KR20120123478A - 복합재의 제조 방법, 복합재 및 최종 제품 - Google Patents

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마르틴 헤르만 나헬스미트
흐리스토스 카사포흘라우
휘베르튀스 헤라르뒤스 스테파뉘스 요저프 타위스
자퍼르 휘르달
빌럼 안토니우스 로이 빌트반크
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스티흐팅 나치오날 루흐트- 엔 루임테바르트 라보라토리움
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Abstract

본 발명은 종방향 섬유들 및 결합제 또는 수지를 포함하는 스트립들로부터 복합제를 제조하는 방법에 관한 것이며, 당해 복합재는 하나의 상부에 다른 하나가 쌓인 다수의 층 어셈블리들을 포함한다. 각각의 층 어셈블리는 각각 상이한 방향으로 연장되는 평행 스트립들의 어셈블리 세트들을 m개(m은 2 이상이다) 포함한다. 각각의 층 어셈블리는 (이전에 적층된 스트립들과 종방향으로 인터위빙하는 스트립들의 부재하에) 잘 정의된 패턴에 따르는 평행 스트립들의 그룹들을 적층하는 연속 단계들에 의해 제조된다. 최종 층 어셈블리를 제외하고는, 평행 스트립들의 최종 그룹을 적층함으로써 하나의 층 어셈블리를 완결하기 전에, 후속 층 어셈블리의 평행 스트립들의 최종 그룹을 미리 적층한다. 이러한 방법으로 제조된 복합재 역시 제시된다.

Description

복합재의 제조 방법, 복합재 및 최종 제품 {METHOD FOR MAKING A COMPOSITE MATERIAL, COMPOSITE MATERIAL AND END PRODUCT}
본 발명은 우선, 종방향 섬유들 및 결합제 또는 수지를 포함하는 스트립들로부터 복합재를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이러한 방법은 자동화된 섬유/토우 배치법(automated fibre/tow placment)으로서 공지되어 있다. 이는 종방향 섬유들 및 결합제(또는 수지)를 포함하는 "토우" 또는 "슬릿 테이프"라고 일반적으로 공지된, 테이프 또는 스트립으로 통상적으로 구성된 재료를 일반적으로 사용한다. 개별적인 스트립 또는 토우는 공구 위에 적층된(deposited) 재료의 밴드를 형성하도록 조작된다. 복합재의 스트립들 또는 토우들을 사용하여 각각의 층("플라이(ply)")이 상기 공구 위로 적층되는 각도(당해 각도는 섬유 배치 공정에 의해 정확하게 결정된다)로 부분들이 층층이(layer-by-layer) 빌드-업(build-up)된다.
자동화된 섬유/토우 배치법은 조향된(steered) 또는 곡선의 섬유 경로를 사용하여 복잡한 복합재 구조물의 제작을 가능하게 한다. 복합재 구조물의 이러한 제조 방법은 수동 방법보다 비용 효율적이다. 이는 국소 내부 하중 경로(load path)를 따라 섬유들을 배향시키는 이의 능력으로 인해 개선된 구조 효율성을 제공하며, 이는 또한 기타 제조 방법들에 의해 제조된 구조물보다 비용이 저렴한 더 가벼운 구조물을 잠재적으로 초래한다.
이러한 자동화된 섬유/토우 배치법으로 제조된 복합물은 층상으로 빌드-업되며 손상에 민감하다. 저속 충격에도, 육안으로 보이지 않는 복합재의 표면 아래의 손상이 유발될 수 있다. 매트릭스 균열(crack), 층간박리(delamination)(층들 또는 플라이들 사이의 분리) 및 (통상적으로 제한된) 파괴 섬유의 형태의 이러한 손상은, 특히 압축 및 전단 하중 하에 복합재 구조물의 강도를 크게 감소시키고, 구조물의 파국적 파손(catastrophic failure)을 유도할 수 있다. 충격에 대한 상기 복합재의 이러한 민감성의 주요 근거는, 강도가 매우 낮은 수지만이(섬유는 부재한다) 존재하는 플라이들 사이의 매트릭스의 낮은 평면외(out-of-plane) 강도이다. 플라이들 사이의 매트릭스는 통상적으로, 적어도 각각의 플라이에서의 섬유 매트릭스 조합보다 약한 규모이다. 충격 동안, 플라이들 사이의 매트릭스의 강도를 초과하는 평면외 하중(상기 라미네이트의 평면에 수직)이 발생한다. 그 결과, 매트릭스는 균열한다. 당해 균열은 층간박리로 합쳐지고, 또한 섬유를 파괴시킬 수 있다. 손상의 존재하의 이러한 강도 감소를 보완하기 위해 보다 많은 재료를 가하는 것이 요구되고, 이에 따라 구조물의 중량을 증가시키는 것이 요구된다.
