KR20170044027A - 차등 진공을 사용하여 복합재 물품을 경화시키는 방법 - Google Patents

차등 진공을 사용하여 복합재 물품을 경화시키는 방법 Download PDF

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Abstract

복합재 레이업을 경화시키는 방법은, 내부 백 챔버에 내부 백 진공 압력을 그리고 외부 진공 챔버에 외부 진공 압력을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 진공 내부 백 챔버는 복합재 레이업을 덮는 진공 백에 의해 형성되고 내부 백 챔버 시일을 사용하여 성형 툴에 밀봉될 수 있다. 내부 백 진공 압력은 외부 진공 압력 이상일 수 있다. 복합재 레이업의 온도는, 온도 유지 기간을 개시하기 위해서 상승된 온도로 증가될 수 있다. 이 방법은, 온도 유지 기간 동안 외부 진공 챔버 통기 기간(venting period)을 개시하기 위해서 외부 진공 챔버를 대기로 통기시키는 단계; 및 외부 진공 챔버 통기 기간 동안 내부 백 챔버 시일에 압착 압력을 적용하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 외부 진공 압력은 외부 진공 챔버 통기 기간을 종료하기 위해서 외부 진공 챔버에 재적용될 수 있다.

Description

차등 진공을 사용하여 복합재 물품을 경화시키는 방법 {METHOD OF CURING A COMPOSITE ARTICLE USING DIFFERENTIAL VACUUM}
본 개시는, 일반적으로 복합재 물품들(composite articles)의 제조, 보다 특히, 아웃-오브-오토클레이브(out-of-autoclave) 프로세스에서 복합재 레이업(layup)을 경화시키는(curing) 방법에 관한 것이다.
섬유 보강식 복합재 물품들의 제조는, 복합재 레이업을 형성하기 위해서 성형 툴(forming tool) 상에 복합재 플라이들(composite plies)을 레이업하는 것을 포함할 수 있다. 경화된(cured) 복합재 물품으로 복합재 레이업을 통합(consolidate)하고 경화(cure)시키기 위해서 복합재 레이업에 열과 압력이 적용될 수 있다. 복합재 레이업을 경화시키는 종래의 방법들은, 경화된 복합재 물품에서 소망하는 기계적 특성들을 성취하기 위해서 복합재 레이업에 열 및 압착 압력(compaction pressure)을 제공하도록 오토클레이브의 사용을 포함할 수 있다. 압착 압력의 적용은 통합(consolidation) 그리고 경화 동안 복합재 레이업으로부터 갇힌 수분(entrapped moisture), 공기(air), 및/또는 휘발성분들(volatiles)의 진공 배기(evacuation)를 용이하게 할 수 있어, 낮은 기공(low porosity) 및 높은 강도(high strength)가 경화된 복합재 물품에서 성취될 수 있다.
불행히도, 복합재 물품을 제조하기 위한 오토클레이브의 사용은, 요구되는 통합 및 경화 온도들로 복합재 레이업을 가열하기 위해서 연장된 시간 기간들 및 경화 이후에 복합재 레이업을 주위 온도로 냉각하기 위해서 연장된 시간 기간들이 필요할 수 있다. 오토클레이브에서 복합재 레이업을 프로세싱하고 경화시키기 위해서 요구되는 시간의 양은, 높은 부품 생산 속도들을 필요로 하는 대규모(large-scale) 생산 프로그램들을 위해서는 엄두도 못 낼 정도로 높다(prohibitive). 추가로, 오토클레이브들은 일반적으로 건설하고 작동시키기에는 고가이다. 게다가, 오토클레이브의 내부 크기는 프로세싱될 수 있는 복합재 레이업의 크기에 대해 상한(upper limit)을 제시할 수 있다. 오토클레이브들과 연관된 추가의 문제점은, 수분, 공기, 및/또는 휘발성분들의 일부가 경화 후에 복합재 레이업 내부에 남아있을 수 있다는 점이다.
이중 진공 백(double-vacuum-bag) 프로세싱은 오토클레이브에 대한 필요 없이 복합재 레이업의 통합 및 경화를 허용한다. 일부 예들에서, 이중 진공 백 시스템은 복합재 레이업 위에 적용되고 레이업 맨드릴(mandrel), 경화 툴 또는 성형 툴에 밀봉되는 내부 및 외부 진공 백들을 포함할 수 있다. 외부 슈라우드(outer shroud)는 내부 진공 백을 에워싸는(enclosing) 외부 진공 백을 성형 툴에 밀봉되는 내부 백 및 슈라우드 양자 모두로 대체(replace)하기 위해 사용될 수 있다. 이중 진공 백 조립체는 복합재 레이업을 가열하기 위한 오븐(oven)에 설치될 수 있다. 이중 진공 백 프로세싱이 복합재 레이업을 통합하고 복합재 레이업으로부터 수분, 공기 및/또는 휘발성분들을 제거하기 위해서 단지 진공 압력(vacuum pressure)만을 사용하기 때문에, 복합재 레이업 상에서의 압착 압력(compaction pressure)은 오토클레이브에서 이용 가능한 압착 압력 미만일 수 있다. 복합재 레이업을 통합하기 위한 진공 압력에 대한 의존(dependency)은, 유효한 내부 백 챔버 시일(chamber seal)이 경화된 복합재 물품의 품질을 보장하기 위해서 진공 백과 성형 툴 사이에서 요구된다는 것을 의미한다. 통합 및/또는 경화 동안, 내부 및 외부 진공 백들과 성형 툴 사이의 내부 백 챔버 시일에서의 임의의 누출은 경화 동안 복합재 레이업에 적용될 수 있는 압착 압력의 양을 감소시킬 수 있다. 추가로, 내부 백 챔버 시일에서의 누출은 경화 동안 복합재 레이업 내로 공기 및 기공(porosity)을 도입할 수 있다.
알 수 있는 바와 같이, 이중 진공 백 경화 프로세스에서 복합재 레이업의 경화 동안 내부 백 챔버 시일의 무결성(integrity) 및 유효성(effectiveness)을 보장하는 방법에 대한 당분야의 요구가 존재한다.
복합재 레이업들을 경화시키는 것과 연관된 상기 언급된 요구들은 1 단계 경화 프로세스를 사용하여 복합재 레이업을 경화시키는 방법을 제공하는 본 개시에 의해서 구체적으로 해결되고 완화된다. 이 방법은, 내부 백 챔버에 내부 백 진공 압력을 그리고 외부 진공 챔버에 외부 진공 압력을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 복합재 레이업을 덮는(covering) 진공 백은, 내부 백 챔버를 형성하도록 내부 백 챔버 시일을 사용하여 성형 툴에 밀봉될 수 있다. 내부 백 진공 압력은 외부 진공 압력 이상일 수 있다. 이 방법은 온도 유지 기간(temperature hold period)을 개시하기 위해서 복합재 레이업의 온도를 상승된 온도로 증가시키는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은, 온도 유지 기간 동안 외부 진공 챔버 통기 기간(venting period)을 개시하기 위해서 외부 진공 챔버를 대기로 통기시키는 단계; 및 외부 진공 챔버 통기 기간 동안 내부 백 챔버 시일에 압착 압력을 적용하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이 방법은, 외부 진공 챔버 통기 기간을 종료하기(terminate) 위해서 외부 진공 챔버에 외부 진공 압력을 재적용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 복합재 레이업으로부터의 수분, 공기 및/또는 휘발성분들의 진공 배기(evacuation)는 1 단계 경화 사이클 내내 계속될 수 있다.
내부 백 챔버를 형성하기 위해서 내부 백 챔버 시일을 사용하여 성형 툴에 밀봉된 진공 내부 백 챔버(vacuum inner bag chamber) 아래에 복합재 레이업을 배깅하는(bagging) 단계를 포함할 수 있는 2 단계 경화 프로세스를 사용하여 복합재 물품을 제조하는 방법이 또한 개시된다. 이 방법은, 외부 진공 챔버를 형성하기 위해서 슈라우드가 진공 백을 덮도록 성형 툴에 강성 슈라우드(rigid shroud)를 밀봉하는 단계, 및 내부 백 챔버에 내부 백 진공 압력을 그리고 외부 진공 챔버에 외부 진공 압력을 적용하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 내부 백 진공 압력은 외부 진공 압력 이상일 수 있다. 이 방법은, 중간 온도 유지 기간을 개시하기 위해서 복합재 레이업의 온도를 중간 온도로 증가시키는 단계, 및 중간 온도 유지 기간 동안 복합재 레이업으로부터 백 진공 포트(port)를 향해 수분, 공기, 및/또는 휘발성분들을 빼내는(drawing) 단계를 더 포함할 수 있다.
