KR20140127828A

KR20140127828A - 외향 개구를 가지는 내부 공동이 구비되는 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20140127828A
Application number: KR1020147023553A
Authority: KR
Inventors: 발라린 하비에르 카덴스
Original assignee: 매트 글로벌 솔루션즈, 에스.엘.
Priority date: 2012-01-24
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2014-11-04
Also published as: ZA201406141B; BR112014018003B1; KR102035880B1; CN104136202B; US20140352036A1; EP2808160A1; AU2013213498A1; CL2014001957A1; MX2014008891A; CN104136202A; US9833933B2; BR112014018003A2; JP2015508026A; CA2860273A1; IN2014DN07045A; AU2013213498B2; ES2415739A2; WO2013110839A8; CO7111312A2; WO2013110839A9

Abstract

본 발명은, 헬멧의 셀과 같은 복합 재료로 이루어진 본체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 본체는, 층 중의 적어도 몇 개는 직조 또는 비직조 LFRTP형 사전 함침된 직물에 의해 형성되는 열가소성 수지로 사전 함침된 직물의 부분을 포함하는 중첩된 층에 의해 형성된다. 상기 외부 층은, 5 내지 20 mm의 길이의 비직조 및 무배향 섬유를 가진, "베일"형 또는 "펠트"형 직물의 부분의 박층에 의해 형성된다. 상기 방법에서, 몰드 내에 배치되는 다층 구조는, 몰드의 공동을 점유하는 압력으로 인해 팽창되는 주머니에 의해 발생되는 작용 하에 놓인다.

Description

외향 개구를 가지는 내부 공동이 구비되는 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING A BODY MADE OF COMPOSITE MATERIAL PROVIDED WITH AN INNER CAVITY WITH AN OUTWARD OPENING}

본 발명은, 특히 외향 개구를 가지는 내부 공동이 구비되는 열가소성 매트릭스 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 것을 목표로 하는 제조 방법에 관한 것이며, 상기 공동은 하나 이상의 오목 구부러진 벽을 포함하며, 상기 외향 개구는 2개의 반대쪽 벽들 사이의 상기 내부 공동의 최대 크기보다 작은 크기 또는 폭을 가진다. 특히, 상기 중공 본체는, 예를 들면 모터사이클 헬멧과 같은 보호 헬멧의 셀(shell), 또는 매우 견고한 풋웨어(footwear)를 필요로 하는 스포츠를 위한 스포츠 풋웨어, 예를 들면 스키 부츠의 구조적 성분일 수 있다. 따라서, 상기 방법에 따라 제조되는 본체는, 예를 들면 탱크와 같이 완전히 폐쇄되고 중공이 아니면서, 형상이 직접적 방법(사출, 열성형 등)을 사용하여 본체를 분리하는 것을 방해하는 충분히 폐쇄된 중공 공동을 가지는 본체이다. 개발된 제조 방법은 또한, 부품 전체를 통해 불균일한 두께 및 조성을 가져 영역에 따라 다른 부품을 만들 수 있게 한다. 이것은, 충족되어야 할 기계적 응력 또는 조건이 부품 전체를 통해 여러 가지이고 불균일한 부품에 적응될 수 있게 한다.

본 발명은 또한 상기 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 마지막으로, 또한, 중량에 대한 충격 작용 또는 굽힘 강성과 같은 기계적 성질의 관계가 향상될 수 있는, 상기 방법의 단계에서 사용되는 재료에 따를 재료 유형을 가진 헬멧의 셀이 기술된다.

많은 헬멧 유형 예를 들면 모터사이클 헬멧, 스키 헬멧, 클라이밍 헬멧, 승마 헬멧, 항공 및 해양 스포츠 헬멧, 몇 가지 형태의 사이클링, 또한 견고한 작업모 또는 방탄 헬멧은, 헬멧의 외부 케이싱인 셀이라고 일반적으로 알려진 부재 또는 부품을 포함한다. 상기 셀 부재는 여러 가지 주요 기능을 가지며, 그 중 하나는, 발생되는 기계적 응력의 레벨이 낮아 생체 손상 또는 상해를 방지 또는 최소화하도록, 사용자의 머리뼈의 충분히 큰 영역에 대한 가상 충격의 결과로서 상기 셀의 표면상의 몇몇 지점에 발생되는 힘을 분배하는 기능이다.

일반적으로 팽창된 폴리스티렌 (EPS) 포말로 제조되는, 셀 내의 충격 흡수 부재와 관련하여, 셀은, 충격의 감속 프로세스를 관리하는 것을 담당하며, 그것은 헬멧의 두께에 의해 감속 행정을 길게 할 수 있게 하여, 사용자의 뇌 매스(encephalic mass)가 경험하는 감속 펄스는 헬멧이 없을 때 경험할 감속 펄스보다 충분히 작고 특정 최대 가속 및 펄스 진폭 변수 아래에 있어, 결과적인 관성력을 감소시키고 생체 손상 또는 상해를 방지 또는 최소화한다.

다시, 충격 흡수 부재와 관련하여, 셀의 다른 기능은, 최종 운동 에너지가 감소되어, 반발 속도 및 더 높은 감속을 관리할 필요성을 최소화하여, 충격의 탄성 성분을 감소시키도록, 헬멧 변형 또는 파괴 작동에 의해 충격의 초기 운동 에너지의 대부분을 흡수하는 것이다.

셀은 또한 충격 표면에서 또는 충격 표면에 대해 헬멧 표면이 미끄러지는 것으로 인한 가능한 응력 마모를 견디는 작용을 하여, 사용자에 대한 이들 응력의 전달을 감소시키고 생체의 손상 또는 상해를 감소 또는 최소화하는 헬멧의 컴포넌트이며, 또한 정상적인 사용 동안에 헬멧의 모든 부분의 기능적 및 구조적 지지부로서 작용하는 컴포넌트이다.

상술한 셀은, 현재 사용되고 예를 들면 EN 1078에 따라 보증되는 대부분의 자전거 헬멧과 같이, 상기 응용 및 규칙을 위해 내부 충격 흡수 부재가 필요로 하는 정도로 상술한 기능이 충족되면 그 기능이 완성되는, 다른 헬멧 유형의 셀과 오인해서는 않 된다는 것을 언급할 가치가 있다. 열성형 프로세스 등에 의해 0.5 mm 미만의 매우 작은 두께를 가진 열가소성 시트 또는 필름으로부터 제조되는 상기 셀은 본 발명의 응용의 범위 내에 있지 않다.

셀을 위해 상술한 기능은, 상기 셀이 그 형상 구조 및 구성 재료에 의해 일련의 일반적 기계적 성질, 즉

- 온도와 같은 테스팅 상태 또는 적용되는 충격 앤빌의 형태와 무관하게, 준수하여야 하는 응용 및 규칙에 따라 충분히 억제된 변형 레벨을 유지하기 위해 충격력의 응용에 견디는 강도 및 능력,

- 셀의 탄성 범위 위의 응력이 셀에 적용될 때 복원 불가의 점으로의 영구 변형될 소성 또는 능력,

- 파단 전에 에너지를 흡수하는 인성 또는 능력, 및

- 내마모성

을 제공할 필요성을 포함한다.

이들 요구사항을 위해, 셀을 위한 이상적 재료는 매우 수직적인 응력-변형 다이어그램, 및 파단 전에 매우 큰 평평한 소성 영역을 가질 것이다.

상기 일반적 기계적 성질의 정량화는 제품 유형학 및 적용될 규칙의 테스팅 명세에 의존할 것이며, 따라서 그에 따라 조절되어야 한다.

제품에 부과되는 기계적 요구사항과 대조적으로, 인간공학 및 안락의 목적으로(또한 헬멧 사용을 촉진하기 위함) 셀 부재의 전체 중량을 제한하는 것이 필요하며 적절하다. 복합 재료, 특히 섬유 보강된 열가소성 매트릭스 재료를 사용하는 개념은 기계적 성능을 위한 필요성과 중량 사이의 논란 속에 성장하였다.

문헌 WO2007045466-A1은, 기본적으로 내연기관을 가진 차량을 위한 연료 탱크를 구성하는 중공 본체의 중간 섹션에 복합 재료를 사용하는 것을 기술하고 있다. 상기 섹션은 중합체 수지로 사전 함침된 시트 또는 직물의 부분에 의해 형성되는 복수의 층의 중첩에 의해 형성되며, 복수의 층 중 마지막 층 즉 최외곽층은 탄소 섬유의 능형(twill) 또는 평직 형의 시트의 부분 또는 위빙 직물의 부분의 하나 이상의 밴드에 의해 형성된다. 탱크를 구성하는 본체는 셀에서와 같이 중공 및 개구가 구비되는 본체이지만, 탱크의 개구는 탱크의 공동의 최대 직경보다 현저히 작으며, 각각의 규칙의 저항 관련 요구사항에 더하여질 때, 연료 탱크를 위해 사용되는 표준 방법에 의해 셀을 제조하는 것은 발전할 수 없게 된다.