이러한 복합재를 더 두껍게 하거나 몇 가지 종류의 두께에 걸친 강화(through the thickness reinforcement)를 제공함으로써(통상적으로 스티칭, 제직(weaving), 브레이딩(braiding) 등에 의해 달성됨) 이의 강도 감소를 보상하는 것이 가능하지만, 이러한 조치는 이러한 재료의 중량 및 비용을 증가시킨다. 추가로 두께에 걸친 강화는 평면내 강도를 감소시키는 경향이 있고, 따라서 추가로 중량 및 비용 이외에도, 필요한 강도를 달성하는 데에 더욱 더 많은 재료가 요구된다.
상기한 사항에 대해, 복합재의 중량 증가 및 가공 비용 증가가 전혀 없거나 거의 없이, 손상에 대해 더욱 내성인 복합재의 대안적 제조 방법이 요구된다.
따라서, 본 발명에 따라, 종방향 섬유들 및 결합제 또는 수지를 포함하는 스트립들로부터 제조되는, 하나의 상부에 다른 하나가 쌓인 다수의 층 어셈블리들을 포함하는 복합재를 제조하는 방법으로서,
각각의 층 어셈블리가 각각 상이한 방향으로 연장되는 평행 스트립들의 세트들을 m개(m은 2 이상이다) 포함하고,
각각의 층 어셈블리가
a. 스트립들의 제1 세트 부분으로서, 평행 스트립들의 제1 그룹을 소정 간격으로 옆으로 나란히 적층시키는 단계,
b. 스트립들의 제2 세트 부분으로서, 스트립들의 상기 제1 그룹의 상부에, 평행 스트립들의 제2 그룹을 옆으로 나란히 상기 소정 간격으로 적층시키고, 각각을 상기 제1 그룹의 스트립들에 대해 180°와는 상이한 각도로 연장하는 단계,
c. 스트립들의 상기 m개의 세트들의 모든 잔여 세트들에 대해 단계 b.를 반복하는 단계(여기서, 평행 스트립들의 각각의 그 다음 세트 부분으로서 적층되는 스트립들은, 모든 이전의 세트들의 스트립들에 대해 180°와는 상이한 각도로 적층된다),
d. 이전에 적층된 스트립들의 그룹들의 상부에, 추가의 스트립들의 제1 세트 부분으로서, 평행 스트립들의 그 다음 그룹을, 옆으로 나란히 상기 소정 간격으로, 상기 제1 그룹의 상기 스트립들에 대해 평행하게 바로 인접하게 배치하는 단계,
e. 이전에 적층된 스트립들의 그룹들의 상부에, 추가의 스트립들의 제2 세트 부분으로서, 평행 스트립들의 그 다음 그룹을, 옆으로 나란히 상기 소정 간격으로, 상기 제2 그룹의 상기 스트립들에 대해 평행하게 바로 인접하게 배치하는 단계,
f. 스트립들의 상기 m개의 세트들의 모든 잔여 세트들에 대해 단계 e.를 반복하는 단계, 및
g. 단계 f.까지, 평행 스트립들의 최종 그룹이 스트립들의 최종 세트 부분으로서 적층되어 인접하게 위치한 스트립들에 의해 모든 상기 소정 간격들이 완전히 점유되어 하나의 층 어셈블리가 완결될 때까지, 단계 d.를 반복하는 단계
인 연속 단계들에 의해 제조되고,
최종 층 어셈블리를 제외하고는, 각각의 단계 g 동안 층 어셈블리의 평행 스트립들의 최종 그룹을 적층시킴에 의해 하나의 층 어셈블리를 완결하기 전에, 후속 층 어셈블리의 평행 스트립들의 제1 그룹이 각각의 단계 a.에 따라 적층되는,
복합재의 제조 방법이 의도된다.