이 방법은, 중간 온도 유지 기간 동안 외부 진공 챔버 통기 기간을 개시하기 위해서 외부 진공 챔버를 대기로 통기시키는 단계; 및 외부 진공 챔버 통기 기간 동안 내부 백 챔버 시일에 압착 압력을 적용하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 추가로, 이 방법은, 외부 진공 챔버 통기 기간을 종료하고 그리고 중간 온도 유지 기간 동안 복합재 레이업으로부터 수분, 공기, 및/또는 휘발성분들을 제거하는 것을 계속하기 위해서 외부 진공 챔버에 외부 진공 압력을 재적용하는(re-applying) 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은, 내부 백 챔버 상에 내부 백 진공 압력을 유지하면서, 외부 진공 챔버를 대기로 재통기시키는 단계; 및 복합재 레이업을 통합하기 위해서 외부 진공 챔버를 대기로 재통기시키는 단계에 대한 응답으로 복합재 레이업에 대하여 진공 백의 압착 압력을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은, 복합재 레이업을 경화시키기 위해서 경화 온도 유지 기간을 개시하도록 복합재 레이업의 온도를 중간 온도로부터 경화 온도로 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 복합재 레이업으로부터의 수분, 공기 및/또는 휘발성분들의 진공 배기는 2 단계 경화 사이클 내내 계속될 수 있다.
추가의 실시예에서, 진공 백과 성형 툴 사이 공간으로서 규정되는 내부 백 챔버를 형성하기 위해서 내부 백 챔버 시일을 사용하여 성형 툴에 밀봉되는 진공 내부 백 챔버 아래에 복합재 레이업을 배깅하는 단계를 포함하는 복합재 물품을 제조하는 방법이 개시된다. 이 방법은, 또한 슈라우드가 진공 백을 덮고 진공 백과 슈라우드 사이 공간으로서 규정되는 외부 진공 챔버를 형성하도록 성형 툴에 강성 슈라우드를 밀봉하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 내부 백 진공 압력은 외부 진공 챔버에 적용되는 외부 진공 압력보다 더 높지 않은 수준으로 내부 백 챔버에 적용될 수 있다. 이 방법은, 중간 온도 유지 기간을 개시하기 위해서 중간 온도로 복합재 레이업을 가열하는 단계, 및 중간 온도 유지 기간 동안 백 진공 포트를 향해 복합재 레이업으로부터 수분, 공기, 및/또는 휘발성분들을 빼내는 단계를 포함할 수 있다.
이 방법은, 외부 진공 챔버 통기 기간 동안 내부 백 챔버 시일에 압착 압력을 적용하면서, 중간 온도 유지 기간 동안 외부 진공 챔버 통기 기간을 개시하기 위해서 외부 진공 챔버를 대기로 통기시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 외부 진공 챔버 통기 기간은 중간 온도 유지 기간 동안 복합재 레이업으로부터 수분, 공기, 및/또는 휘발성분들의 제거를 계속하거나 재개하기 위해서 외부 진공 챔버에 외부 진공 압력을 재적용함으로써 종료될 수 있다. 이 방법은, 내부 백 챔버 상에 내부 백 진공 압력을 유지하면서 중간 온도 유지 기간의 종료시에 외부 진공 챔버를 대기로 재통기시키는 단계; 및 복합재 레이업을 통합하기 위해서 외부 진공 챔버를 대기로 재통기시키는 단계에 대한 응답으로 복합재 레이업 상에 압착 압력을 적용하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 복합재 레이업의 온도는 경화 온도 유지 기간을 개시하기 위해서 중간 온도로부터 경화 온도로 증가될 수 있다. 이 방법은, 복합재 레이업이 경화된 복합재 물품을 형성하도록 경화될 때까지 경화 온도 유지 기간 동안 복합재 레이업 상에 압착 압력을 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 이러한 특징 및 다른 특징은, 유사한 도면부호들이 도처에서 유사한 부품들을 언급하는 도면들을 참조하여 보다 분명해질 것이다.
도 1은 복합재 레이업을 통합하고 경화시키는 이중 진공 백 시스템의 블록 선도이다.
도 2는 이중 진공 백 시스템의 일례의 측면도이다.
도 3은 1 단계 프로세스에서 복합재 레이업을 경화시키는 방법에 포함될 수 있는 하나 또는 그 초과의 동작들을 갖는 플로우차트의 예시이다.
도 4는 복합재 레이업을 경화시키는 1 단계 프로세스의 일례에서 온도, 시간 및 진공 압력의 그래프의 예시이다.
도 5는 경화된 물품 두께를 갖는 경화된 복합재 물품의 측면도이다.
도 6은 2 단계 프로세스에서 복합재 레이업을 경화시키는 방법에 포함될 수 있는 하나 또는 그 초과의 동작들을 갖는 플로우차트의 예시이다.
도 7은 복합재 레이업을 경화시키는 2 단계 프로세스의 일례에서 온도, 시간 및 진공 압력의 그래프의 예시이다.
도 8은 본원에 개시된 방법들 중 하나 또는 그 초과의 예들을 사용하여 제작될 수 있는 하나 또는 그 초과의 복합재 물품들을 포함하는 항공기의 예시이다.
도 9는 항공기 제조 및 서비스 방법론의 흐름 선도의 예시이다.
도 10은 항공기의 블록 선도의 예시이다.
이제, 도시하는 것들이 본 개시의 다양한 실시예들을 예시하기 위한 목적인 도면들을 참조하면, 본원에서 성형 툴(104)로서 집합적으로 언급되는, 성형 툴, 레이업 맨드릴 또는 경화 툴 상에 복합재 레이업(106)을 통합하고 경화하기 위해서 구현될 수 있는 바와 같은 이중 진공 백(bag) 시스템(100)의 블록 선도가 도 1에 도시된다. 이중 진공 백 시스템(100)은 섬유 보강식 고분자 매트릭스(polymer matrix) 재료(도시 생략)로 구성된 복합재 레이업(106) 상에 적용될 수 있는 비교적 가요적인 진공 백(150)을 포함할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 열전대들(thermocouples)(122)이 통합 및 경화 동안 복합재 레이업(106)의 온도를 모니터링하기 위해서 이중 진공 백 시스템(100)에 포함될(예컨대, 복합재 레이업에 장착될) 수 있다. 진공 백(150)은, 진공 백(150)과 성형 툴(forming tool)(104) 사이 공간으로서 규정될 수 있는 내부 백 챔버(166)를 형성하도록 내부 백 챔버 시일(158)을 사용하여 성형 툴(104)에 밀봉될 수 있는 백 둘레부(bag perimeter)(160)(도 2)를 포함할 수 있다. 내부 백 챔버(166)는 백 진공 포트(152)를 통해 백 진공 소스(154)에 커플링될 수 있다. 백 진공 소스(154)는 내부 백 진공 압력(156)을 내부 백 챔버(166)에 적용하도록 구성될 수 있다.
여전히 도 1을 참조하면, 이중 진공 백 시스템(100)은 진공 백(150)을 덮을 수 있는 비교적 강성의 슈라우드(rigid shroud)(180)를 추가로 포함할 수 있다. 슈라우드(180)는, 외부 진공 챔버(194)를 형성하도록 슈라우드 시일(188)을 사용하여 성형 툴(104)에 밀봉될 수 있는 슈라우드 둘레부(190)(도 2)를 포함할 수 있다. 외부 진공 챔버(194)는 진공 백(150), 성형 툴(104) 및 강성 슈라우드(180)에 의해 범위가 정해지는(bounded) 공간으로서 규정될 수 있다. 외부 진공 챔버(194)는 슈라우드 진공 포트(182)를 통해 슈라우드 진공 소스(184)에 커플링될 수 있다. 경화 사이클(cure cycle)의 시작시(예컨대, 도 4 및 도 7에서 t0), 슈라우드 진공 소스(184)는 복합재 레이업(106)으로부터 그리고 백 진공 포트(152) 밖으로 갇힌(entrapped) 수분(112), 공기(114) 및/또는 휘발성분들(116)을 빼내는(draw) 방식으로 내부 백 챔버(166)에 내부 백 진공 압력(156)을 적용함과 함께 외부 진공 압력(186)을 외부 진공 챔버(194)에 적용할 수 있다. 복합재 레이업(106)은 온도 유지 기간(220)(예컨대, 도 4에서 t1 내지 t5) 동안 상승된 온도(212)로 가열될 수 있어 복합재 레이업(106)에서 수지(도시 생략)의 점도(viscosity)를 감소시키고 감소된 점도의 수지(도시 생략)를 통해 수분(112), 공기(114) 및/또는 휘발성분들(116)의 진공 배기(evacuation)를 용이하게 한다.