셀이 준수하여야 하는 요구사항을 충족할 것으로 보이는 재료의 특정한 형태는 약어 LFRTP 즉 기다란 섬유 보강 열가소성 플라스틱, 또는 CFRTP 즉 연속 섬유 보강 열가소성 플라스틱으로 공지되어 있는 것들이다.

LFRTP형 재료의 기본적 성분들 중 하나는 보강 직물이며, 사용되는 재료는 통상적으로 유리 섬유 및/또는 아라미드 섬유 및/또는 탄소 섬유로 이루어진다. 직물의 구조에 대해서는, 직물은, 바인더에 의해 함께 결합되는 특정 방향 없는 섬유를 가진 펠트형 직물, 위사 및 경사 얀의 배치에 의존하여 평직물, 능형 직물, 새틴 직물, 단방향 직물(대부분의 얀이 하나의 방향으로 정렬됨) 및 다중 축 직물들 사이에서 구별될 수 있다. 직물의 구조에 더하여, 직물은 여러 가지 방식으로 중첩될 수 있으며, 예를 들면 응용에 따라, 각각의 층은 여러 가지 다른 방향을 따르거나, 특정 형태의 직물을 다른 직물과 조합할 수 있다.

임의의 중합체 복합 재료의 다른 기본적 성분은 매트릭스이며, 가장 통상적인 매트릭스는 열경화성이고, 에폭시 베이스, 폴리에스테르 베이스, 비닐에스테르 베이스, 아크릴릭 베이스, 페놀릭 베이스, 및 폴리우레탄 베이스를 가진 것이 다른 것들 중에서 구별된다. 열경화성 매트릭스와 대조적으로, 또한 명칭 "LFRTP 복합물" 하에 분류된 것인 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리에틸렌-테레프탈레이트, 폴리부틸렌-테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌 산화물, 폴리옥시메틸렌, 폴리우레탄 등에 의해 형성되는 그룹으로부터 열가소성 매트릭스가 있다.

매트릭스로서 열경화성 수지를 사용하는 연속 섬유 보강 제품을 제조함에 있어서 생산 및 자동화는, 경화 전에 열경화성 수지가 가지는 낮은 점성으로 인해 비교적 간단한데, 그것은 이것이 10 바 아래의 낮은 압력을 사용하여 섬유의 용이한 주입을 가능하게 하기 때문이며, 그것은 비교적 복잡하지 않고 낮은 비용의 제조 프로세스를 가능하게 한다.

그러나, 열가소성 수지와 비교하여, 열경화성 매트릭스는, 낮은 생산성과 같은 심각한 제한을 가지는데, 그것은, 열경화성 매트릭스는 완전한 경화를 위해 장시간을 필요로 하고, 수지가 모든 장비 및 설비를 통해 접착하기 때문에 어떤 오염을 포함하는 프로세스를 포함하며, 특히 프로세싱 동안에, 오퍼레이터의 건강에 매우 해로운 매우 많은 양의 휘발성 유기 화합물 방출이 발생되어, 직업상 안전 규칙이 더 엄격한 제한을 설정함에 따라 휘발성 유기 화합물 방출을 방지하기 위한 프로세스의 어려움이 증가하기 때문이다. 또한, 매우 제한된 인성을 가지는 수지의 수는 매우 제한되며, 더욱이 재순환 가능하지 않다. 다른 한편, 열경화성 재료를 사용하는 연속 섬유의 주입은 열경화성 재료의 높은 점성 및 섬유가 습기를 갖게 되는 능력이 낮음으로 인해 매우 복잡하다.

셀과 같이 매끄러운 하나 이상의 연속 표면을 가지는 복합 재료로 이루어지는 강성 본체를 제조하는 데에 LFRTP형 섬유를 사용하는 것이 문헌 US2010/0209638-A1을 통해 공지되었다. 이러한 프로세스는, 다층 구조를 형성하는 목적을 위해, 매트를 형성하는 일련의 열가소성 섬유의 직물을, 열용융 섬유 및 혼합물의 열용융 섬유와 동일한 용융 온도에서 반응하지 않는 다른 섬유의 혼합물로 이루어지는 기질에 적용하는 단계, 및 복합 재료의 강성 부분을 형성하기 위해, 그렇게 형성된 다층 구조를 가열 및 압축의 사이클 하에 두고, 동시에 구조의 열가소성 섬유의 직물의 세트를, 가열 시스템의 부분인 연속적 매끄러운 가열 표면과 접촉시키는 단계를 포함한다. 제안된 기질은 폴리비닐 에스테르, 페놀릭 수지, 불포화 폴리에스테르 및 에폭시로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 열경화성 성분을 포함한다. 매트의 열가소성 섬유는 폴리프로필렌, 폴리에스테르 및 코우폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드 및 폴리페닐렌 황화물로 구성되는 열가소성 섬유의 그룹으로부터 선택된다.

상기 문헌에 설명된 예에 따라, 프로세스는 기본적으로, 섬유 보강 LFRTP 직물을 여러 개의 층을 형성하는 헬멧의 셀의 형상을 재현하는 몰드에 위 아래의 관계로 배치하고, 다층 구조를 가열하며, 진공 하에서 소정 시간 동안 압력을 적용하는 것으로 구성되는 열성형으로 구성된다. 다음에 분리를 가능하게 하는 온도로의 냉각이 수행된다. 이러한 문헌에서 사용되는 열성형 프로세스는 거의 폐쇄되는 형상을 가지는 셀을 제조를 가능하게 하지 않아, 상기 프로세스를 적용하는 것은 셀이 상술 한 주요 기능을 따라야 하는 헬멧 유형에 비효율적이다.

따라서, 상술한 셀과 같이 거의 폐쇄되는 형상을 가진 본체를 효율적으로 신속하게 경제적으로 생산할 수 있게 하는 제조 방법을 갖는 것이 바람직할 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은, 상술한 셀과 같이 거의 폐쇄되는 형상을 가진 본체를 효율적으로 신속하게 경제적으로 생산할 수 있게 하는 제조 방법을 제공하는 것이다.

상술한 문제점에 대한 해결 방안을 제공하는 목적을 위해, 외향 개구를 가지는 내부 공동이 구비되는 열가소성 매트릭스 형태의 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법이 기술되었으며, 상기 공동은 하나 이상의 오목 구부러진 벽을 포함하며, 상기 외향 개구는 2개의 반대쪽 벽들 사이의 상기 내부 공동의 최대 크기폭보다 작은 크기를 가진다.

기본적으로, 상기 방법은,

- 상기 사전 함침된 직물의 적어도 몇몇은 기다란 직조 또는 비직조 섬유로 보강되는 LFRTP형 직물인, 열가소성 수지로 사전 함침된 직물을, 제조될 상기 본체의 패턴에 따른 부분으로 절단하는 제1 단계,

- 사전 함침된 직물의 부분들을, 폐쇄 위치에서 입구가 구비되며 2개 이상의 대향하는 절반 몰드로 분할되고 폐쇄시에 상기 본체의 네거티브 형상을 재현하는 암형 공동이 구성되는 몰드 내에 위치시키며, 사전 함침된 직물의 부분을 다층 구조를 형성하는 복수의 층으로 서로 중첩하여 배치하되, 먼저, 제조될 상기 본체의 외부 층을 구성할 부분을 상기 몰드의 공동의 벽에 위치시키고, 마지막으로, 내부 층을 구성할 부분을 위치시키는 제2 단계,

- 상기 몰드에 대해 수형 컴포넌트로서 구성되고 상기 몰드의 상기 공동 내에 위치되는 주머니가 구비되는 헤드를 상기 몰드의 상기 입구를 폐쇄시키도록 위치시키는 제3 단계,

- 상기 몰드의 상기 공동의 벽에 배치되는 직물의 부분에 대한 상기 주머니의 표면의 접촉 및 압력, 및 상기 몰드의 벽에 대한 상기 주머니의 스러스트를 발생시키는 그러한 체적으로 상기 주머니가 팽창 및 확장되게 하기 위해, 압력을 상기 주머니 내부에 적용하는 제4 단계,

- 상기 제4 단계와 동시에, 직물에 존재하는 열가소성 수지를 용융시키고, 열가소성 수지의 흐름이 상기 몰드의 형상을 재현하도록, 실내 온도로부터 시작하여 작동 온도값까지 상기 절반 몰드에 열을 인가하는 제5 단계,