층 어셈블리가 제조되는 특정 방식 때문에, 이는 하나의 상부에 다른 하나가 쌓인 다수의 m개(세트들의 개수와 동일함)의 스트립들을 어디에나 포함하며, 여기서, 상기 스트립들은, 하나의 스트립을 이미 위치한 스트립들과 함께 이의 종방향으로 인터위빙(interweaving)하는 공정 없이, 오직 연속 적층 공정에 의해서만 규칙적 패턴에 따라 위치된다. 완결된 층 어셈블리의 결과로서, 길이를 따라 상이한 위치들에서 스트립이, 층 어셈블리의 m개의 층들(평행 스트립들의 세트들) 중의 상이한 1개를 한정한다(예를 들면, m=3인 경우, 어떤 위치들에서는 하부 층, 어떤 위치들에서는 중간 층, 어떤 위치들에서는 상부 층을 한정함).
따라서, 본 발명의 방법은 우선, 이러한 층 어셈블리의 손상 저항성 및 손상 내성을 개선시키는 각각의 층 어셈블리 내의 인터록킹(interlocking) 패턴을 생성하고, 구조물의 중량을 현저하게 증가시키지 않고 이러한 층 어셈블리들을 포함하는 복합재를 생성한다. 상이한 하중 상황 및 목적하는 퇴적(stacking) 순서에 대해 최적화될 수 있는, 층 어셈블리 제조용 스트립들로 생성된 패턴(들)은, 동일한 충격 수준하에서 통상적인 층 어셈블리들이 나타낼 수 있는 크기로 층간박리가 성장하지 않게 함으로써 두께에 걸친 강화를 제공하며 충격 과정에서 생성되는 손상을 봉쇄한다. 어떤 의미에서는, 상기 패턴들은, 섬유들을 하나의 플라이로부터 그 다음 플라이로 교차시켜 상기 재료가 충격 동안 생성되는 평면외 하중을 운반하는 매트릭스 강도에만 의존하지 않도록 함으로써, 플라이들 사이의 층을 강화시킨다. 생성되는 층간박리물들의 면적을 감소시키고 생성되는 만입부 깊이 및 매트릭스 틈새의 조밀도를 증가시킴으로써, 상기 충격 에너지가 만입부, 매트릭스 틈새 생성, 층간박리 형성 및 섬유 파괴 사이로 재분배된다. 감소된 층간박리 크기는, 다시, 당해 층 어셈블리들(및 이를 포함하는 복합재들)이 휘어져 온전한 구조물의 와해를 유발하는 증가된 하중으로, 전환된다. 따라서, 층 어셈블리들(및 이에 따른 복합재)의 손상 저항성이 증가하여, 동일한 요건을 충족시키는 데에 더 적은 재료가 필요하다. 그 결과, 현저히 낮은 중량을 갖는 복합재 및 구조물이 생성될 수 있다.
층 어셈블리의 스트립들의 세트 개수 m은 실질적 이유들로 인해 제한된다. m이 지나치게 크게되는 경우, 스트립은 최저 층(또는 세트)으로부터 최상 층(또는 세트)으로 지나치게 멀리 '교차'시켜야 하고, 상기 층 어셈블리의 일반적 연장에 비해 불리한 큰 경사도로 연장되는 부분들을 갖게 된다. 따라서, 증가된 두께(허용 가능한 개수 m을 증가시키는 층 또는 세트의 총 개수)를 갖는 복합재를 수득하기 위해 다수의 층 어셈블리를 하나의 상부에 다른 하나를 쌓아 위치시켜야 할 것이다. 그러나, 이러한 퇴적된 층 어셈블리들 사이의 층간박리를 방지하기 위해, 본 발명에 따르는 방법의 추가의 측면에서, 선행 층 어셈블리의 평행 스트립들의 최종 그룹(평행 스트립의 최종 세트 부분을 형성)이 적층되기 전에 연속 층 어셈블리의 평행 스트립들의 제1 그룹(평행 스트립들의 제1 세트 부분을 형성)이 이미 적층된다는 사실에 의해, 연속 층 어샘블리들 사이의 인터록킹이 생성될 것이다.
본 발명에 따르는 방법의 바람직한 양태에서, 후속 층 어셈블리의 평행 스트립들의 제1 그룹의 스트립들은, 선행 층 어셈블리의 평행 스트립들의 최종 그룹의 스트립들에 대해 특정 각도로 적층된다. 이로부터 상기 그룹들 (및 이들이 속한 스트립들의 세트) 사이의 개선된 밀착성(coherence) 및 최종 복합재의 개선된 품질이 발생한다.
선택된 간격에 따라 상이한 공간배열(configuration)의 재료들이 수득된다. 예를 들면, 각각의 그룹의 상기 스트립들이 스트립 너비의 정수배 n과 실질적으로 동일한 간격으로 적층되는 경우, 단계 g.가, 단계 f. n-1회까지 단계 d.를 반복함을 포함한다. 그러면 n의 값은 복합재의 최종 구성(스트립들의 적층 및 스트립들 사이의 관계)을 결정한다.