하기에 더욱더 상세히 설명되는 바와 같이, 온도 유지 기간(220)(도 4) 동안, 슈라우드(180)는 복합재 레이업(106)(도 1)으로부터 수분(112)(도 1), 공기(114)(도 1) 및/또는 휘발성분들(116)(도 1)의 뽑아냄을 계속하기 위해서 외부 진공 압력(186)(예컨대, 도 4 및 도 7에서 t3)을 재적용하기(reapplying) 이전에, 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(venting period)(예컨대, 도 4 및 도 7에서 t2 내지 t3) 동안, 대기(102)로 일시적으로 통기(예컨대, 도 4 및 도 7에서 t2)될 수 있다. 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(도 4) 동안 슈라우드(180)(도 1)의 일시적 통기는, 유리하게는, 내부 백 챔버 시일(158)(도 2) 상에 압착 압력(164)(예컨대, 도 2에서 대기압)의 적용을 유발하는데, 이 압착 압력(164)은 압착 압력(164)(도 2) 하에 내부 백 챔버 시일(158)로부터 공기(114)(도 1) 및 휘발성분들(116)(도 1)의 제거를 용이하게 하며 그리고 내부 백 챔버 시일(158)의 통합을 허용한다. 내부 백 챔버 시일(158)의 통합은 내부 백 챔버 시일(158)의 무결성 및/또는 유효성을 개선할 수 있는데, 이는 슈라우드(180)가 나머지 경화 사이클 동안 복합재 레이업(106)을 통합하고 경화하도록 대기(102)로 다시 통기될 때(예컨대, 도 4 및 도 7에서 t4), 내부 백 챔버(166) 내에서 완전 진공(도시 생략)이 유지되는 것 그리고 복합재 레이업(106) 상에서 대응하는 압착 압력(164)(도 2)의 증가를 허용할 수 있다.
도 2는 본원에 개시된 이중 진공 백 경화 방법(300, 400)(도 3 및 도 6)의 예들 중 하나 또는 그 초과의 예를 사용하여 복합재 레이업(106)을 경화하기 위해서 구현될 수 있는 이중 진공 백 시스템(100)의 일례를 도시한다. 상기에 나타낸 바와 같이, 이중 진공 백 시스템(100)은 슈라우드 시일(188)을 사용하여 슈라우드 둘레부(190)를 따라 성형 툴(104)에 밀봉될 수 있는 강성 슈라우드(180)를 포함한다. 슈라우드(180)는 진공 백으로 덮인(covered) 복합재 레이업(106)을 에워싸며 진공 백(150)과 슈라우드(180) 사이에서 외부 진공 챔버(194)를 형성하는 것이 가능한 다양한 상이한 크기들, 형상들, 및 구성들 중 어느 하나로 제공될 수 있다. 슈라우드(180)는, 외부 진공 챔버(194) 상에서 빼내는 외부 진공 압력(186)의 결과로서 적어도 슈라우드(180)에 적용될 수 있는 대기압(도시 생략)을 견뎌내도록 복합재 레이업(106)의 경화 동안 충분한 스티프니스(stiffness) 및/또는 강성(rigidity)을 갖는 금속 재료 및/또는 고분자 재료(예컨대, 복합재 재료)를 포함하지만 이것으로 제한되지 않는 임의의 불투과성(impermeable) 또는 투과성이 낮은 재료 또는 재료들의 조합으로 형성될 수 있다.
여전히 도 2를 참조하면, 슈라우드 시일(188)은 슈라우드(180)와 성형 툴(104) 사이에서 실질적으로 진공 기밀 밀봉(vacuum-tight seal)을 형성하는 것이 가능한 고무, 실리콘 또는 다른 탄성중합체(elastomeric) 재료로 형성된 재사용 가능한 시일(도시 생략)일 수 있다. 일 예에서, 슈라우드 시일(188)은 성형 툴(104)에 또는 슈라우드 둘레부(190)에 접착제로 접합되고 그리고/또는 기계적으로 커플링(예컨대, 영구적으로 부착)될 수 있다. 대안으로, 슈라우드 시일(188)은 일회용(single-use) 시일(예컨대, 재사용 불가능한 시일(도시 생략))로서 제공될 수 있다. 예컨대, 슈라우드 시일(188)은 슈라우드(180)를 성형 툴(104)에 밀봉하기 위해서 슈라우드 둘레부(190) 및/또는 성형 툴(104)에 적용될 수 있는 재사용 불가능한 실란트 테이프(도시 생략) 또는 다른 재료와 같은 경화 가능한 합성 고무(도시 생략)로서 제공될 수 있다.
도 2에서, 슈라우드(180)는 적어도 하나의 슈라우드 진공 포트(182)를 포함할 수 있는데, 이 슈라우드 진공 포트(182)를 통해서, 외부 진공 압력(186)이 슈라우드 진공 소스(184)에 의해서 외부 진공 챔버(194) 상에서 빼내어질 수 있다. 슈라우드 진공 소스(184)는 외부 진공 챔버(194) 상에서 외부 진공 압력(186)을 빼내는 것이 가능한 진공 펌프(도시 생략) 또는 임의의 다른 디바이스로서 제공될 수 있다. 슈라우드 진공 게이지(gauge)(185)가, 외부 진공 챔버(194)에서의 외부 진공 압력(186)을 모니터링하기 위해 포함될 수 있다.
도시된 예에서, 슈라우드 진공 포트(182)는 또한 외부 진공 챔버(194)를 대기(102)로 통기시키는 능력을 제공할 수 있다. 예컨대, 슈라우드 진공 포트(182)는 슈라우드 밸브(valve)(도시 생략)를 포함할 수 있는데, 이 슈라우드 밸브는 외부 진공 챔버(194)를 대기(102)로 통기하도록 개방될 수 있고, 외부 진공 챔버(194) 상에서 외부 진공 압력(186)을 빼내는 것을 허용하도록 슈라우드 진공 소스(184)가 활성화될 때, 폐쇄될 수 있다. 도시되지 않은 대안의 실시예에서, 슈라우드(180)는 외부 진공 챔버(194) 상에서 외부 진공 압력(186)을 빼내기 위해 슈라우드 진공 소스(184)에 커플링되는 제 1 슈라우드 진공 포트(도시 생략) 및 외부 진공 챔버(194)를 대기(102)로 통기하기 위한 제 2 슈라우드 진공 포트(도시 생략)를 포함할 수 있다.
도 2는 복합재 레이업(106) 상에 적용되는 가요성(flexible) 진공 백(150)을 도시한다. 진공 백(150)은 복합재 레이업(106)의 형상 또는 윤곽(contour)에 순응할 수 있는 가요성 재료로 형성될 수 있다. 일 예에서, 진공 백(150)은 재사용 불가능한 나일론™ 백으로서 제공될 수 있다. 그러나, 진공 백(150)은 재사용 가능하거나 재사용 불가능할 수 있는 다양한 다른 유형들의 탄성중합체 재료(도시 생략) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 진공 백(150)은 바람직하게는 낮은 통기성(air-permeability)을 제공하거나 이를테면, 내부 백 진공 압력(156)의 적어도 하나의 대기압(예컨대, 14.7psi) 이하까지 불투과성인 재료로 형성될 수 있다. 진공 백(150)은 복합재 레이업(106)을 경화시키는 것과 연관된 프로세싱 온도들에서 이러한 낮은 통기성 또는 불투과성을 유지하도록 구성될 수 있다.
도 2에서, 진공 백(150)은 내부 백 챔버 시일(158)을 사용하여 백 둘레부(160)를 따라 성형 툴(104)에 밀봉될 수 있다. 일부 예들에서, 내부 백 챔버 시일(158)은 재사용 불가능할 수 있다. 내부 백 챔버 시일(158)은 성형 툴(104)과 진공 백(150) 사이에 적용될 수 있는 탄성중합체 재료로 형성될 수 있다. 일 예에서, 내부 백 챔버 시일(158)은 경화 가능한 고무 재료로서 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 경화 가능한 고무는 미국, 텍사스(Texas), 어빙(Irving)의 ITW Polymer Sealants로부터 상업적으로 이용 가능한 Tacky Tape™과 같은 부틸 고무 실란트(도시 생략)일 수 있다. 그러나, 내부 백 챔버 시일(158)은 성형 툴(104)을 사용하여 실질적으로 진공 기밀 시일을 형성하고 복합재 레이업(106)을 통합하고 경화하는 것과 연관된 온도들에서 이러한 진공 기밀 시일을 유지하는 것이 가능한 임의의 재료로 형성될 수 있다.