- 응고된 성형된 상기 본체를 상기 몰드로부터 변형됨이 없이 추출할 수 있게 하도록, 상기 절반 몰드를 어떤 온도로 냉각시키는 제6 단계,

- 적어도 그러한 상기 주머니가 더 이상 상기 몰드의 상기 공동의 벽과 접촉하지 않을 때까지 상기 주머니를 감압하는 제7 단계,

- 주머니가 상기 몰드의 상기 공동 내부로부터 추출되도록, 상기 헤드를 상기 몰드의 상기 입구로부터 후퇴시키는 제8 단계,

- 2개 이상의 상기 절반 몰드를 분리함으로써 상기 몰드를 개방하는 제9 단계, 및

- 성형된 상기 본체를 추출하는, 제10 단계

를 포함하며,

상기 외부 층은, 5 내지 20 mm의 길이의 비직조 및 무배향 섬유를 포함하는, 베일형 또는 펠트형 직물의 부분의 하나 이상의 박층(stratum)에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

LFRTP형 사전 함침된 직물을 사용하면, 열가소성 매트릭스의 이점, 예를 들면 높은 충격 저항, 양호한 압축 및 특히 굽힘 강도, 양호한 화학적 저항 및 낮은 습기 흡수, 정교하게 하는 동안에 경화 반응이 없기 때문에 매우 짧은 성형 사이클, 양호한 용접성, 트리밍 및 폐기물을 회수하는 가능성, 재료의 재고의 최적 프로세스 관리를 가능하게 하는 실내 온도에서의 무한한 저장, 및 셀의 수명의 종료시점에서 재순환되는 양호한 재순환 능력을 합체할 수 있게 된다.

열가소성 매트릭스와 관련된 단점, 예를 들면 섬유를 사전 함침하기 및 높은 곡률을 가지며 밀폐되는 부품을 성형함에 있어서의 어려움은 모두 상술한 프로세스와 동시에 극복되었다.

본 발명의 일 면모(feature)에 따라, 상기 제2 단계의 직물의 부분을 위치시키기 전에, 겔 코트가 상기 몰드의 상기 공동의 벽에 적용되며, 적용되는 상기 겔 코트의 형태는 사전 함침된 직물의 열가소성 수지와 양립성이다.

본 발명의 다른 면모에 따라, 상기 제2 단계의 직물의 부분을 위치시킬 때 또는 그 전에, 사전 함침된 직물의 열가소성 수지와 양립성인 택 강화 제품이 상기 몰드의 상기 공동의 벽에 적용되며, 직물의 부분을 상기 몰드 상에 지지하고 몇몇 부분을 다른 것에 지지하는 것을 향상시키기 위해 위치되는 직물의 부분에 적용된다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, 상기 제3 단계에서, 상기 주머니는 음의 압력을 받으며, 상기 주머니는 내부에, 상기 제3 단계에서 상기 주머니가 받는 음의 압력으로 인해 상기 주머니가 접착되는 케이지형 부분을 포함한다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, 상기 제4 단계에서 상기 주머니에 적용되는 압력의 값은 5 내지 10 바이다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, 상기 제4 단계에서 압력을 적용하는 것과 동시에, 상기 몰드 내에 구비되는 가열 수단이 상기 제5 단계의 열 적용을 위해 작동된다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, 상기 제5 단계의 작동 온도는 사용되는 열가소성 수지의 용융 온도에 따라 100 내지 280 ℃이다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, 상기 제5 단계의 열이 적용되는 시간은, 직물에 존재하는 열가소성 수지의 열가소성 재료를 용융시키고 및 상기 몰드의 형상을 재현하기 위해 열가소성 재료의 흐름을 발생시키기 위해 필요한 시간이다. 본 발명의 또 다른 면모에 따라, 상기 제6 단계의 냉각은, 상기 몰드를 구성하는 2개 이상의 암형 절반 몰드를 냉각시키기 위한 냉각 회로에 의해 강제 대류에 의해 수행된다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, 상기 방법은 절단, 드릴링, 및 표면 마감 작동과 같이 상기 본체를 마감하기 위한 마감 작동의 제11 단계를 더 포함한다.

상술한 방법에 따라 제조되는 복합 재료로 이루어지는 본체는, 기본적으로 중공 본체에 의해 형성되며, 사고시에 충돌의 경우에 헬멧의 저항 부분을 형성하는, 차량에 사용하기 위한 헬멧의 셀일 수 있다. 동일한 방식으로, 상술한 본체는 스키 부츠와 같은 스포츠 풋웨어의 저항 컴포넌트일 수 있다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, LFRTP형 사전 함침된 직물 내의 섬유의 길이는 50 mm 이상이다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, LFRTP형 사전 함침된 직물은, 열가소성 섬유와 조합되는 합성 또는 무기 섬유의 하이브리드 직물, 또는 현탁 또는 희석된 상태의 열가소성 수지를 합체하는 합성 또는 무기 직물이다.

특히 셀을 제조하기 위해 지적된 본 발명의 방법에서, 사전 함침된 직물의 열가소성 수지는 바람직하게 폴리프로필렌 수지이고, LFRTP형 직물의 섬유는 E-형 유리 섬유이다.

상기 외부 층의 사전 함침된 직물의 섬유는, 바람직하게, 특히 혼합에 의해 폴리프로필렌 섬유과 유리 섬유의 조합으로부터 발생하는 하이브리드 섬유이다. 또 다른 면모에 따라, 상기 외부 층은 20 내지 100 g/m²의 표면 밀도, 및 20 내지 40%의 섬유 중량비를 가진다.

헬멧의 셀을 제조하기 위한 본 발명의 방법을 계속 설명하면, 상기 내부 층의 LFRTP형 사전 함침된 직물은, 바람직하게, 직물의 위사를 구성하는 섬유 및 경사를 구성하는 섬유가 직물의 단위 면적당 동일한 수의 섬유를 가지는 "능형(twill type)" 직조 직물이다. 상기 내부 층을 구성하는 층은 각각 300 내지 2000 g/m²의 표면 밀도, 및 50 내지 70%의 섬유 중량비를 가진다. 또한, 상기 내부 층은 여러 가지 다른 수의 층을 가지는 섹션을 포함할 수 있다.

또 다른 면모에 따라, 셀을 제조하는 방법의 상기 제2 단계에서, 보강 층을 구성하는 열가소성 수지로 사전 함침된 직물의 중첩된 부분은 특정 영역에 위치되며, 상기 외부 층과 상기 내부 층 사이 또는 상기 내부 층의 박층들 사이에 위치된다. 상기 보강 층의 직물의 부분은 바람직하게 직물의 단방향 또는 평직 부분이고, 상기 보강 층의 박층 각각은 300 내지 2000 g/m²의 표면 밀도 및 50 내지 70%의 섬유 중량비를 가진다.

또 다른 면모에 따라, 상기 다층 구조는, 1000 g/m²의 최소값 및 3500 g/m²의 최대값, 및 1800 내지 2400 g/m²의 평균값을 가지는 여러 가지 다른 밀도를 가지는 섹션을 포함한다.

제2 양상(aspect)에 따라, 상술한 방법을 수행하기 위한 장치가 기술된다.

상기 장치는,

폐쇄 위치에서 입구가 구비되어 있으며, 2개 이상의 대면하는 절반 몰드로 분할되어 있고, 폐쇄시에 상기 본체의 네거티브 형상을 재현하는 암형 공동을 구성하는 몰드,

상기 몰드에 대해 수형 컴포넌트로서 구성된 주머니가 구비되어 있는 헤드로서, 상기 헤드가 상기 몰드의 상기 입구를 폐쇄시키도록 위치될 때 상기 주머니가 상기 몰드의 상기 공동 내에 위치되는, 헤드,

상기 몰드를 가열하기 위한 가열 수단,

상기 몰드를 냉각시키기 위한 냉각 수단, 및

상기 주머니 내에 압력을 적용하기 위한 수단

을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 면모에 따라, 상기 2개 이상의 절반 몰드는 서로에 대해 이동될 수 있다. 상기 절반 몰드는 알루미늄 또는 강철로 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, 상기 헤드 내에 구비되는 상기 주머니가 형성되는 재료는 실리콘이다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, 상기 헤드는, 상기 입구가 구비된 쪽의 상부 부분에서 상기 몰드에 관절식으로 부착된다.

본 발명의 제3 양상에 따라, 기본적으로 중공 본체에 의해 형성되어 있고, 사고시에 충돌의 경우에 헬멧의 저항 부분을 형성하고 있는, 차량에 사용하기 위한 헬멧의 셀이 기술된다.

기본적으로, 본 발명의 셀은, 상기 중공 본체는 외부 층 및 내부 층을 포함하는 다층 구조를 가지고 있고, 상기 외부 층은, 5 내지 20 mm의 길이의 비직조 및 무배향 섬유를 포함하는, 열가소성 수지로 사전 함침된 "베일형" 또는 "펠트형" 직물의 부분의 하나 이상의 박층에 의해 형성되어 있으며, 상기 내부 층은, 기다란 직조 또는 비직조 섬유로 보강되어 있는, 열가소성 수지로 사전 함침된 LFRTP형 직물의 부분의 하나 이상의 박층에 의해 형성되어 있다.