하나의 특정 양태에서, 각각의 그룹의 스트립들은 상기 스트립 너비와 실질적으로 동일한 간격으로 적층되고 단계 g.가 생략된다.
추가로, 적어도 하나의 층 어셈블리가 평행 스트립들의 2개 세트들(m=2)만을 포함하고, 예를 들면 이들은 서로에 대해 직각으로 연장되는 것이 가능하다. 추가로 또는 대안으로서, 적어도 하나의 층 어셈블리가 평행 스트립들의 4개 세트들(m=4)을 포함하는 것이 가능하고, 예를 들면 이들은 서로에 대해 45°, 90° 및 -45°로 연장된다.
추가로, 모든 층 어셈블리들이 기본적으로 동일한 개수 및 동일한 배열의 스트립들의 세트들을 포함하는 것이 가능하다. 다음 어셈블리의 (제1 세트의) 스트립들의 제1 그룹과 이전 어셈블리의 (최종 세트의) 스트립들의 최종 그룹 사이의 인터록 패턴 때문에, 상기 어셈블리는 언제나 약간 상이할 것이다.
본 발명의 제2 양태에는, 종방향 섬유들 및 결합제 또는 수지를 포함하는 스트립들로부터 제조된, 하나의 상부에 다른 하나가 쌓인 다수의 층 어셈블리들을 포함하는 복합재로서,
각각의 층 어셈블리가 각각 상이한 방향으로 연장되는 평행 스트립들의 세트들 m개(m은 2 이상)를 포함하고, 여기서,
a. 소정 간격으로 옆으로 나란히 적층된 평행 스트립들의 제1 그룹,
b. 스트립들의 상기 제1 그룹의 상부에 위치하는, 각각 상기 제1 그룹의 스트립들에 대해 180°와는 상이한 각도로 연장되는, 상기 소정 간격으로 옆으로 나란히 적층된 평행 스트립들의 제2 그룹,
c. 스트립들의 상기 m개의 세트들의 모든 잔여 세트들에 대해 b.에 따르는 그룹들의 반복(여기서, 평행 스트립들의 각각의 그 다음 세트 부분으로서 적층되는 스트립들은, 모든 이전의 세트들의 스트립들에 대해 180°와는 상이한 각도로 적층된다),
d. 스트립들의 이전에 적층된 그룹들의 상부에 위치하는, 상기 제1 그룹의 스트립들에 대해 평행하게 바로 인접하게, 상기 소정 간격으로 옆으로 나란히 적층된 평행 스트립들의 그 다음 그룹,
e. 스트립들의 이전에 적층된 그룹들의 상부에 위치하는, 상기 제2 그룹의 스트립들에 대해 평행하게 바로 인접하게, 상기 소정 간격으로 옆으로 나란히 적층된 평행 스트립들의 그 다음 그룹,
f. 스트립들의 상기 m개의 세트들의 모든 잔여 세트들에 대한, e.에 따르는 그룹들의 반복,
g. f.까지, 평행 스트립들의 최종 그룹이 적층되어 인접하게 위치한 스트립들에 의해 모든 상기 소정 간격들이 완전히 점유될 때까지, d.에 따르는 그룹들의 반복
을 갖고,
후속 층 어셈블리의 a.에 따르는 평행 스트립들의 제1 그룹이 선행 층 어셈블리의 g.에 따르는 평행 스트립들의 상기 최종 그룹 아래에 적층되는 복합재가 제공된다.
이러한 복합재의 바람직한 양태들은 각각의 종속항들로부터 계속된다.
본 발명의 제4 측면에서는 본 발명에 따르는 복합재를 포함하는 최종 제품(end product)이 제공된다.
이하, 본 발명을 도면들을 참조하여 설명하며, 이들 도면에서,
도 1은 본 발명에 따르는 층 어셈블리의 기본 제조를 설명할 때 사용하기 위한 스케치이고,
도 2는 층 어셈블리의 양태의 제조 동안의 4개의 연속 단계들을 나타내고,
도 3은 도 1과 유사하지만 스트립들 사이의 각도가 상이한 스케치이고,
도 4는 본 발명에 따르는 복합재의 양태의 제조 동안의 8개의 연속 단계들을 나타낸다.