도 2에서, 이중 진공 백 시스템(100)은 백 진공 포트(152)를 포함할 수 있는데, 이 백 진공 포트(152)를 통해, 내부 백 진공 압력(156)이 백 진공 소스(154)에 의해 내부 백 챔버(166) 상에서 빼내어질 수 있다. 도시된 예들에서, 백 진공 포트(152)는 내부 백 챔버(166)를 백 진공 소스(154)에 유체 연결하기 위해 성형 툴(104)을 통해 연장할 수 있다. 그러나, 백 진공 포트(152)는 내부 백 챔버(166) 상에서 내부 백 진공 압력(156)을 빼내도록 백 진공 소스(154)에 능력을 제공하는 임의의 로케이션(location)에 장착될 수 있다. 백 진공 소스(154)는 진공 백(150) 상에서 내부 백 진공 압력(156)을 빼내는 것이 가능한 진공 펌프(도시 생략) 또는 다른 디바이스로서 제공될 수 있다. 백 진공 게이지(155)는, 내부 백 챔버(166) 내에서 내부 백 진공 압력(156)을 모니터링하기 위한 수단을 제공하도록 내부 백 챔버(166)(예컨대, 백 진공 포트(152)를 통해)에 유체 연결될 수 있다.
여전히 도 2를 참조하면, 복합재 레이업(106)은 성형 툴(104) 상에 레이업될 수 있는 섬유 보강식 고분자 매트릭스 재료 중 하나 또는 그 초과의 복합재 플라이들(composite plies)(110)로 형성될 수 있다. 일 예에서, 복합재 플라이들(110)은 에폭시 수지(도시 생략)와 같은 수지(도시 생략)가 예비함침된(pre-impregnated) 탄소 섬유들(도시 생략)과 같은 보강 섬유들(도시 생략)로 구성되는 프리프레그 플라이들(prepreg plies)(도시 생략)일 수 있다. 그러나, 본원에서 개시된 방법은, 다양한 상이한 섬유 보강식 고분자 매트릭스 재료 시스템들 중 어느 하나로 형성된 복합재 레이업(106)을 통합하고 경화하기 위해서 구현될 수 있으며, 탄소-에폭시 프리프레그 플라이들로 형성된 복합재 레이업(106)을 경화시키는 것으로 제한되지 않는다. 예컨대, 복합재 레이업(106)은 건식(dry) 패브릭 프리폼(도시 생략)과 같은 건식 섬유 재료(도시 생략)로 구성될 수 있으며, 이 건식 패브릭 프리폼은 성형 툴(104) 상에 레이업될 수 있고, 본원에서 개시된 방법들 중 하나 또는 그 초과의 방법을 사용하여 복합재 레이업(106)을 통합하고 그리고/또는 경화시키기 이전에 습식(wet) 레이업 프로세스(도시 생략) 또는 다른 수지 인퓨전(infusion) 프로세스(도시 생략)에서와 같은 수지가 인퓨징(infused)될 수 있다. 이중 진공 백 시스템(100)은 복합재 레이업(106)의 통합 및/또는 경화를 용이하게 하기 위해서 진공 백(150)과 복합재 레이업(106) 사이에서 위치되는 하나 또는 그 초과의 부가적인 재료 층들을 포함할 수 있다. 예컨대, 브리더(breather) 층(도시 생략), 블리더(bleeder) 층(도시 생략), 릴리즈 필름(release film)(도시 생략), 하나 또는 그 초과의 필 플라이(peel ply) 층들(도시 생략), 카울 플레이트(caul plate)(도시 생략) 및/또는 다른 재료들(도시 생략)이 복합재 레이업(106)의 통합 및 경화를 용이하게 하도록 복합재 레이업(106)에 포함될 수 있거나 복합재 레이업(106) 상에 적용될 수 있다.
도 2에서, 이중 진공 백 시스템(100)은 상이한 로케이션들에서 복합재 레이업(106)의 온도를 모니터링하기 위한 하나 또는 그 초과의 온도 감지 디바이스들(도시 생략) 또는 다른 수단을 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 이러한 온도 감지 디바이스들은 본원에서 개시된 방법들 동안 복합재 레이업(106)의 온도를 측정하기 위해서 복합재 레이업(106) 상의 상이한 로케이션들에 장착될 수 있는 열전대들(thermocouples)(122)로서 제공될 수 있다. 도시되지 않았지만, 복합재 레이업(106) 이외의 이중 진공 백 시스템(100)의 컴포넌트들(도시 생략)은 하나 또는 그 초과의 열전대들(122)을 포함할 수 있다. 예컨대, 이중 진공 백 시스템(100)은 내부 백 챔버(166) 내의 공기(도시 생략)의 온도를 측정하기 위한 열전대들(도시 생략)을 포함할 수 있고, 그리고/또는 열전대들(도시 생략)은 이중 진공 백 시스템(100)을 만드는 이러한 다른 컴포넌트들의 온도를 모니터링하는 수단을 제공하기 위해서 이중 진공 백 시스템(100) 내에서 다른 로케이션들에 제공될 수 있다. 본 개시가 복합재 레이업(106) 상에 설치되는 열전대들(122)을 예시하고 있지만, 다른 수단(도시 생략)이 이중 진공 백 시스템(100)의 다른 컴포넌트들 및/또는 복합재 레이업(106)의 온도를 모니터링하기 위해 구현될 수 있다.
본원에 개시된 방법들(300, 400)(도 4 및 도 7)의 양태에서, 열전대들(122)은 경화 사이클 동안 일시적인 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(예컨대, 도 4 및 도 7에서 t1 내지 t2)를 개시하는 지점을 결정하기 위한 수단을 제공할 수 있다. 하기에 설명된 일 예에서, 복합재 레이업(106)의 실질적으로 모든 로케이션들이 복합재 레이업(106)의 상승된 온도(212)(도 4)의 미리 정해진 범위 이내(예컨대, 10℉ 이내)에 있는다면, 이러한 외부 진공 챔버 통기 기간(226)이 개시될 수 있다. 외부 진공 챔버 통기 기간(226) 동안, 외부 진공 챔버(194)는 내부 백 챔버 시일(158)을 통합하도록 압착 압력(164)(예컨대, 대기압)이 내부 백 챔버 시일(158)에 적용되는 것을 유발하게 대기(102)로 일시적으로 통기될 수 있다. 하기에 설명되는 바와 같이, 외부 진공 챔버 통기 기간((226) 동안 내부 백 챔버 시일(158)의 통합은, 나머지 경화 사이클 동안 진공 백(150)과 성형 툴(104) 사이에서 진공 타입 시일(vacuum-type seal)을 유지할 때 내부 백 챔버 시일(158)의 유효성을 개선할 수 있다.
도 2에 도시되지 않았지만, 이중 진공 백 시스템(100)은 복합재 레이업(106)을 상승된 온도(212)(도 4 및 도 7)로 가열하기 위한 열원(heat source)(도시 생략)을 포함할 수 있다. 상승된 온도(212)는 복합재 레이업(106)으로부터 수분(112), 공기(114), 및/또는 휘발성분들(116)이 진공 배기(evacuated)될 수 있는 온도일 수 있고 그리고/또는 상승된 온도(212)(도 4 및 도 7)는 복합재 레이업(106)에서 수지(도시 생략)를 경화시키는 온도일 수 있다. 일 예에서, 이중 진공 백 시스템(100)은 주위 온도(ambient temperature)(210)(도 4 및 도 7)로부터 중간 온도(214)(도 7) 및/또는 경화 온도(216)(도 7)와 같은 상승된 온도(212)(도 4 및 도 7)로 복합재 레이업(106)을 가열하기 위해 오븐(도시 생략)에 설치될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 복합재 레이업(106)은 성형 툴(104)을 가열하기 위해서 발열체들(heating elements)(도시 생략)과 같은 국부적 가열 디바이스(도시 생략)를 사용하여 가열될 수 있거나, 복합재 레이업(106)은 복사 가열(radiation heating)(도시 생략), 강제식 열기(forced-hot-air) 가열(도시 생략), 또는 다른 다양한 가열 시스템들 또는 디바이스들(도시 생략) 중 임의의 어느 하나에 의해 가열될 수 있다.
도 3은 1 단계 프로세스(302)에서 복합재 레이업(106)을 경화시키는 방법(300)에 포함될 수 있는 하나 또는 그 초과의 동작들을 갖는 플로우차트의 예시이다. 상기에서 언급되고 하기에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 본원에서 개시된 이중 진공 백 프로세스는, 적어도 하나의 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(venting period)(예컨대, 도 4 및 도 7에서 t2 내지 t3)을 포함할 수 있고, 이 외부 진공 챔버 통기 기간 동안, 슈라우드(180)(도 1)는 외부 진공 압력(186)을 재적용하기(reapplying)(예컨대, 도 4 및 도 7에서 t3) 이전에 대기(102)(도 1)로 일시적으로 통기될 수 있어, 복합재 레이업(106)(도 1)으로부터 수분(112)(도 1), 공기(114)(도 1) 및/또는 휘발성분들(116)(도 1)을 계속해서 뽑아낸다. 외부 진공 챔버 통기 기간(226) 동안, 압착 압력(164)(예컨대, 도 2에서 대기압)이 내부 백 챔버 시일(158)(도 1)에 적용될 수 있어, 내부 백 챔버 시일(158)로부터 공기(114)(도 1) 및 휘발성분들(116)(도 1)의 제거를 용이하게 하며 내부 백 챔버 시일(158)의 통합을 허용하는데, 이 통합은 진공 백(150)과 성형 툴(104)(도 1) 사이에서 실질적으로 진공 기밀 시일을 형성하고 그리고/또는 유지할 때 내부 백 챔버 시일(158)의 유효성을 개선할 수 있다.