본 발명의 셀의 다른 면모에 따라, LFRTP형 사전 함침된 직물 내의 섬유의 길이는 50 mm 이상이다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, 사전 함침된 직물의 열가소성 수지는 폴리프로필렌 수지이고, LFRTP형 직물의 섬유는 E-형 유리 섬유이다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, 상기 외부 층의 사전 함침된 직물의 섬유는, 폴리프로필렌 섬유와 유리 섬유의 조합으로부터 발생하는 혼합된 섬유이거나, 유리와 혼합된 폴리프로필렌 섬유이다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, 상기 외부 층은 20 내지 100 g/m²의 표면 밀도를 가진다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, 상기 외부 층은 20 내지 40%의 섬유 중량비를 가진다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, 상기 내부 층의 LFRTP형 사전 함침된 직물은, 직물의 위사를 구성하는 섬유 및 경사를 구성하는 섬유가 직물의 단위 면적당 동일한 수의 섬유를 가지는 능형 직조 직물이다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, 상기 내부 층을 구성하는 박층은 각각 300 내지 2000 g/m²의 표면 밀도를 가진다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, 상기 내부 층을 구성하는 박층은 각각 50 내지 70%의 섬유 중량비를 가진다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, 상기 내부 층은 여러 가지 다른 수의 박층을 가지는 섹션을 포함한다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, 상기 중공 본체의 다층 구조는, 특정 영역에 위치되며 상기 외부 층과 상기 내부 층 사이 또는 상기 내부 층의 박층들 사이에 위치되는, 보강 층을 구성하는 열가소성 수지로 사전 함침된 직물의 중첩된 부분을 포함한다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, 상기 보강 층의 직물의 부분은 직물의 단방향 또는 평직 부분이고, 상기 보강 층의 박층 각각은 300 내지 2000 g/m²의 표면 밀도 및 50 내지 70%의 섬유 중량비를 가진다.

본 발명의 또 다른 면모에 따라, 상기 중공 본체의 상기 다층 구조는, 1000 g/m²의 최소값 및 3500 g/m²의 최대값, 및 1800 내지 2400 g/m²의 평균값을 가지는 상이한 표면 밀도를 가지는 섹션을 포함한다.

첨부되는 도면은, 본 발명의 방법을 수행하기 위한 장치의 2개의 실시예를 비제한적 예에 의해 도시한다.

도 1은, 본 발명의 장치의 제1 실시예의 수직 단면에 따른 개략 단면도이다.
도 2 및 도 3은 각각 도 1의 장치의 몰드 및 헤드의 도면이다.
도 4 내지 도 7은, 본 발명에 따른 셀을 제조하는 방법의 여러 가지 단계에서의 도 1의 장치의 도면이다.
도 8은, 본 발명의 장치의 제2 실시예의 수직 단면에 따른 개략 단면도이다.

도 1은, 기본적으로 중공 본체(1)에 의해 형성되며 사고 시에 충돌의 경우에 헬멧의 저항 부분을 형성하고 차량에 사용하기 위한 헬멧의 셀(shell)과 같은 본체(1)를 제조하기 위한 장치를 개략적으로 도시하고 있으며, 상기 본체는, 외향 개구를 가진 내부 공동이 구비되는 열가소성 매트릭스 형태의 복합 재료로 이루어지고, 상기 공동은 하나 이상의 오목 구부러진 벽을 포함하며, 외향 개구는 2개의 반대쪽 벽들 사이의 내부 공동의 최대 크기보다 작은 크기 또는 폭을 가진다. 셀의 개구는 헬멧의 사용자가 자기의 머리를 넣는 곳이다.

상기 장치는 기본적으로 다음의 부재, 즉,

- 2개 이상의 대향하는 절반 몰드(11, 12)로 분할되며 폐쇄 위치(도 1, 도 5 및 도 6 참조)에서 입구(13)가 구비되는 몰드로서, 몰드가 폐쇄되면, 제조될 본체(1)의 네거티브 형상을 재현하는 암형 공동을 구성하는, 몰드,

- 몰드에 대해 수형 컴포넌트로서 구성되며 실리콘으로 이루어지는 주머니(15)(도 3 참조)가 구비되는 헤드(14)로서, 주머니(15)는 헤드(14)가 몰드의 입구(13)를 폐쇄하도록 위치될 때(도 1, 도 5 및 도 6 참조) 몰드의 공동 내에 위치되며, 몰드의 폐쇄를 용이하게 하기 위해, 입구(13)가 구비되는 쪽에서 상부 부분에서 헤드(14)가 몰드에 관절 방식으로 부착되는, 헤드(14),

- 몰드를 가열하기 위한 가열 수단(16),

- 몰드를 냉각시키기 위한 냉각 수단(17), 및

- 주머니(15) 내에 압력을 인가하기 위한 수단

을 포함한다.

도 7에서 알 수 있듯이, 2개의 절반 몰드(11, 12)는, 열성형 방법과 같은 다른 방법에서 일어나듯이 본체(1)의 폐쇄된 형상은 직접적 추출을 불가능하게 하기 때문에, 제조된 본체(1)를 몰드로부터 추출할 수 있게 하기 위해, 서로에 대해 이동될 수 있다. 실제로, 2개의 절반 몰드 중의 하나의 절반 몰드(11 또는 12)는 공압 작용에 의해 서로로부터 분리된다.

도 2(관절 헤드(14)는 생략됨)에서 별개로 도시되어 있는 2개 이상의 절반 몰드(11, 12)는, 호코톨(hokotol) 알루미늄 또는 강철로부터 만들어지고, 절반 몰드에, 성형될 부품에 열을 공급하는 책임이 있는 가열 수단(16)이 구비된다. 도 1 내지 도 7에서 재현되는 몰드에서, 가열 수단(16)은, 비록 다른 유형에 따라, 가열 수단(16)이, 새로운 몰드를 위해 스파크 플러그 형 시스템을 채택할 수 있거나, 이러한 섹션에서 설명될 제조의 프로세스에 채택될 몰드를 위한 이미 존재하는 평평한 저항 박스에 의해 형성될 수 있지만, 가열 수단의 외부 면에 결합되는 전기 가열 와이어를 포함한다. 저항 시스템의 파워 및 유형은 몰드의 폭 및 재료, 및 응용 자체에 의존하며, 헬멧을 위한 셀의 경우를 위해, 대략 10 kW의 낮은 값으로부터 200 kW까지 변할 수 있는 파워 값을 가진다.

가열 수단(16)의 다른 유형은 도 8에 개략적으로 도시된 것이며, 몰드는 예를 들면 오일/공기 교환기와 같이, 몰드와 접촉되는 오일 파이프에 기초하는 시스템에 의해 가열된다. 실제로, 도 8에서, 오일 히터 및 오일/공기 교환기는 도시되지 않고, 오일 히터로부터 오는 입력 라인(18)의 연결부, 오일 히터로 가는 출력 라인(18'), 오일/공기 교환기로부터 오는 입력 라인(19), 및 오일/공기 교환기로 가는 출력 라인(19')을 볼 수 있다. 헬멧을 위한 셀을 제조하기 위해, 오일 히터의 파워는 10 내지 200 kW의 범위 내에 있을 수 있고, 상기 동일한 범위는 오일/공기 교환기의 파워를 위해 유효하다.

성형된 부품으로부터 열을 추출하기 위해, 추출은, 암형 몰드를 구성하는 절반 몰드(11, 12)를 냉각시키기 위해 오일 또는 물에 기초하는 냉각 회로로 구성되는 냉각 수단(17)에 의해 강제 대류에 의해 수행된다. 새로 형성된 몰드에서, 순환 덕트는 몰드 자체에 합체되는 반면에, 주머니를 사용하지만 열가소성 매트릭스 및 기다란 섬유를 가진 LFRTP형 복합 재료가 포함되는 아래에서 설명될 제조 프로세스에 적응되도록 수정되는 열경화성 복합 재료를 성형하기 위한 프로세스를 위해 원래 형성되는 그러한 몰드인 양립성 몰드에서, 몰드와 접촉하는 교환 플레이트가 사용된다. 교환 유체는 폐쇄 회로 유압 냉각 유닛에 의해 이송된다.

외향 개구(2)를 가진 내부 공동이 구비되며 열가소성 매트릭스 복합 재료로 만들어지는 본체(1)를 제조하는 방법은 도면의 보조를 받아 아래에서 상세히 설명되고, 상기 공동은 하나 이상의 오목 구부러진 벽을 포함하며, 외향 개구는 2개의 반대쪽 벽들 사이의 내부 공동의 최대 크기보다 작은 크기를 가진다. 실제적 목적을 위해, 도시된 본체(1)는 차량에 사용하기 위한 헬멧의 셀로 구성되며, 사고로 충돌의 경우에 헬멧의 저항 부분을 형성한다.