본 발명에 따르는 복합재는 하나의 상부에 다른 하나가 쌓인 다수의 층 어셈블리들을 포함한다. 각각의 층 어셈블리는 하나의 상부에 다른 하나가 쌓인 평행 스트립들의 세트들의 개수(m)를 포함한다.
"하나의 상부에 다른 하나가 쌓인"은, 아래에 나타나는 바와 같이, 인접한 층 어셈블리들이 인터위빙되고 인접한 세트들의 스트립이 인터위빙되기 때문에, 지나치게 글자 그대로 해석하지 않아야 할 것이 주목된다.
각각의 세트는 평행 스트립들의 그룹들을 적층하는 특정 방법에 의해 제조된다.
도 1은 수평 어레이 H1 내지 H11 및 수직 어레이 V1 내지 V11의 패턴을 갖는 스케치를 나타낸다. 수평 어레이와 수직 어레이 사이의 각도는 90°이다. 당해 도 1은, 도 2와 함께, 층 어셈블리가 스트립들의 2개 세트들(m=2)로 제조될 수 있는 방법을 설명하는 데 사용한다.
층 어셈블리의 기본 제조를 위해 우선 평행 스트립들의 제1 그룹(이는 스트립들의 제1 세트 부분일 것임)을 수직 어레이 V1, V3, V5, V7, V9 및 V11에 따르는 소정 간격(당해 양태에서의 간격은 어레이의 너비와 동일함)으로 옆으로 나란히 위치시킨다. 결과를 도 2a에 나타낸다.
그 다음, 스트립들의 제1 그룹의 상부에, 평행 스트립들의 제2 그룹(이는 스트립들의 제2 세트 부분일 것임)을 각각 수평 어레이 H1, H3, H5, H7, H9 및 H11에 따라 제1 그룹의 스트립들에 대해 90° 각도로 연장하여, 소정 간격으로 옆으로 나란히 적층한다. 수득한 패턴을 도 2b에 나타낸다.
이제, 이전에 적층된 스트립들의 그룹들 상부에, 평행 스트립들의 제3 그룹들을 (스트립들의 제1 세트의 추가 부분으로서) 수직 어레이 V2, V4, V6, V8 및 V10으로 제1 그룹의 스트립들에 대해 평행하게 바로 인접하게, 상기 소정 간격으로 옆으로 나란히 적층한다. 이로부터 도 2c에 나타낸 패턴이 수득된다.
최종으로, 스트립들의 이전에 적층된 그룹들의 상부에, 평행 스트립들의 제4 그룹을 (추가의 스트립들의 제2 세트 부분으로서) 수평 어레이 H2, H4, H6, H8 및 H10에 따라 제2 그룹의 스트립들에 대해 평행하게 바로 인접하게, 상기 소정 간격으로 옆으로 나란히 적층한다. 이는 도 2d에 나타낸 기본 층 어셈블리를 완결한다.
이러한 양태에서, 각각의 그룹의 스트립들은 스트립 너비와 실질적으로 동일한 간격으로 적층된다. 그러나, 각각의 그룹의 스트립들이 스트립 너비의 정수배 n과 실질적으로 동일한 간격으로 적층되는 층 어셈블리를 제조하는 것 역시 가능하다. 이러한 경우, 스트립들의 제3 그룹과 제4 그룹을 적층시키는 최종 2개 단계는, 인접하게 위치한 스트립들에 의해 상기 소정 간격들이 완전히 점유될 때까지, n-1배 반복되어야 한다.
예를 들면, n=2(제1 그룹 또는 제2 그룹의 인접한 스트립들 사이의 간격이, 스트립 너비의 2배임)인 경우, 제3 그룹과 제4 그룹의 적층은 1회(n-1=1) 반복되어야 한다.
추가로, 당해 양태는 스트립들의 2개 세트들(m=2)을 갖는 층 어셈블리에 관한 것이다. 그러나, 더 많은 세트, 예를 들면, 스트립들이 상이한 방향으로 연장되는(예를 들면, 0°, 45°, 90° 및 -45°로) 4개 세트들(m=4)이 존재하는 것 역시 가능하다. 이때, 당해 방법은, 이에 따라 도 2c 및 2d에 따르는 결과를 유도하는 단계를 개시하기 전에 도 2a 및 2b에 따르는 결과를 유도하는 단계들의 반복으로 인해 수정된다.