내부 백 챔버 시일(158)(도 1)의 유효성의 개선은, 경화 동안 복합재 레이업(106)(도 1)으로 도입될 수 있는 공기의 양을 감소시킬 수 있고, 슈라우드(180)(도 1)가 대기(102)(도 1)로 다시 통기되고(예컨대, 도 4 및 도 7에서 t4) 그리고 내부 백 진공 압력(156)(도 1)이 내부 백 챔버(166)(도 1) 상에 유지될 때, 복합재 레이업(106)(도 1) 상에 압착 압력(164)의 증가(예컨대, 완전 대기압)를 허용할 수 있다. 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(예컨대, 도 4 및 도 7에서 t2 내지 t3) 동안 내부 백 챔버 시일(158)의 통합의 결과로서 복합재 레이업(106)(도 2) 상에 압착 압력(164)(도 2)의 증가는, 경화 사이클 동안 복합재 레이업(106)으로부터 진공 배기될 수 있는 수분(112), 공기(114), 및/또는 휘발성분들(116)의 양의 증가를 유발할 수 있다. 내부 백 챔버 시일(158)에서의 공기 누출들의 감소 그리고 복합재 레이업(106)으로부터 수분(112), 공기(114) 및/또는 휘발성분들(116)의 진공 배기의 증가는 특정 강도 및/또는 특정 스티프니스의 증가와 같은 경화된 복합재 물품(118)의 기계적 특징들의 대응하는 개선과 함께, 경화된 복합재 물품(118)(도 5)에서 공동들(void)의 감소 또는 제거를 유발할 수 있다.
도 3의 방법(300)의 일 예는, 이제 복합재 레이업(106)(도 1)의 경화의 1 단계 프로세스(302) 동안 온도(200), 시간(202) 그리고 진공 압력(204) 사이의 관계를 예시하는 도 4와 관련하여 설명된다. 방법(300)은, 성형 툴(104) 상에 복합재 레이업(106)을 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 예컨대, 방법(300)은 본원에서 개시된 방법을 사용하여 복합재 레이업(106)을 통합하고 경화하기 이전에 성형 툴(104) 상에 하나 또는 그 초과의 프리프레그 복합재 플라이들(110)을 레이업하는 단계를 포함할 수 있다. 대안으로, 방법(300)은 복합재 레이업(106)을 형성하기 위해 하나 또는 그 초과의 건식 섬유 플라이들(도시 생략)을 레이업 하는 단계, 이후(followed by) 본원에서 개시된 방법을 사용하여 통합하고 경화하기 이전에 수지를 복합재 레이업(106)에 인퓨징하는(infusing) 단계를 포함할 수 있다.
도 3의 방법(300)의 단계(302)는, 진공 백(150)(도 1) 아래에 복합재 레이업(106)(도 1)을 배깅하는(bagging) 단계를 포함할 수 있다. 상기에 나타낸 바와 같이, 복합재 레이업(106)을 배깅하는 단계는, 복합재 레이업(106) 상에 브리더 층(도시 생략), 분리막(separator film)(도시 생략), 카울 플레이트(caul plate)(도시 생략)와 같은 추가의 층들을 적용하는 것을 포함할 수 있다. 진공 백(150)은 진공 백(150)의 백 둘레부(160)(도 2)를 따라 로케이팅될 수 있는 내부 백 챔버 시일(158)(도 1)을 사용하여 성형 툴(104)에 밀봉될 수 있다. 진공 백(150)은, 진공 백(150)과 성형 툴(104) 사이 공간으로서 규정될 수 있으며 복합재 레이업(106)(도 1) 및 다른 층들을 포함할 수 있는 내부 백 챔버(166)(도 1)를 형성할 수 있다. 진공 백(150)은 재사용 불가능할 수 있거나 일회용 백(예컨대, 나일론™ 백)일 수 있으며 또는 진공 백(150)은 상기 나타낸 바와 같이 재사용 가능할 수 있다. 내부 백 챔버 시일(158)(도 1)은, 시간에 따라(over time) 그리고/또는 상승된 온도(212)(도 4 및 도 7)로 경화되는 미경화(uncured) 실란트 조성물로서 처음에(initially) 제공될 수 있다. 일 예에서, 미경화 실란트는 상기 언급된 바와 같이 Tacky Tape™로서 상업적으로 이용 가능한, 부틸 고무 실란트(butyl rubber sealant)일 수 있다.
도 3의 방법(300)의 단계(304)는, 슈라우드 시일(188)(도 1)을 사용하여 성형 툴(104)(도 1)에 슈라우드(180)(도 1)를 밀봉하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 나타낸 바와 같이, 슈라우드(180)는, 복합재 레이업(106)(도 1)의 통합 및 경화 동안 대기압을 견딜 수 있는 재료로 형성될 수 있다. 슈라우드 시일(188)은 슈라우드 둘레부(190)(도 2)에 그리고/또는 성형 툴(104)(도 2)에 제거 가능하게(removably) 또는 고정식으로(fixedly) 고착될(secured) 수 있는 탄성중합체 재료로서 제공될 수 있다. 일 예에서, 슈라우드 시일(188)은 슈라우드 둘레부(190)에 부착될 수 있고 성형 툴(104)에 접착식으로 접합될 수 있는 재사용 가능한 시일(도시 생략)일 수 있다. 슈라우드(180)는, 슈라우드(180)가 성형 툴(104)에 밀봉될 때, 슈라우드 둘레부(190)가 진공 백(150)의 백 둘레부(160)의 외부에 로케이팅되도록 구성되고 크기가 정해질 수 있다. 슈라우드(180)는, 진공 백(150)과 슈라우드(180) 사이 공간으로서 규정되는 외부 진공 챔버(194)(도 2)를 형성하도록 진공 백(150)을 덮을 수 있다.
도 3의 방법(300)의 단계(306)는, 도 4의 시간(t0)에서 도시된 바와 같이, 내부 백 챔버(166)(도 1)에 내부 백 진공 압력(156)(도 4)을 그리고 외부 진공 챔버(194)(도 1)에 외부 진공 압력(186)(도 4)을 적용하는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 외부 진공 압력(186)은 파선(dashed line)으로서 도시되며, 내부 백 진공 압력(156)은 실선으로서 도시된다. 외부 진공 압력(186)(도 4)은, 슈라우드 진공 포트(182)(도 1)를 통해 내부 백 챔버(166)(도 1) 상에 외부 진공 압력(186)을 적용하기 위해서 슈라우드 진공 소스(184)(도 1)를 활성화시킴으로써 적용될 수 있다. 마찬가지로, 내부 백 진공 압력(156)(도 4)은, 백 진공 소스(154)(도 1)를 활성화시키고 그리고 백 진공 포트(152)(도 1)를 통해서 내부 백 챔버(166)(도 1) 상에 내부 백 진공 압력(156)(도 4)을 적용함으로써 적용될 수 있다.
내부 백 진공 압력(156)(도 4) 및 외부 진공 압력(186)(도 4)을 적용시키는 단계는, 외부 진공 챔버(194)(도 1)에 적용된 외부 진공 압력(186) 이상(no less than)인 수준으로 내부 백 챔버(166)(도 1) 상에 내부 백 진공 압력(156)을 적용하는 것을 포함할 수 있다. 외부 진공 압력(186) 이상인 수준으로 내부 백 진공 압력(156)을 적용하는 단계는, 외부 진공 챔버의 진공 압력이 복합재 레이업(106)(도 1)으로부터 진공 백(150)을 끌어당기는 것을 회피할 수 있고 그리고/또는 내부 백 챔버 시일(158)의 무결성을 손상시키는 것을 회피할 수 있다. 일부 예들에서, 내부 백 진공 압력(156) 및 외부 진공 압력(186)을 적용하는 단계는, 복합재 레이업(106) 상에 임의의 압착 압력(164)(도 2)을 두는 것을 회피(그렇지 않다면, 복합재 레이업(106) 밖으로 수분(112), 공기(114), 및/또는 휘발성분들(116)의 진공 배기를 제한할 수 있음)하기 위해서 외부 진공 압력(186)과 같은 수준으로 내부 백 진공 압력(156)을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 예들에서, 내부 백 챔버(166)에 적용되는 내부 백 진공 압력(156)은 외부 진공 챔버(194)에 적용되는 외부 진공 압력(186)보다 2 in.Hg 미만만큼 더 높을 수 있어, 복합재 레이업(106) 상에 약간의 압착 압력(164)(도 2)의 양을 제공하여 복합재 레이업(106)(도 1)으로부터 수분(112), 공기(114) 및/또는 휘발성분들(116)의 탈기(outgassing) 동안 성형 툴(104)에 대한 복합재 레이업(106) 및/또는 내부 백 챔버 시일(158)의 이동을 방지한다. 일 예에서, 내부 백 진공 압력(156)은 외부 진공 압력(186)보다 0.5 내지 1.5 in.Hg(예컨대, 도 4의 압력 차이(pressure differential)(192)) 더 높을 수 있다.