제1 단계는, 열가소성 수지로 사전 함침된 직물을, 제조될 본체(1)의 패턴에 따른 부분으로 절단하는 것으로 구성되며, 상기 사전 함침된 직물의 적어도 몇몇은, 섬유의 길이가 50 mm 이상인 직조 또는 비직조 LFRTP형 사전 함침된 직물 즉 기다란 섬유로 보강된 열가소성 플라스틱이다. 상기 직물은 다이 커터에 의해 절단될 수 있고, 대량 생산 볼륨으로 작동을 수행할 수 있게 한다.

다음에 도 4에 도시된 제2 단계에서, 사전 함침된 직물의 부분들(그 중 몇몇은 LFRTP형임)은, 몰드가 폐쇄 위치에 있을 때 입구(13)가 구비되는 몰드 내에 위치된다. 상술한 바와 같이, 몰드는 2개 이상의 대향하는 절반 몰드(11, 12)로 분할되며, 몰드를 폐쇄시키면 본체(1)의 네거티브 형상을 재현하는 암형 공동이 구성된다. 사전 함침된 직물의 부분은 다층 구조를 형성하는 복수의 층으로 되도록 서로 위에 중첩되어 배치되는데, 먼저, 제조될 본체(1)의 외부 층(2)을 구성할 부분을 몰드의 공동의 벽에 위치시키고, 마지막으로, 특정 영역에서 외부 층(2)과 내부 층(4) 사이에 보강 층(3)을 삽입할 수 있도록, 내부 층(4)을 구성할 부분을 위치시킨다. 복수의 층 중에서, 적어도 내부 층(4)은 기다란 섬유 보강 LFRTP형 사전 함침된 직물의 부분의 하나 이상의 박층에 의해 형성된다.

이러한 작동에서, 헤드(14)는 사전 함침된 직물의 일부를 위치시킬 수 있게 하기 위해 몰드의 입구(13)에 정밀하게 폐쇄되지 않으며, 온도 및 압력은 실내 값을 가진다.

옵션으로서 및 제품 또는 사용되는 재료의 필요에 따라, 몰드의 공동에 상기 일부를 위치시키는 작동은, 연마, 퍼티 적용, 및 페인팅을 위한 준비의 동등한 성형 후 작동보다 효율적일 때, 직물 응용 전에 몰드에 겔 코트의 적용에 의해 보충될 수 있다. 겔 코트의 형태는, 복합 재료에 사용되는 매트릭스 또는 열가소성 수지 유형과 양립적이도록, 선택될 것이다. 폴리올레핀 매트릭스를 가진 입증된 옵션은 최적 접착이 얻어지게 한 아크릴릭 겔 코트이다.

몰드의 벽이 몇몇 영역에서 거의 수직이면, 수형 주머니(15)를 도입하기 전에 직물의 일부의 적층 또는 중첩의 최소 지지를 얻기 위해 보조가 필요할 수 있다. 그러한 목적을 위하고 최소의 점착성을 얻기 위해, 몰드 내에 스프레잉에 의해 적용되는 형태의 경 아교(light glue)가 사용될 수 있다. 상기 아교는 사전 함침된 매트릭스로서 사용되는 열가소성 플라스틱 형태와 양립적이어야 된다. 예를 들면, 폴리프로필렌 매트릭스를 가진 LFRTP 직물에 의해, 짧은 체인 폴리올레핀 아교가 사용될 수 있다.

도 5에 도시된 방법의 제3 단계에서, 수형 주머니(15)가 구비되는 헤드(14)가 몰드의 입구(13)를 폐쇄시키도록 위치되고, 주머니(15)는 앞의 단계에서 직물의 일부에 의해 덮이는 몰드의 공동 내에 위치된다. 부품 즉 다층 구조에 적용되는 온도 및 압력은 여전히 실내 온도이다. 설명된 것과 같은 자동화된 시스템에서, 주머니(15)는, 약간의 음의 압력(특정한 진공 라인 없이 공압 컴프레서를 가진 장비 내에 약간의 압력 강하를 발생시키는 것에 공통인 벤추리 효과 흡입에 의해 발생됨)을 적용함에 의해, 케이지로서 구성되는 주머니(15) 내의 작은 구조에 기대어 유지된다. 주머니(15)는, 상부 몰드 폐쇄, 주머니(15), 진공 밸브, 및 모든 공압 와이어링을 합체하는 관절 헤드(14) 상에 공압 작용에 의해 자동으로 도입된다.

제4 단계에서, 압력은 주머니(15) 내부에 적용되어, 도 6에 도시된 바와 같이, 몰드의 공동의 벽에 배치되는 직물의 부분에 대한 주머니(15)의 표면의 접촉 및 압력, 및 몰드의 벽에 대한 주머니의 스러스트를 발생시키는 그러한 체적으로 주머니가 팽창 및 확장되게 한다. 이러한 단계에서, 온도값은 실내 온도로 지속된다. 인가된 압력은 응용에 따라 5 내지 10 바에 포함된다. 헬멧의 셀을 위해 의도된 응용을 위해, 압력값은 대략 7 바이다. 몰드를 가열하기 위한 가열 수단(16)은 동시에 작동된다.

따라서, 제5 단계에서, 제4 단계와 동시에, 다층 구조의 사전 함침된 직물에 존재하는 열가소성 수지를 용융시키고, 열가소성 수지의 흐름이 몰드의 형상을 재현하도록, 실내 온도로부터 시작하여 작동 온도값까지 절반 몰드(11, 12)에 열이 인가된다.

가열이 지속되는 시간은 상기 용융을 달성하기 위해 가능한 최소 시간이다. 종래의 열경화성 매트릭스의 경우에서와 같이, 느린 운동 경화 반응이 없으면, 가열 경사(ramp)는 부품 몰드 시스템의 공급 가능한 파워 및 열 관성에 의해 허용되는 만큼 신속할 수 있다.

필요한 최대 온도는 매트릭스로서 사용되는 열가소성 재료에 의존할 것이다. 상기 최대 온도는, 사출에 의해 열가소성 플라스틱을 프로세싱하기 위해 통상적으로 필요한 최대 온도보다 약간 낮다는 것을 언급해야 한다. 이것은 액체 상태의 열가소성 플라스틱이 압출 스크루, 사출 노즐, 몰드의 내부 등을 통해 주행하도록 충분히 낮은 점성이 사출 프로세스에서 필요하기 때문이며, LFRTP형 사전 함침된 직물(매트릭스로 사전 함침되었거나 매트릭스를 스레드 또는 얀으로서 합체함)이 사용되는 본 출원에서는, 섬유 내의 열가소성 플라스틱의 초기 위치와 상기 섬유가 형성되었을 때의 위치 사이의 거리가 크게 감소된다. 그렇게 하기 위해, 상기 열가소성 플라스틱의 용융 온도에 도달하는 것으로 충분하다.

온도 기준으로서, 폴리프로필렌을 사용할 때 160℃ 내지 170℃의 최대 온도에서 만족스런 결과가 얻어졌고, 일반적으로 폴리아미드에 대해서는 값은 약 220℃이며, 폴리부틸렌 테레프탈레이트에 대해서는 약 225℃이고, 폴리카보네이트에 대해서는 220℃이다.

부품 또는 다층 구조를 용융 온도까지 가열하기 위해 필요한 가열 경사 또는 시간은 시스템의 전체 열 관성에 의존할 것이다. 참조로서, 상술한 것과 같은 모터사이클 헬멧용 금속 몰드를 위해, 50 내지 150 kW의 범위 내의 파워 입력을 사용하며, 두께가 약 2 mm의 PP 매트릭스를 가진 층화된 LFRTP에서, 가열 시간은 3 내지 5분 정도이다.

상기 온도가 유지되어야 하는 시간은 명백히 존재하지 않는데, 그것은, 예를 들면 폴리프로필렌 매트릭스에서, 부분이 165℃(또는 사용되는 열가소성 플라스틱의 용융 온도)에 도달할 때, 온도를 감소시키기 위해 열을 추출하기 시작할 수 있기 때문이다. 다른 한편, 성형된 부품 내의 온도를 측정하는 것이 복잡하기 때문에, 몰드 온도가 통상적으로 참조된다. 몰드가 그러한 165℃에 도달하는 시간과 부품의 재료가 이러한 온도에 도달하는 시간 사이에 상당한 시간이 경과하며, 그에 더하여, 열이 흐르기 위해 필요한 최소 열 구배가 있다(몰드가 약간 더 뜨겁기 때문임). 따라서, 부품의 온도와 관련하여 실제적 유지 단계가 없지만, 몰드의 온도와 관련하여, 부품이 상기 용융 온도에 도달하는 것을 확실하게 하기 위해 온도가 특정 시간 동안 유지되어야 한다.