이전에 나타낸 양태에서, 스트립들 사이의 각도는 90°이다. 그러나, 다른 각도들도 가능하다. 예를 들면, 도 3은 45°의 각도 α를 갖는 스케치를 나타낸다. 도 1의 수직 어레이를 도 3의 경사진 어레이로 대체시키면, 상기 양태들은 스트립들이 서로에 대해 직각이 아니라 45° 각도인 차이 말고는, 최종 복합재에서의 스트립들의 유사한 패턴들을 유도한다. 각도의 선택은 최종 복합재의 필요한 특징에 좌우될 수 있다.
이제 복합재의 제조 동안의 8개의 연속 단계들을 나타내는 도 4를 참조한다. 나타나는 바와 같이, 당해 복합재는 각각의 스트립들의 2개 세트들을 갖는 2개의 층 어셈블리를 포함한다.
도 4a 내지 4c에 나타낸 바와 같은 처음 3개 단계는 도 2a 내지 2c에 나타낸 단계에 전체적으로 상응한다. 그러나, 제1 층(하부 층) 어셈블리를 완결하는 도 2d에 상응하는 단계를 (도면에서 수평으로 연장되는 평행 스트립들의 제2 세트를 완결하기 위한 스트립 최종 그룹을 적층함으로써) 수행하기 전에, 도 4d는 제2 층(상부 층) 어셈블리의 평행 스트립들의 제1 세트의 제1 부분을 정의하는 비스듬하게(45°) 연장되는 스트립 그룹의 적층을 나타낸다. 그 때에만 제1 층 어셈블리의 스트립들의 제2 세트를 완결하기 위한 스트립들의 최종 그룹을 적층시키고(도 4e), 그 후 제2 층 어셈블리를 도 4f 내지 4h에 나타낸 바와 같이 도 2b 내지 2d에 상응하는 방식(0° 및 90° 대신 45° 및 135°의 상이한 각도들 하에 있는 것임을 제외함)으로 완결한다(여기서, 도 4f는 스트립들의 제2 세트의 제1 부분으로서 스트립들의 그룹의 적층을 나타내고, 도 4g는 제2 층 어셈블리의 평행 스트립들의 제1 세트를 완결하기 위한 제2 부분으로서의 스트립들의 그룹의 적층을 나타내고, 도 4h는 제2 층 어셈블리의 평행 스트립들의 제2 세트를 완결하기 위한, 이에 따라 제2 층 어셈블리를 전체적으로 완결하기 위한 제2 부분으로서의 스트립들의 그룹의 적층을 나타낸다).
따라서, 우선 선행 층 어셈블리를 완결하기 위한 평행 스트립들의 최종 그룹을 적층(도 4e)하기 전에 후속 층 어셈블리의 평행 스트립들의 제1 그룹을 적층(도 4d)하게 된다. 그 결과 층간박리 효과를 방지하는 인접한 층 어셈블리 사이의 밀착성이 수득될 수 있다.
도 4d에 상응하게 적층되는 후속 층 어셈블리의 평행 스트립들의 제1 그룹은 바람직하게는 단계 4e 동안 적층된 바와 같은 선행 층 어셈블리를 완결하기 위한 평행 스트립들의 최종 그룹과의 각도로 연장해야 한다는 것을 주목해야 한다. 본 발명해서 당해 각도는 45°이지만, 다른 각도들도 역시 고려할 수 있다.
도 4는 2개의 층 어셈블리들을 갖는 복합재의 제조 방법을 나타내지만, 상응하는 방법은 어떠한 목적하는 수의 층 어셈블리라도 갖는 복합재의 제조에 대해 고려 가능하다. 도 4에 나타낸 양태에서, 추가 층 어셈블리의 부가는 도 4g에 따르는 단계 후에, 도 4h에 따르는 단계 전에 스트립들의 제1 그룹의 적층(제3 층 어셈블리의 스트립들의 제1 세트의 제1 부분으로서)을 초래할 것이다(그 후 제3 층 어셈블리는 위에서 기재된 바와 같은 방식으로 완결될 것이다). 최종 복합재의 목적하는 두께에 따라 당해 방법은 필요한 만큼 여러 번 반복될 수 있다.
그러나 또한, 층 어셈블리의 스트립들의 세트들의 개수는 다양할 수 있으며, 반드시 2일 필요는 없다. 스트립들의 세트(층) 개수는 또한 (상이한 층 어셈블리들이 스트립들의 세트(층)의 상이한 수를 갖도록) 동일한 복합재 내의 상이한 층 어셈블리들 사이에서 상이할 수 있다.