도 3의 방법(300)의 단계(308)는, 복합재 레이업(106)(도 1)의 온도(200)(도 4)를 상승된 온도(212)(도 4)로 증가시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 나타낸 바와 같이, 복합재 레이업(106)의 온도는 오븐(oven), 저항 가열체들(resistance heating elements) 또는 다른 가열 디바이스들을 포함하지만 이것으로 제한되지 않는 다양한 상이한 가열 수단 중 어느 하나를 사용하여 복합재 레이업(106)을 가열함으로써 증가될 수 있다. 도 4는 제 1 온도 램프(206)(도 4) 동안 대기 온도(210)(예컨대, 68 내지 72℉인 상온)로부터 복합재 레이업(106)의 재료 시스템 상에 적어도 부분적으로 결정될 수 있는 상승된 온도(212)로 복합재 레이업(106)의 온도 증가를 예시한다. 예컨대, 에폭시 수지에 대해 상승된 온도(212)(도 4)는 대략 150 내지 170℉의 범위일 수 있다. 복합재 레이업(106)(도 1)의 가열은, 각각의 내부 백 챔버(166)(도 1)와 외부 진공 챔버(194)(도 1) 상에 내부 백 진공 압력(156)(도 4)과 외부 진공 압력(186)(도 4)의 적용과 동시에 또는 적용 이후에(예컨대, 수분 이내) 개시될 수 있다.
상승된 온도(212)(도 4)로의 복합재 레이업(106)(도 1)의 가열은 도 4에서 t0 내지 t1으로 실질적으로 일정한 속도로(rate) 계속해서 수행될 수 있다. 복합재 레이업(106)(도 1)의 재료 시스템에 따라, 주위 온도(210)(도 4)로부터 상승된 온도(212)(도 4)까지의 복합재 레이업(106)의 온도 램프(206)(도 4)를 수행하는데 요구되는 시간량(예컨대, 도 4에서 t0 내지 t1)은 대략 30 내지 90 분의 범위에 있을 수 있다. 도 3의 방법(300)은, 도 4에 도시된 바와 같이 온도 유지 기간(220) 동안 복합재 레이업(106)(도 1)을 상승된 온도(212)(도 4)로 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 상승된 온도(212)로의 복합재 레이업(106)의 가열은, 수지의 경화를 촉진시키기 위해서 수지(도시 생략)의 교차결합 중합반응(cross-linking polymerization)을 개시할 수 있고 그리고/또는 용이하게 할 수 있다.
도 3의 방법(300)의 단계(310)는, 상승된 온도(212)(도 4)로 복합재 레이업(106)을 유지하고 내부 백 챔버(166)(도 1) 상에 내부 백 진공 압력(156)(도 4)을 그리고 외부 진공 챔버(194)(도 1) 상에 외부 진공 압력(186)(도 4)을 유지하면서, 복합재 레이업(106)(도 1)으로부터 백 진공 포트(152)(도 1)를 향해 수분(112)(도 1), 공기(114)(도 1), 그리고/또는 휘발성분들(116)(도 1)을 빼내는 단계를 포함할 수 있다. 복합재 레이업(106)의 상승된 온도(212)는, 내부 백 진공 압력(156)(도 4)과 외부 진공 압력(186)(도 4) 사이에서 최소 압력 차이(192)(도 4)로 인해 복합재 레이업(106) 상에 무시해도 좋은(negligible)(예컨대, 1 psi 미만) 또는 실재하지 않는 순(net) 압착 압력(164)(도 2)으로 인해 저항이 적거나 저항 없이 복합재 레이업(106) 내에 있는 수분(112)(도 1), 공기(114)(도 1) 및 휘발성분들(116)(도 1)이 감소된 점도의 수지(도시 생략)를 통해 팽창 및 진공 배기 가능할 수 있다. 복합재 레이업(106)(도 1)의 재료 시스템에 따라, 온도 유지 기간(220)의 지속기간(duration)(예컨대, 도 4에서 t1 내지 t4)은 대략 30 분 내지 2 시간 또는 그 초과의 범위일 수 있다. 상승된 온도(212)(도 4)로 복합재 레이업(106)을 유지함으로써, 수지(도시 생략)는 비교적 낮은 점도 수준으로 유지될 수 있는데, 이는 백 진공 소스(154)(도 1)에 의해 적용된 내부 백 진공 압력(156)(도 1) 하에서 복합재 레이업(106)(도 1)의 내부(도시 생략)로부터 그리고 백 진공 포트(152)(도 1) 밖으로 수분(112), 공기(114), 및/또는 휘발성분들(116)의 진공 배기를 용이하게 할 수 있다.
도 3의 방법(300)의 단계(312)는 도 4의 t2에서 시작하여 외부 진공 챔버 통기 기간(226)을 개시하도록 외부 진공 챔버(180)(도 1)를 대기(102)(도 1)로 통기시키는 단계를 포함할 수 있다. 도 4가 단일 외부 진공 챔버 통기 기간(226)을 예시하고 있지만, 방법들(300, 400)(도 3 및 도 6)은 내부 백 챔버 시일(158)의 유효성을 개선하기 위해서 내부 백 챔버 시일(158)을 탈기하기 위한 임의의 수의(any number of) 외부 진공 챔버 통기 주기들(226)을 포함할 수 있다. 슈라우드(180)는, 슈라우드 진공 포트(182)(도 1)를 개방함으로써 대기(102)로 통기될 수 있다. 슈라우드 진공 소스(184)(도 1, 예컨대, 진공 펌프)는 또한, 외부 진공 챔버(194)(도 1)로의 외부 진공 압력(186)(도 4)의 적용을 중단하기 위해서 비활성화될 수 있다. 외부 진공 챔버 통기 기간(226)은, 복합재 레이업(106)(도 1)이 상승된 온도(212)(도 1)에 도달하는 경우보다 이르지 않은(no earlier than) 지점에서 개시될 수 있다. 실시예에서, 복합재 레이업(106)의 온도는 복합재 레이업(106) 상의 상이한 로케이션들에 장착되는 복수 개의 파트 열전대들(122)을 사용하여 상이한 로케이션들에서 감지될 수 있다. 복합재 레이업(106) 상의 모든 파트 열전대들(122)이 실질적으로 상승된 온도(212)에 도달한다면, 슈라우드(180)는 내부 백 챔버(166)(도 1) 상에 내부 백 진공 압력(156)(도 4)을 유지하면서 대기(102)(도 1)로 통기될 수 있다. 예컨대, 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(도 4에서 t1 내지 t2)은 복합재 레이업(106)의 모든 로케이션들이 상승된 온도(212)의 10℉ 이내에 있는 경우보다 이르지 않게(no earlier than) 개시될 수 있다.
도 3의 방법(300)의 단계(314)는, 대기(102)(도 1)로의 외부 진공 챔버(194)(도 1)의 통기의 결과로서 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(예컨대, 도 4의 t2 내지 t3) 동안 내부 백 챔버 시일(158)(도 1) 및 복합재 레이업(106)(도 1)으에 압착 압력(164)(도 2, 예컨대, 대기압)을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 압착 압력(164)(도 2)의 적용은 미경화 내부 백 챔버 시일(158)로부터의 공기(114)(도 1) 및 휘발성분들(116)(도 1)의 뽑아냄(drawing) 및/또는 강제배출(forcing), 그리고 내부 백 챔버 시일(158)의 밀봉 성능을 개선할 수 있는 내부 백 챔버 시일(158)의 통합을 유발할 수 있다. 이러한 공기(114) 및/또는 휘발성분들(116)은 내부 백 챔버 시일(158) 내에서 미리 존재할 수 있으며 그리고/또는 공기(114) 및/또는 휘발성분들(116)은, 외부 진공 챔버(194)(도 1)로의 외부 진공 압력(186)(도 4)의 적용의 결과로서 그리고/또는 복합재 레이업(106)의 가열 동안 미경화 내부 백 챔버 시일(158)의 가열의 결과로서 내부 백 챔버 시일(158)에 의해서 생성될 수 있고, 내부 백 챔버 시일(158) 내에서 팽창될 수 있거나 내부 백 챔버 시일(158)에 의해 발생될 수 있다. 내부 백 챔버 시일(158)로부터의 공기(114) 및 휘발성분들(116)은 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(도 4) 동안 백 진공 포트(152)(도 1) 및/또는 슈라우드 진공 포트(182)(도 1)를 향해서 빼내어질 수 있고, 그리고 대기(102)(도 1)로 방출될(discharged) 수 있다.