따라서, 제6 단계는, 변형됨이 없이 또한 본체(1)를 몰드로부터 추출하는 오퍼레이터를 안전하게 하면서 응고된 성형된 본체(1)를 몰드로부터 추출할 수 있게 하도록, 절반 몰드(11, 12)를 어떤 온도로 냉각시키는 것으로 구성된다. 이러한 단계에서, 몰드는 폐쇄된 위치에 계속하여 있다. 예를 들면, 포함된 LFRTP형 사전 함침된 직물의 매트릭스가 폴리프로필렌인 구조에 대해, 구조가 냉각될 온도는 추출 동안의 부품의 구조적 강도로 인해 약 50℃일 것이다. 폴리아미드와 같은 다른 열가소성 플라스틱에서는 70℃일 것이다(이러한 경우에, 제한 인자는, 부품 또는 본체(1)를 추출할 때의 오퍼레이터의 장갑의 열 절연임).

압력은 가열시와 동일하게 계속되며, 5 내지 10 바이고, 특히 7 바이다.

사용되는 시간은 추출 온도에 도달할 수 있는 최소 시간일 것이다. 종래의 열경화성 매트릭스의 경우에서와 같이, 느린 운동 경화 반응이 없으면, 냉각 경사는 본체(1) 및 몰드의 관성 및 열 절연, 및 추출을 위해 적용되는 시스템의 파워에 의해 허용되는 만큼 신속할 수 있다. 참조로서, 알루미늄 또는 강철 모터사이클 헬멧용 금속 몰드를 위해, 두께가 약 2 mm의 PP 매트릭스를 가진 층화된 LFRTP에서, 냉각 시간은 1 내지 3분이다.

제7 단계는, 적어도 그러한 주머니가 더 이상 몰드의 공동의 벽과 접촉하지 않을 때까지 주머니(15)를 감압하는 것이다. 몰드는 계속 폐쇄되며, 압력은 주머니(15) 내부로부터 제거되고, 주머니(15)를 몰드의 벽으로부터 분리시키기 위해 약간의 압력 강하(대기압보다 적음)를 적용한다.

다음에는 제8 단계에서, 헤드(14)는 상승되고, 주머니(15)는 몰드로부터 추출된다. 온도는 계속 강하한다.

제9 단계에서, 몰드는 도 7에 도시된 바와 같이 2개 이상의 절반 몰드(11, 12)를 분리함으로써 개방된다.

제10 단계에서, 성형된 본체(1)는, 몰드 내에 통합되는 추출자의 보조를 필요로 하지 않으면서 추출된다. 본체(1)가 스키 부츠의 셀 또는 저항 본체일 때, 성형된 본체(1)는 손으로 용이하게 추출될 수 있다.

제11 단계에서, 절단, 드릴링, 및 표면 마감 작동과 같이, 본체(1)를 마감하기 위한 마감 작동으로 구성되는 성형 후 작동이 수행된다.

성형이 강성 폐쇄된 몰드 내에서 수행되지 않으면, 성형된 부품의 에지, 외곽선 또는 단부는 사출 프로세스에서처럼 양호하게 분해되어 마감 처리되지 못할 것이며, 이러한 이유로, 초과 재료를 절단할 필요가 있다. 동일한 사항이, 다른 부재를 고정시키기 위해 셀 내에 가능한 보어 구멍 및 통기 개구 등을 만들 때에도 발생한다. 모든 이들 드릴링 및 트리밍 작동은 절단 템플레이트에 의한 반수동식으로, 또는 종래의 CNC 절단 스테이션에서의 자동 방식으로, 또는 고압수에 의한 CNC 절단으로 이루어질 수 있다.

표면 마감에 대해, 열가소성 플라스틱 사출에 의해 제조되는 셀에서 일어나듯이, 일련의 표면 준비 작동이 표면 및 심미적 품질을 향상시키는 목적을 위해 페이팅하기 전에 수행되어야 한다. 상기 작동은 세척, 표면 흠에 퍼티를 적용하기, 연마, 페인팅을 위한 전처리 등을 포함할 수 있다. 작동 및 재료의 양은 사용되는 매트릭스 및 마감의 필요한 형태에 의존할 것이다.

LFRTP형 사전 함침된 직물을 가진 본체(1)의 표면 마감은 통상적으로, 열가소성 사출에 의해 발생되는 부품과 복합 열경화에 의해 발생되는 부품 사이의 중간 성형 후 품질, 즉 열가소성 사출에 의해 발생되는 부품보다는 약간 낮고 복합 열경화에 의해 발생되는 부품보다는 명백히 양호한 품질을 갖는다고 일반적으로 지적할 수 있다. 이것은, 항상 동등한 마감 레벨을 가정하면서, 마감 작동의 역비례 양 및 강도를 포함할 것이다.

본 발명의 방법에 따라 발생되는 LFRTP형 직물을 가진 부품을 복합 열경화에 따라 발생되는 LFRTP형 직물의 동형의 부품(동일한 층화를 가짐)과 비교할 때, 사전 함침된 LFRTP 직물에 기초하는 복합 재료를 포함하는 본체(1)는 더 양호한 표면 마감을 가지는데, 그것은 매트릭스가 더 높은 점성을 가지고 보강 섬유에 더 밀접하게 링크되기 때문에 몰드 내의 LFRTP형 직조된 직물에서의 각인 또는 마킹 현상이 덜 심각하기 때문이다.

상술한 방법에 따라 발생되는 본체(1)에 페인팅 작동을 적용하는 어려움은, 기본적으로 상기 재료의 표면 에너지 및 따라서 다른 재료의 접착을 위한 그 재료의 능력에 의존하여, 동일한 매트릭스에 의해 플라스틱 사출에 의해 제조되는 부품의 어려움과 동등하다. 따라서, 예를 들면, ABS 매트릭스를 가진 LFRTP를 가진 부품은 페인팅하기 매우 쉬우며, 폴리프로필렌 매트릭스를 가진 LFRTP 부품은 더 많은 어려움을 주어, 예를 들면 프라이밍과 같이 페인팅 전의 작동을 필요하게 하거나, 심지어는 어떤 경우에는 불꽃 또는 플라즈마 처리와 같은 방법에 의한 표면 활성화를 필요하게 한다.

충격의 경우에 저항 부분을 형성하는 모터사이클 헬멧의 셀을 구성하는 본체(1)를 제조하기에 바람직한 다층 구조는 아래에서 예로서 설명된다. 이러한 다층 구조는, 몰드의 공동을 구성하며 셀의 네거티브 형상을 재현하는 벽에, 열가소성 수지로 사전 함침된 직물의 부분을 위치시킴으로써, 상술한 방법의 제2 단계에서 형성되는 것이다.

공통 부재로서, 특히 셀을 위해 지적되는 이러한 다층 구조에 포함되기 때문에 아래에서 인용되는 열가소성 수지로 사전 함침된 모든 직물은 폴리프로필렌(PP)을 가지며, 섬유는 유리 섬유, 특히 E-형 유리 섬유이다. 포함되는 섬유로 보강되는 직조되거나 직조되지 않은 사전 함침된 직물은, 다음의 기술, 즉 혼합되었거나 하이브리드 얀 또는 스레드(혼합된 얀으로서 공지됨), 하이브리드 직물, 열가소성 플라스틱을 직물 상에 밀링하고 용융하기(직물 파우더링으로서 공지됨) 등에 의해 생산될 수도 있었다.

이러한 예에서 셀인 본체(1)는 외부 층(2) 및 내부 층(4)을 포함하는 다층 구조를 가지며, 사전 함침된 직물의 부분들의 중첩에 의해 형성되는 외부 층(2)의 층은 몰드의 공동에 위치되는 첫 번째 층이고, 내부 층(4)의 박층은 몰드 내에 위치되는 마지막 박층이다.

외부 층(2)은, 무작위 배치로 어떠한 주 방향도 없이 삽입되는, 5 내지 20 mm의 길이의 짧은 비직조 방직 섬유를 포함하는, 베일형 또는 펠트형 직물의 부분의 하나 이상의 박층에 의해 형성된다. 상기 섬유는 하이브리드 PP/유리형 섬유, 또는 2개의 형태의 섬유로 이루어지는 섬유이다. 외부 층(2)은 일반적으로 20 내지 100 g/m²의 표면 밀도, 및 20 내지 40%의 섬유 중량비(FWF)를 가진다. 외부 층(2)의 기능은, 두 가지 방식, 즉

- 외부 층이 그 높은 PP 함량으로 인해 외부 면에 수지 풍부 영역을 발생시키고,

- 패턴의 무작위 성질 및 낮은 표면 조도로 인해, 외부 층이, 직물 또는 직물에 의해 제공되는 도면이 표면에 복사되게 하는 전사 현상에 의해 셀의 최종 표면 조도를 최소화하는 것

에 의해 셀의 표면 마감을 향상시키는 것이다.