스트립을 적층하는 것은 적합한 기기들에 의해 자동화된 방식으로 수행할 수 있다. 이러한 기기들은 1개 이상의 공정을 동시에 병행하여 수행하도록 고안될 수 있다.
생성된 복합재는, 상이한 위치들의 스트립들 대다수가, 하나의 상부에 다른 하나가 쌓여 위치한 층들 중의 상이한 것들을 한정하도록 하는 방식으로, 각각의 위치에서 다수의 스트립 층들이, 하나의 상부에 다른 하나가 쌓여 위치한 패턴을 갖는다. 그러나, 스트립 배열은 오로지 인터위빙 스트립들의 부재하에 잘 정의된 방식으로 스트립들을 연속으로 하나의 상부에 다른 하나를 쌓아 적층시켜서만 수득된다.
본 발명은 위에 기재된 양태로 한정되지 않고 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 영역 내에서 다수의 방법으로 변화될 수 있다. 예를 들면, 스트립들은 완전하지 않게 직선을 따르기 보다는 곡선 방식으로 연장되는 것이 가능하다. 추가로, 본 발명에 따르는 복합재는 배합된 복합재를 수득하기 위해, 통상적이거나 통상적이지 않은 임의의 기타 재료와 배합할 수 있다. 예를 들면, 이러한 배합 복합재는 통상적인 방식으로 적층된 재료의 통상적인 밴드를 포함할 수 있다.

Claims (15)

  1. 종방향 섬유들 및 결합제 또는 수지를 포함하는 스트립들로부터, 하나의 상부에 다른 하나가 쌓인 다수의 층 어셈블리들을 포함하는 복합재를 제조하는 방법으로서,
    각각의 층 어셈블리가 각각 상이한 방향으로 연장되는 평행 스트립들의 세트들을 m개(m은 2 이상이다) 포함하고,
    각각의 층 어셈블리가
    a. 스트립들의 제1 세트 부분으로서, 평행 스트립들의 제1 그룹을 소정 간격으로 옆으로 나란히 적층(deposit)시키는 단계,
    b. 스트립들의 제2 세트 부분으로서, 스트립들의 상기 제1 그룹의 상부에, 평행 스트립들의 제2 그룹을 옆으로 나란히 상기 소정 간격으로 적층시키고, 각각을 상기 제1 그룹의 스트립들에 대해 180°와는 상이한 각도로 연장하는 단계,
    c. 스트립들의 상기 m개의 세트들의 모든 잔여 세트들에 대해 단계 b.를 반복하는 단계(여기서, 평행 스트립들의 각각의 그 다음 세트 부분으로서 적층되는 스트립들은, 모든 이전의 세트들의 스트립들에 대해 180°와는 상이한 각도로 적층된다),
    d. 이전에 적층된 스트립들의 그룹들의 상부에, 추가의 스트립들의 제1 세트 부분으로서, 평행 스트립들의 그 다음 그룹을, 옆으로 나란히 상기 소정 간격으로, 상기 제1 그룹의 상기 스트립들에 대해 평행하게 바로 인접하게 배치하는 단계,
    e. 이전에 적층된 스트립들의 그룹들의 상부에, 추가의 스트립들의 제2 세트 부분으로서, 평행 스트립들의 그 다음 그룹을, 옆으로 나란히 상기 소정 간격으로, 상기 제2 그룹의 상기 스트립들에 대해 평행하게 바로 인접하게 배치하는 단계,
    f. 스트립들의 상기 m개의 세트들의 모든 잔여 세트들에 대해 단계 e.를 반복하는 단계,
    g. 단계 f.까지, 평행 스트립들의 최종 그룹이 스트립들의 최종 세트 부분으로서 적층되어 인접하게 위치한 스트립들에 의해 모든 상기 소정 간격들이 완전히 점유되어 하나의 층 어셈블리가 완결될 때까지, 단계 d.를 반복하는 단계
    인 연속 단계들에 의해 제조되고,
    최종 층 어셈블리를 제외하고는, 각각의 단계 g. 동안 층 어셈블리의 평행 스트립들의 최종 그룹을 적층시킴에 의해 하나의 층 어셈블리를 완결하기 전에, 후속 층 어셈블리의 평행 스트립들의 제1 그룹이 각각의 단계 a.에 따라 적층되는, 복합재의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 후속 층 어셈블리의 평행 스트립들의 제1 그룹의 스트립들이, 상기 선행 층 어셈블리의 평행 스트립들의 최종 그룹의 스트립들에 대해 특정 각도로 적층되는, 복합재의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 그룹의 상기 스트립들이 스트립 너비의 정수배 n과 실질적으로 동일한 간격으로 적층되고, 단계 g.가, 단계 f. n-1회까지 단계 d.를 반복함을 포함하는, 복합재의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 각각의 그룹의 상기 스트립들이 스트립 너비와 실질적으로 동일한 간격으로 적층되고, 단계 g.가 생략되는, 복합재의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 층 어셈블리가 평행 스트립들의 2개 세트(m=2)만을 포함하고, 예를 들면 이들은 서로에 대해 직각으로 연장되는, 복합재의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 층 어셈블리가 평행 스트립들의 4개 세트(m=4)를 포함하고, 예를 들면 이들은 서로에 대해 45°, 90° 및 -45°로 연장되는, 복합재의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 모든 층 어셈블리들이 기본적으로 동일한 개수 및 동일한 배열의 스트립들의 세트들을 포함하는, 복합재의 제조 방법.