도 3의 방법(300)은, 내부 백 챔버 시일(158)로부터 공기(114)(도 1) 및 휘발성분들(116)(도 1)의 탈기를 용이하게 하고 내부 백 챔버 시일(158)의 탈기에 의해서 가능할 수 있는 내부 백 챔버 시일(158)(도 1)의 통합을 용이하게 하기 위해 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(도 4) 동안 대략 상승된 온도(212)(도 4, 예컨대, 10℉ 이내)로 복합재 레이업(106)(도 1)을 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(도 4)의 지속기간은, 복합재 레이업(106)의 이중 진공 백 경화 프로세스를 개시하기 이전에 경험적으로 (예컨대, 실험실에서) 결정될 수 있고 그리고 내부 백 챔버 시일(158)의 조성물 및/또는 복합재 레이업(106)의 재료 시스템에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 외부 진공 챔버 통기 기간(226)은, 내부 백 챔버 시일(158)(도 1)로부터 공기(114)(도 1) 및 휘발성분들(116)(도 1)의 대부분을 탈기시키는 것을 허용할 정도로 충분히 길 수 있고 그리고 복합재 레이업(106)(도 1)의 최종 경화 이전에 복합재 레이업(106)(도 1)의 과잉 통합(over-consolidation)을 방지할 정도로 충분히 짧을 수 있다. 예컨대, 방법은, 내부 백 챔버 시일(158)로부터의 공기(114) 및/또는 휘발성분들(116)의 탈기 속도가 내부 백 챔버 시일(158)의 최대 탈기 속도의 50% 미만인 수준으로 감소될 때까지, 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(도 4)을 계속하는 단계를 포함할 수 있다. 내부 백 챔버 시일(158)의 이러한 최대 탈기 속도는, 본원에 개시된 방법(300)의 이중 진공 백 프로세스를 개시하기 이전에 실험실 설정에서 경험적으로 결정될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 외부 진공 챔버 통기 기간(226)은, 복합재 레이업(106)의 원래의 레이업 두께(108)(도 2)(예컨대, 도 4에서 t0 이전)가 경화된 복합재 물품(118)(도 5)의 물품 두께(120)(도 5)로 나타내는 바와 같이 경화된 복합재 물품(118)의 전체 통합량의 20 % 이하(no more than)의 수준으로 감소(예컨대, 통합)되는 것과 같은 지속기간일 수 있다. 경화된 복합재 물품(118)의 전체 통합량은, 동일한 재료 시스템(예컨대, 동일한 수지 조성물 및 섬유 조성물)으로 형성된 하나 또는 그 초과의 복합재 레이업 시편들(specimens)(도시 생략)을 테스트하고, 복합재 레이업(106)과 동일한 플라이 적층 순서(ply stacking sequence)(도시 생략)를 가지며, 이러한 레이업 시편들이 복합재 레이업(106) 경화에 사용되는 것과 동일한 압력들과 온도들을 받게함으로써 경험적으로 결정될 수 있다.
또다른 예들에서, 내부 백 챔버 시일(158)(도 1)은 적어도, 내부 백 챔버 시일(158)이 외부 진공 압력(186)(도 1)에 노출될 때, 그리고/또는 내부 백 챔버 시일(158)이 이를테면 상승된 온도(212)(도 4)까지 가열될 때, 포밍하는(foams)(도시 생략) 조성물(도시 생략)로 형성될 수 있다. 내부 백 챔버 시일(158)의 포밍(foaming)(도시 생략)은 내부 백 챔버 시일(158)에서 공기(114)(도 1) 및/또는 휘발성분들(116)(도 1)의 팽창 그리고 내부 백 챔버 시일(158)로부터 이러한 공기(114) 및/또는 휘발성분들(116)의 릴리즈(release) 또는 이미턴스(emittance)를 나타낼 수 있다. 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(도 4)은, 내부 백 챔버 시일(158)이 통합됨에 따라 내부 백 챔버 시일(158)로부터의 공기(114) 및 휘발성분들(114)의 제거를 허용하는 지속기간일 수 있으며, 내부 백 챔버 시일(158)이 포밍을 중단할 때까지 또는 적어도, 내부 백 챔버 시일(158)의 포밍이 내부 백 챔버 시일(158)의 포밍의 최대량의 50 % 미만의 수준으로 감소될 때까지 계속될 수 있다. 내부 백 챔버 시일(158)의 최대 포밍은, 미리 결정(예컨대, 실험실에서)될 수 있으며 복합재 레이업(106)의 통합 및 경화 동안 내부 백 챔버 시일(158)이 노출될 수 있는 상승된 온도(들)(212) 및/또는 진공 압력들에서 내부 백 챔버 시일(158)로부터 공기(114) 및/또는 휘발성분들(116)의 최대 볼류메트릭(volumetric) 탈기 속도(도시 생략)로서 나타내어질 수 있다. 내부 백 챔버 시일(158)의 볼류메트릭 탈기 속도는, 내부 백 챔버 시일(158)에 의해서 단위 시간당(예컨대, 분당) 방출되는 공기(114) 및/또는 휘발성분들(116)의 볼륨으로서 설명될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 외부 진공 챔버 통기 기간(226)은, 내부 백 챔버 시일(158)이 내부 백 챔버 시일(158)의 시각적 관찰에 의해 그리고/또는 하나 또는 그 초과의 탈기 속도 센서들(도시 생략)을 사용하여 내부 백 챔버 시일(158)의 탈기 속도를 측정함으로써 결정될 수 있기 때문에 포밍을 중단할 때까지 계속될 수 있다.
일부 예들에서, 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(예컨대, 도 4에서 t2 내지 t3)은 지속기간이 10 분 미만일 수 있다. 예컨대, 1 내지 5 분의 지속기간의 외부 진공 챔버 통기 기간(226)은, 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(도 4) 동안 공기(114) 및/또는 휘발성분들(116)의 탈기 중에 압착 압력(164)(도 2)의 적용으로 인한, 내부 백 챔버 시일(158)(도 1)로부터의 공기(114)(도 1) 및/또는 휘발성분들(116)(도 1)의 진공 배기 그리고 내부 백 챔버 시일(158)의 동시 통합을 허용할 수 있다. 상기 나타낸 바와 같이, 외부 진공 챔버 통기 기간(226)의 지속기간은, 내부 백 챔버 시일(158)로부터 공기(114) 및/또는 휘발성분들(116)을 진공 배기하기에 충분한 시간을 허용하는 것과 복합재 레이업(106)(도 1)의 과잉 통합을 방지하기 위해 외부 진공 챔버 통기 기간(226)의 지속기간을 제한하는 것 사이에 균형을 제공하도록 선택될 수 있다. 외부 진공 챔버 통기 기간(226) 동안 복합재 레이업(106)의 과잉 통합은, 외부 진공 챔버 통기 기간(226)의 종료 이후 그리고 나머지 복합재 레이업(106) 경화 프로세스 동안 복합재 레이업(106)으로부터 수분(112), 공기(114) 및/또는 휘발성분들(116)을 진공 배기시키는 능력을 감소시킬 수 있다.
도 3의 방법(300)의 단계(316)는, 대기(102)(도 1)로의 외부 진공 챔버(194)(도 1)의 통기를 중단시킴으로써 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(예컨대, 도 4에서 t3)을 종료하는 단계, 및 온도 유지 기간(220)(도 4) 동안 복합재 레이업(106)(도 1)으로부터 수분(112)(도 1), 공기(114)(도 1), 및/또는 휘발성분들(116)(도 1)의 제거를 계속하기 위해서 외부 진공 챔버(194)에 외부 진공 압력(186)(도 4)을 재적용하는 단계를 포함할 수 있다. 외부 진공 압력(186)은 외부 진공 챔버 통기 기간(226) 이전에 실질적으로 동일한 수준으로 복귀될 수 있다. 내부 백 챔버(166)는, 외부 진공 챔버 통기 기간(226) 이전에 그리고/또는 외부 진공 챔버 통기 기간(226) 동안 진공 압력과 실질적으로 동일한 내부 백 진공 압력(156)으로 유지될 수 있다. 이와 관련하여, 내부 백 챔버(166)에 적용되는 내부 백 진공 압력(156)은 외부 진공 압력(186) 이상(no less than)일 수 있다. 예컨대, 상기 나타낸 바와 같이, 내부 백 진공 압력(156)(도 4)은 외부 진공 압력(186)(도 4)보다 0.5 내지 1.5 in.Hg(예컨대, 도 4의 압력 차이(pressure differential)(192)) 더 높아, 복합재 레이업(106)(도 1) 상에 압착 압력(164)(도 2)을 최소화하며, 이에 의해 복합재 레이업(106)으로부터 수분(112), 공기(114), 및/또는 휘발성분들(116)의 진공 배기(evacuation) 또는 탈기(outgassing)를 촉진시킬 수 있다. 복합재 레이업(106)의 재료 시스템 및 기하학(예컨대, 레이업 두께(108)―도시 생략)에 따라, 외부 진공 압력(186) 및 내부 백 진공 압력(156)이 수분(112), 공기(114), 및/또는 휘발성분들(116)의 진공 배기를 허용하기 위해서 미리 정해진 시간 기간 동안 유지될 수 있다. 일 예에서, 외부 진공 압력(186) 및 내부 백 진공 압력(156)은, 도 4에서 t0 내지 t4의 시간 기간 동안 복합재 레이업(106)의 탈기를 허용하기 위해서 30 내지 180 분 동안 유지될 수 있다.