내부 층(4)에 대해서는, 내부 층은 그 자체로서 구조 층을 구성하고, 50 mm 이상의 길이의 기다란 섬유 보강된 LFRTP형 사전 함침된 직물(및 바람직하게 E형 유리 섬유)이 위치되는 곳이다. 내부 층(4)의 기다란 섬유 보강된 LFRTP형 사전 함침된 직물은 타입 1/1 또는 타입 2/2의 "능형(twill-type)" 직조 직물이고, 직물의 위사를 구성하는 섬유 및 경사를 구성하는 섬유는 양쪽 방향으로 직물의 단위 면적당 동일한 양의 섬유, 즉 동일한 수의 섬유를 가진다.

내부 층(4)을 구성하는 박층은 각각 300 내지 2000 g/m²의 표면 밀도(그래미지(grammage))를 가지며, 특정 유리/PP 섬유 조합에 대해서는 대략 60%의 섬유 중량 함량을 가진다.

내부 층(4)의 박층은 다음의 목적들, 즉

- 영어로 "드레이퍼빌리티(drapeabilty)"라고 공지된, 부품의 형상을 복사 또는 재현하는 능력을 향상시키기,

- 본체의 형상의 함수인 여러 가지 구조적 특징 및 여러 가지 기계적 성능 또는 각각의 영역의 요구에 본체를 적응시키기 위해, 박층의 수 및 박층의 그래미지를 변화시킴으로써 본체(1)의 섹션의 기계적 성질을 조절하는

목적을 위해, 특정 절단 패턴에 따라, 본체(1) 주위에서 불연속일 수 있다.

보강 층(3)을 구성하는 열가소성 수지로 사전 함침된 직물의 중첩된 부분은 본체(1)의 특정 영역에 위치되고, 외부 층(2)과 내부 층(4) 사이 또는 내부 층(4)을 구성하는 박층 자체들 사이에 위치된다. 보강 층(3)의 직물의 부분은 단방향이거나 직물의 평직 부분이며, 보강 층(3)의 각각의 층은 300 내지 2000 g/m의 표면 밀도 및 50 내지 70%의 섬유 중량비를 가진다. 보강 층(3)은 명백히 결코 전체 본체(1)를 통해 분포되지 않을 것이고, 오히려 그 위치 설정은, 특정 방향으로 추가적 보강을 필요로 하고, 작은 크기로 인해 직물 또는 높은 이중 곡률로 성형될 능력이 낮은 직물을 사용할 수 있게 하는, 작은 특정 영역에 제한된다.

바람직하게, 내부 층(4) 및 보강 층(3)의 박층의 수 및 그들의 유형은 균형된 층화를 얻는 목적을 위해 조직될 것이며, 즉 층은 직물의 평면에 대해 직각인 방향에 따라 대칭적 성분이어서, 성형 프로세스에서 내부 변형 응력에 대해 덜 민감하다. 일반적으로, 층(4, 3)의 층을 구성하는 직물은 가능한 한 이방성을 최소화하는 목적을 위해 특정 방향을 가지도록 디자인되었다. 따라서, 예를 들면, 2개의 동일한 박층이 있으면 그들은 서로에 대해 90°로 배치되거나, 3개의 박층이 있고 그들 중 하나가 보강 층(3)에 속하며 따라서 다른 2개의 사이에 배치되면, 2개의 외부 층의 직물은 중간층에 대해 90°로 배치될 것이다. 그러나, 이러한 등방성에 대한 탐색이 뒤따르지 않는 특정 영역이 존재할 가능성은 본체(1)의 형상의 특이성 또는 특정 상황을 보상하기 위해, 특정 방향에서의 성질을 향상시키는 목적을 위해 고려된다.

상술한 층(2, 3, 4)에 의해 형성되는 전체 박층화(stratification)는, 비록 모터사이클 헬멧의 경우에 일반적으로 영역에 따라 1000 내지 3500 g/m²의 범위의 그래미지를 가지고, 대략 1800 내지 2400 g/m²의 범위에 있는 전체 평균을 가지지만, 일반적으로 본체(1) 주위에서 불균일할 수 있다.

