 패널은 CYCOM 977-2-34-24IMS 단방향 테이프로 제조했다. 검사 패널은 EN2565에 따라 제조했다. 부직포 3(표 2)은 비교예의 간지로서 선택했고, CYCOM 977-2 HM 94gsm 필름으로 프리프레그화했다. 프리프레그화된 간지는 표본의 중간면에 레이업했다.
처리 조건은 표 13에 기록했다.
표 13
Figure pct00018
분석된 쿠폰과 플라즈마 처리의 전체 목록은 표 14에 기록했다.
플라즈마 처리 후 표면 장력은 검사 잉크로 측정했다. 이 측정은 잉크 적용 후 액체가 표면을 습윤화하면 검사되는 재료의 표면 장력이 대응하는 검사 값보다 높다는 원리를 기초로 한다. 검사는 습윤화가 일어나지 않을 때까지 다음으로 높은 검사값으로 반복했다. 따라서, 재료의 표면 장력은 적어도 2초 동안 최종 습윤화된 검사 잉크의 값에 해당한다.
표 14
Figure pct00019
박리 강도의 20% 내지 96% 사이의 향상은 도 12에 제시된 바와 같이 미변형 기준선 쿠폰과 비교 시, 처리 후 플라즈마 변형된 부직포 간지 삽입된 구조물에서 관찰되었다.
실시예 6
부직포 및 연속 필름 간지 삽입된 복합재 간에 주입 과정의 비교예.
주입 방법은 실시예 3에 기술된 바와 같이 수행했다. 동일한 재료 조성과 두께를 기반으로 한 부직포 3(표 2) 및 연속 필름은 본 실시예에 개시된 양태의 간지로서 사용했다.
연속 필름은 유동 장벽으로 작용하여 완전한 쿠폰 함침을 방해한다. 도 13b에서 관찰되는 바와 같이 연속 필름 변형 쿠폰의 표면에서는 큰 건조 영역이 분명하게 관찰된다. 이에 반해, 바람직한 부직포 통합 재료 용액의 사용은 도 13a에 도시된 바와 같이 계산된 수지 함량을 함유한 완전 함침된 구조물을 산출했다.

Claims (20)

  1. 구조용 성분;
    수지 성분; 및
    점탄성 간지를 함유하고;
    상기 구조용 성분이 구조용 섬유를 함유하는 복수의 직물 층 형태이고;
    상기 점탄성 간지는 한 쌍의 인접 직물 층 사이에 위치한 적어도 하나의 얇은 부직재 층을 함유하며;
    상기 점탄성 간지와 구조용 성분은 부분적으로 또는 완전하게 수지 성분으로 함침되며;
    경화 후 간층은 구조용 복합재 내에 통합되는, 경화 또는 미경화된 구조용 복합재(composite material).
  2. 제1항에 있어서, 수지 성분이 열경화성 조성물인 구조용 복합재.
  3. 제1항에 있어서, 구조용 섬유가 탄소 섬유를 함유하는 구조용 복합재.
  4. 제1항에 있어서, 점탄성 간지가 경화 과정 전에 수지 성분에 매립되는, 구조용 복합재.
  5. 제1항에 있어서, 부직재가 적어도 하나의 열가소성 탄성중합체 또는 이의 블렌드를 함유하는 구조용 복합재.
  6. 제1항에 있어서, 부직재가 스티렌계 열가소성 탄성중합체, 탄성중합체성 폴리올레핀 및 이의 블렌드로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 공중합체를 포함하는 구조용 복합재.
  7. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 부직재가 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리올레핀, 이의 공중합체 중 하나 및 이의 블렌드로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 열가소성 물질을 함유하는 구조용 복합재.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 점탄성 간지가 양면에서의 표면 장력이 적어도 35 다인/cm이도록 플라즈마 처리되는 구조용 복합재.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 부직재가 수지와 조절된 계면을 보유하여 미변형 복합재 값의 70% 이내의 박리 강도 값을 나타내는 구조용 복합재.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 점탄성 간지가 추가로 유기 및 무기 화합물을 포함하는 구조용 복합재.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 점탄성 간지가 복합재 유리 전이 온도의 10% 이상의 감소를 유발하지 않는, 구조용 복합재.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 점탄성 간지가 복합재의 충격후 압축 강도의 10% 이상의 감소를 유발하지 않는, 구조용 복합재.
  13. 제1 외판 및 제2 외판;
    상기 제1 외판과 제2 외판 사이에 구조용 코어; 및
    점탄성 간지를 함유하는 경화 또는 미경화된 복합 샌드위치 구조물.
  14. 제13항에 있어서, 코어가 벌집형 구조인 복합 샌드위치 구조물.
  15. 제13항에 있어서, 제1 외판과 제2 외판이 구조용 섬유를 함유하는 복수의 직물 층 및 수지 성분을 포함하는 복합 샌드위치 구조물.
  16. 제13항에 있어서, 점탄성 간지가 외판 내 한 쌍의 인접 직물 층 사이에 위치한 적어도 하나의 얇은 부직재 층을 함유하는 복합 샌드위치 구조물.
  17. 제13항에 있어서, 점탄성 간지가 적어도 1층의 부직재, 외판 및 코어를 함유하는 복합 샌드위치 구조물.
  18. 수지 성분; 및
    점탄성 간지를 함유하는, 경화 또는 미경화된 구조용 복합재.
  19. 제18항에 있어서, 수지 성분이 구조용 접착제 포뮬레이션인 구조용 복합재.
  20. 제18항에 있어서, 점탄성 간지가 적어도 한 면이 구조용 접착제 포뮬레이션으로 코팅된 것인 구조용 복합재.
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