  8. 종방향 섬유들 및 결합제 또는 수지를 포함하는 스트립들로부터 제조된, 하나의 상부에 다른 하나가 쌓인 다수의 층 어셈블리들을 포함하는 복합재로서,
    각각의 층 어셈블리가 각각 상이한 방향으로 연장되는 평행 스트립들의 세트들 m개(m은 2 이상)를 포함하고, 여기서,
    a. 소정 간격으로 옆으로 나란히 적층된 평행 스트립들의 제1 그룹,
    b. 스트립들의 상기 제1 그룹의 상부에 위치하는, 각각 상기 제1 그룹의 스트립들에 대해 180°와는 상이한 각도로 연장되는, 상기 소정 간격으로 옆으로 나란히 적층된 평행 스트립들의 제2 그룹,
    c. 스트립들의 상기 m개의 세트들의 모든 잔여 세트들에 대해 b.에 따르는 그룹들의 반복(여기서, 평행 스트립들의 각각의 그 다음 세트 부분으로서 적층되는 스트립들은, 모든 이전의 세트들의 스트립들에 대해 180°와는 상이한 각도로 적층된다),
    d. 스트립들의 이전에 적층된 그룹들의 상부에 위치하는, 상기 제1 그룹의 스트립들에 대해 평행하게 바로 인접하게, 상기 소정 간격으로 옆으로 나란히 적층된 평행 스트립들의 그 다음 그룹,
    e. 스트립들의 이전에 적층된 그룹들의 상부에 위치하는, 상기 제2 그룹의 스트립들에 대해 평행하게 바로 인접하게, 상기 소정 간격으로 옆으로 나란히 적층된 평행 스트립들의 그 다음 그룹,
    f. 스트립들의 상기 m개의 세트들의 모든 잔여 세트들에 대한, e.에 따르는 그룹들의 반복,
    g. f.까지, 평행 스트립들의 최종 그룹이 적층되어 인접하게 위치한 스트립들에 의해 모든 상기 소정 간격들이 완전히 점유될 때까지, d.에 따르는 그룹들의 반복
    을 갖고,
    후속 층 어셈블리의 a.에 따르는 평행 스트립들의 제1 그룹이 선행 층 어셈블리의 g.에 따르는 평행 스트립들의 상기 최종 그룹 아래에 적층되는, 복합재.
  9. 제8항에 있어서, 상기 후속 층의 평행 스트립들의 상기 제1 그룹의 스트립들이, 상기 선행 층 어셈블리의 평행 스트립들의 최종 그룹의 스트립들에 대해 특정 각도로 연장되는, 복합재.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 각각의 그룹의 상기 스트립들이 스트립 너비의 정수배 n과 실질적으로 동일한 간격으로 적층되는, 복합재.
  11. 제8항에 있어서, 각각의 그룹의 상기 스트립들이 스트립 너비와 실질적으로 동일한 간격으로 적층되는, 복합재.
  12. 제8항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 층 어셈블리가 평행 스트립들의 2개 세트(m=2)만을 포함하고, 예를 들면 이들은 서로에 대해 직각으로 연장되는, 복합재.
  13. 제8항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 층 어셈블리가 평행 스트립들의 4개 세트(m=4)를 포함하고, 예를 들면, 이들은 서로에 대해 45°, 90° 및 -45°로 연장되는, 복합재.
  14. 제8항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 모든 층 어셈블리들이 기본적으로 동일한 개수 및 동일한 배열의 스트립들의 세트들을 포함하는, 복합재.
  15. 제8항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 따르는 복합재를 포함하는 최종 제품(end product).
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