Claims

외향 개구를 가지는 내부 공동이 구비되는 열가소성 매트릭스를 가지는 복합 재료로 이루어지는 본체(1)를 제조하는 방법에 있어서,
상기 공동은 하나 이상의 오목한 구부러진 벽을 포함하며,
상기 외향 개구는 2개의 대향 벽들 사이에서 상기 내부 공동의 최대 폭보다 작은 크기를 가지고,
상기 방법은,
열가소성 수지로 사전 함침된 직물을, 제조될 상기 본체의 패턴에 따른 부분들로 절단하는 제1 단계로서, 상기 사전 함침된 직물의 적어도 몇몇은 기다란 직조 또는 비직조 섬유로 보강되는 LFRTP형 직물인, 상기 제1 단계,
사전 함침된 직물의 부분들을, 폐쇄 위치에서 입구(13)를 구비하며 2개 이상의 대면하는 절반 몰드(11, 12)로 분할되고 폐쇄시에 상기 본체의 네거티브 형상을 재현하는 암형 공동을 구성하는 몰드 내에 위치시키며, 사전 함침된 직물의 부분들을 다층 구조를 형성하는 복수의 층으로 서로 중첩하여 배치하되, 먼저, 제조될 상기 본체의 외부 층(2)을 구성할 부분을 상기 몰드의 공동의 벽에 위치시키고, 마지막으로, 내부 층(4)을 구성할 부분을 위치시키며, 상기 외부 층은, 5 내지 20 mm의 길이의 비직조 및 무배향 섬유를 포함하는, 베일형 또는 펠트형 직물의 부분들의 하나 이상의 박층(stratum)에 의해 형성되는, 제2 단계,
상기 몰드에 대해 수형 컴포넌트로서 구성되고 상기 몰드의 상기 공동 내에 위치되는 주머니(15)를 구비하며 상기 몰드의 상기 입구를 폐쇄시키는 헤드(14)를 위치시키는 제3 단계,
상기 몰드의 상기 공동의 벽에 배치되는 직물의 부분에 대한 상기 주머니의 표면의 접촉 및 압력, 및 상기 몰드의 벽에 대한 상기 주머니의 스러스트를 발생시키는 그러한 체적으로 상기 주머니가 팽창 및 확장되게 하기 위해, 압력을 상기 주머니 내부에 인가하는 제4 단계,
상기 제4 단계와 동시에, 직물에 존재하는 열가소성 수지를 용융시키고, 열가소성 수지의 흐름이 상기 몰드의 형상을 재현하도록, 실내 온도로부터 시작하여 작동 온도값까지 상기 절반 몰드(11, 12)에 열을 인가하는 제5 단계,
응고된 성형된 상기 본체를 상기 몰드로부터 변형됨이 없이 추출할 수 있게 하도록, 상기 절반 몰드를 어떤 온도로 냉각시키는 제6 단계,
적어도 상기 주머니가 더 이상 상기 몰드의 상기 공동의 벽과 접촉하지 않을 때까지 상기 주머니를 감압하는 제7 단계,
주머니가 상기 몰드의 상기 공동 내부로부터 추출되도록, 상기 헤드를 상기 몰드의 상기 입구로부터 후퇴시키는 제8 단계,
2개 이상의 상기 절반 몰드를 서로 분리함으로써 상기 몰드를 개방하는 제9 단계, 및
성형된 상기 본체를 추출하는 제10 단계
를 포함하는, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 단계의 직물의 부분을 위치시키기 전에, 겔 코트가 상기 몰드의 상기 공동의 벽에 적용되며,
적용되는 상기 겔 코트의 타입은 사전 함침된 직물의 열가소성 수지와 양립성인, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 단계의 직물의 부분을 위치시킬 때 또는 그 전에, 사전 함침된 직물의 열가소성 수지와 양립성인 택 강화 제품이 상기 몰드의 상기 공동의 벽에 적용되며, 직물의 부분을 상기 몰드상에 지지하고 몇몇 부분을 다른 부분에 지지하는 것을 향상시키기 위해 위치되는 직물의 부분에 적용되는, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 단계에서, 상기 주머니(15)는 음의 압력을 받으며,
상기 주머니는 내부에, 상기 제3 단계에서 상기 주머니가 받는 음의 압력으로 인해 상기 주머니가 접착되는 케이지형 부분을 포함하는, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제4 단계에서 상기 주머니 내부에 인가되는 압력의 값이 5 내지 10 바인, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제4 단계에서 압력을 인가하는 것과 동시에, 상기 몰드 내에 구비되는 가열 수단이 상기 제5 단계의 열 인가를 위해 작동되는, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제5 단계의 작동 온도는 100 내지 280 ℃인, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제5 단계의 열이 인가되는 시간은, 직물에 존재하는 열가소성 수지의 열가소성 재료를 용융시키고 상기 몰드의 형상을 재현하도록 열가소성 재료의 흐름을 발생시키기 위해 필요한 시간인, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제6 단계의 냉각은, 상기 몰드를 구성하는 2개 이상의 암형 절반 몰드를 냉각시키기 위한 냉각 회로에 의해 강제 대류에 의해 수행되는, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
절단, 드릴링, 및 표면 마감 작업과 같이 상기 본체(1)를 마감하기 위한 마감 작업의 제11 단계를 더 포함하는, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체(1)는, 기본적으로 중공 본체에 의해 형성되며, 사고시에 충돌의 경우에 헬멧의 저항 부분을 형성하는, 차량에 사용하기 위한 헬멧의 셀 (shell) 인, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체(1)는 스키 부츠와 같은 스포츠 풋웨어의 저항 본체인, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
LFRTP형의 사전 함침된 직물 내의 섬유의 길이는 50 mm 이상인, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제13항 및 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
LFRTP형의 사전 함침된 직물은, 열가소성 섬유와 조합되는 합성 또는 무기 섬유의 하이브리드 직물, 또는 현탁 또는 희석된 상태로 열가소성 수지를 혼입하는 합성 또는 무기 직물인, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
사전 함침된 직물의 열가소성 수지는 폴리프로필렌 수지이고,
LFRTP형 직물의 섬유는 E-형 유리 섬유인, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 층(2)의 사전 함침된 직물의 섬유는, 폴리프로필렌 섬유와 유리 섬유의 조합으로부터 발생하는 하이브리드 섬유인, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제16항에 있어서,
상기 외부 층(2)은 20 내지 100 g/m²의 표면 밀도를 가지는, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 외부 층(2)은 20 내지 40%의 섬유 중량비를 가지는, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부 층(4)은 LFRTP형의 사전 함침된 직물의 부분의 하나 이상의 박층에 의해 형성되는, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제19항에 있어서,
상기 내부 층(4)의 LFRTP형의 사전 함침된 직물은, 직물의 위사를 구성하는 섬유 및 경사를 구성하는 섬유가 직물의 단위 면적당 동일한 수의 섬유를 가지는 능형(twill type) 직조 직물인, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제20항에 있어서,
상기 내부 층(4)을 구성하는 박층은 각각 300 내지 2000 g/m²의 표면 밀도를 가지는, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제15항 및 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부 층(4)을 구성하는 박층은 각각 50 내지 70%의 섬유 중량비를 가지는, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부 층(4)은 상이한 수의 박층을 가지는 섹션을 포함하는, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 단계에서, 보강 층(3)을 구성하는 열가소성 수지로 사전 함침된 직물의 중첩된 부분은 특정 영역에 위치되며, 상기 외부 층(2)과 상기 내부 층(4) 사이 또는 상기 내부 층의 박층들 사이에 위치되는, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제24항에 있어서,
상기 보강 층(3)의 직물의 부분은 직물의 단방향 또는 평직 부분이고,
상기 보강 층의 박층 각각은 300 내지 2000 g/m²의 표면 밀도 및 50 내지 70%의 섬유 중량비를 가지는, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제11항 및 제13항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다층 구조는, 1000 g/m²의 최소값 및 3500 g/m²의 최대값, 및 1800 내지 2400 g/m²의 평균값을 가지는 상이한 표면 밀도를 가지는 섹션들을 포함하는, 복합 재료로 이루어지는 본체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에서 정의된 방법을 수행하기 위한 장치에 있어서,
폐쇄 위치에서 입구(13)가 구비되어 있으며, 2개 이상의 대면하는 절반 몰드(11, 12)로 분할되어 있고, 폐쇄시에 상기 본체(1)의 네거티브 형상을 재현하는 암형 공동을 구성하는 몰드,
상기 몰드에 대해 수형 컴포넌트로서 구성된 주머니(15)가 구비되어 있는 헤드(14)로서, 상기 헤드가 상기 몰드의 상기 입구를 폐쇄시키도록 위치될 때 상기 주머니가 상기 몰드의 상기 공동 내에 위치되는, 상기 헤드(14),
상기 몰드를 가열하기 위한 가열 수단(16),
상기 몰드를 냉각시키기 위한 냉각 수단(17), 및
상기 주머니 내에 압력을 인가하기 위한 수단
을 포함하는, 장치.
제27항에 있어서,
상기 2개 이상의 절반 몰드(11, 12)는 서로에 대해 이동될 수 있는, 장치.
제27항 또는 제28항에 있어서,
상기 2개 이상의 절반 몰드(11, 12)는 알루미늄 또는 강으로 이루어져 있는, 장치.
제27항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주머니 (15) 는 실리콘으로 이루어져 있는, 장치.
제27항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 헤드(14)는, 상기 입구(13)가 구비된 쪽의 상부 부분에서 상기 몰드에 관절식으로 부착되어 있는, 장치.
기본적으로 중공 본체(1)에 의해 형성되어 있고, 사고시에 충돌의 경우에 헬멧의 저항 부분을 형성하고 있는, 차량에 사용하기 위한 헬멧의 셀(shell)에 있어서,
상기 중공 본체는 외부 층(2) 및 내부 층(4)을 포함하는 다층 구조를 가지고 있고,
상기 외부 층은, 5 내지 20 mm의 길이의 비직조 및 무배향 섬유를 포함하는, 열가소성 수지로 사전 함침된 베일형 또는 펠트형 직물의 부분의 하나 이상의 박층에 의해 형성되어 있으며,
상기 내부 층은, 기다란 직조 또는 비직조 섬유로 보강되어 있는, 열가소성 수지로 사전 함침된 LFRTP형 직물의 부분의 하나 이상의 박층에 의해 형성되어 있는, 셀.
제32항에 있어서,
LFRTP형의 사전 함침된 직물 내의 섬유의 길이는 50 mm 이상인, 셀.
제33항에 있어서,
LFRTP형의 사전 함침된 직물은, 열가소성 섬유와 조합되는 합성 또는 무기 섬유의 하이브리드 직물, 또는 현탁 또는 희석된 상태로 열가소성 수지를 혼입하는 합성 또는 무기 직물인, 셀.
제33항 또는 제34항에 있어서,
사전 함침된 직물의 열가소성 수지는 폴리프로필렌 수지이고,
LFRTP형 직물의 섬유는 E-형 유리 섬유인, 셀.
제32항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 층(2)의 사전 함침된 직물의 섬유는, 폴리프로필렌 섬유와 유리 섬유의 조합으로부터 발생하는 하이브리드 섬유인, 셀.
제36항에 있어서,
상기 외부 층(2)은 20 내지 100 g/m²의 표면 밀도를 가지는, 셀.
제37항에 있어서,
상기 외부 층(2)은 20 내지 40%의 섬유 중량비를 가지는, 셀.
제32항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부 층(4)의 LFRTP형의 사전 함침된 직물은, 직물의 위사를 구성하는 섬유 및 경사를 구성하는 섬유가 직물의 단위 면적당 동일한 수의 섬유를 가지는 능형 직조 직물인, 셀.
제39항에 있어서,
상기 내부 층(4)을 구성하는 박층은 각각 300 내지 2000 g/m²의 표면 밀도를 가지는, 셀.
제32항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부 층(4)을 구성하는 박층은 각각 50 내지 70%의 섬유 중량비를 가지는, 셀.
제32항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부 층(4)은 상이한 수의 박층을 가지는 섹션을 포함하는, 셀.
제32항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중공 본체(1)의 다층 구조는, 특정 영역에 위치되며 상기 외부 층(2)과 상기 내부 층(4) 사이 또는 상기 내부 층의 박층들 사이에 위치되는, 보강 층(3)을 구성하는 열가소성 수지로 사전 함침된 직물의 중첩된 부분들을 포함하는, 셀.
제43항에 있어서,
상기 보강 층(3)의 직물의 부분들은 직물의 단방향 또는 평직 부분들이고,
상기 보강 층의 박층 각각은 300 내지 2000 g/m²의 표면 밀도 및 50 내지 70%의 섬유 중량비를 가지는, 셀.
제32항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중공 본체(1)의 상기 다층 구조는, 1000 g/m²의 최소값 및 3500 g/m²의 최대값, 및 1800 내지 2400 g/m²의 평균값을 가지는 상이한 표면 밀도를 가지는 섹션들을 포함하는, 셀.