도 3의 방법(300)의 단계(318)는 온도 유지 기간(220)(도 4) 동안 대기(102)로의 외부 진공 챔버(194)의 재통기 단계(re-venting)(예컨대, 도 4에서 t4)를 포함할 수 있다. 외부 진공 챔버(194)(도 1)는 외부 진공 챔버(194)(도 1) 상에 외부 진공 압력(186)(도 4)의 적용을 중단하기 위해서 슈라우드 진공 포트(182)(도 1)를 개방하고 그리고 슈라우드 진공 소스(184)(도 1)를 비활성화함으로써 대기(102)(도 1)로 통기될 수 있다. 내부 백 진공 압력(156)(도 4)은 내부 백 챔버(166)(도 1) 상에 유지될 수 있다. 도 4의 1 단계 경화 사이클에서, 복합재 레이업(106)(도 1)은 외부 진공 챔버(194)를 대기(102)로 재통기할 때 상승된 온도(212)(도 4)로 유지될 수 있다. 복합재 레이업(106)은 외부 진공 챔버 통기 기간(226) 이전과 동일하게 상승된 온도(212)로 유지될 수 있다. 일부 예들에서, 도 4에서 상승된 온도(212)는 복합재 레이업(106)의 경화 온도(216)일 수 있다.
방법(300)의 단계(320)는, 대기(102)(도 1)로의 외부 진공 챔버(194)(도 1)의 재통기에 대한 응답으로 복합재 레이업(106)(도 1)에 대하여(against) 진공 백(150)(도 1)의 압착 압력(164)(도 2, 예컨대, 대기압)을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 유리하게는, 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(예컨대, 도 4에서 t2 내지 t3) 동안 내부 백 챔버 시일(158)(도 1)의 상기 설명된 탈기 및 통합은 내부 백 챔버(166)의 진공 무결성(vacuum integrity)의 유지시에 내부 백 챔버 시일(158)의 유효성을 개선할 수 있고, 그리고 경화 동안 복합재 레이업(106)(도 1)으로 도입되는 공기의 양을 감소시킬 수 있고 외부 진공 챔버(194)가 도 4의 t4에서 대기(102)로 재통기될 때 복합재 레이업(106)(도 1) 상에 적용될 수 있는 압착 압력(164)(도 2)의 크기(magnitude)의 증가를 유발할 수 있다. 복합재 레이업(106) 상에 압착 압력(164)(도 2)의 적용은, 복합재 레이업(106)의 통합 및 경화의 완료시까지 계속될 수 있다. 도 4에서, 복합재 레이업(106)은, t5의 온도 쿨-다운(218) 기간까지 상승된 온도(212)로 유지될 수 있다. 도 4에서 t5 내지 t6의 온도 쿨-다운(218) 기간 동안, 복합재 레이업(106)의 온도는 상승된 온도(212)로부터 주위 온도(210)로 하향 감소될 수 있다. 복합재 레이업(106)(도 1)의 온도 쿨-다운(218)은 계속될 수 있고, 상승된 온도(212)로부터 주위 온도(210)로 실질적으로 일정한 속도로 수행될 수 있고, 이 주위 온도(210) 지점에서, 복합재 레이업(106)의 경화가 실질적으로 완료될 수 있고 경화된 복합재 물품(118)(도 5)을 유발한다.
도 6은, 2 단계 프로세스(402)에서 복합재 레이업(106)(도 1)을 경화시키는 방법(400)(도 7)에 포함될 수 있는 하나 또는 그 초과의 동작들을 갖는 플로우차트의 예시이며, 2 단계 프로세스(402)의 일례로 온도(200), 시간(202), 및 진공 압력(204)의 그래프를 예시하는 도 7에 대응한다. 도 6 및 도 7에 예시된 2 단계 프로세스(402)는 도 3 및 도 4에 예시된 상기 설명된 1 단계 프로세스(302)와 유사하며, 1 단계 프로세스(302)(도 3 및 도 4)에서, 복합재 레이업(106)(도 1)이 통합 및 경화를 위해서 단일의 상승된 온도(212)(도 4)로 가열되는 것과 대조적으로(versus), 2 단계 프로세스(402)(도 6 및 도 7)에서, 하기에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 복합재 레이업(106)이 복합재 레이업(106)의 탈기를 위해 중간 온도(214)(도 7)로 먼저 가열되고 이후에 복합재 레이업(106)의 통합 및 경화를 위해서 온도가 경화 온도(216)(도 7)로 증가(ramped up)된다는 점이 상이하다. 상기 설명된 바와 같이, 2 단계 경화 프로세스(402)의 방법(400)(도 7)은 복합재 레이업(106)(도 1)을 형성하기 위해서 성형 툴(104)(도 1) 상에 하나 또는 그 초과의 복합재 플라이들(plies)(110)(도 1, 예컨대, 프리프레그 복합재 플라이들)을 레이업하는(laying up) 단계를 포함할 수 있다. 대안으로, 상기 나타낸 바와 같이, 복합재 레이업(106)은 도 6 및 도 7에 예시된 2 단계 프로세스(402)를 개시하기 이전에 수지(도시 생략)가 나중에 인퓨전될 수 있는 건식 섬유 플라이들(도시 생략)로 형성될 수 있다.
도 6의 방법(400)의 단계(402)는, 단계(302)(도 3)에서 상기 설명된 바와 같이 가요성 진공 백(150)(도 1) 아래에 복합재 레이업(106)(도 1)을 배깅하는(bagging) 단계를 포함할 수 있고, 그리고 브리더 층(도시 생략), 분리막(separator film)(도시 생략), 카울 플레이트(caul plate)(도시 생략) 및/또는 다른 재료들 또는 층들과 같은 추가의 층들(도시 생략)을 포함할 수 있다. 진공 백(150)은, 상기 설명된 바와 같이, 진공 백(150)과 성형 툴(104) 사이 공간으로서 규정된 내부 백 챔버(166)(도 1)를 형성하도록 내부 백 챔버 시일(158)(도 1)을 사용하여 성형 툴(forming tool)(104)(도 1)에 밀봉될 수 있다. 도 6의 방법(400)의 단계(404)는, 단계(304)(도 3)에서 상기 설명된 바와 같이 슈라우드 시일(188)(도 1)을 사용하여 성형 툴(104)에 강성 슈라우드(180)(도 1)를 밀봉하는 단계를 포함할 수 있다. 방법(400)의 단계(406)는 내부 백 챔버(166)(도 1)에 내부 백 진공 압력(156)(도 7)을 그리고 외부 진공 챔버(194)(도 1)에 외부 진공 압력(186)(도 7)을 적용하는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 내부 백 진공 압력(156)은, 도 7의 t0에서 예시된 바와 같이, 그리고 단계(306)(도 3)에서 상기 설명된 바와 같이, 외부 진공 압력(186) 이상이다. 도 7에 도시되고 상기에 설명된 바와 같이, 일부 예들에서, 내부 백 진공 압력(156)은 외부 진공 압력(186)과 실질적으로 동일할 수 있다. 그러나, 외부 진공 압력(186)이 내부 백 진공 압력(156)보다 약간 더 높은 경우에 진공 백(150)이 성형 툴(104)로부터 떨어질(pulled away from) 가능성을 회피하고, 그리고 내부 백 챔버 시일(158)이 성형 툴(104)에 밀봉된 채 유지되는 것을 보장하기 위해서, 내부 백 진공 압력(156)은 상기 설명된 바와 같이, 외부 진공 압력(186)보다 0.5 내지 1.5 in.Hg(예컨대, 도 7에서 압력 차이(192)) 더 높은 수준으로 적용될 수 있다.
도 6의 방법(400)의 단계(408)는, 제 1 온도 램프(206)(예컨대, 도 7에서 t0 내지 t1) 동안, 주위 온도(210)(예컨대, 68 내지 72℉)로부터 도 7에 도시된 바와 같은 그리고 경화 온도(216)(도 7)보다 더 낮을 수 있는 중간 온도(214)로 복합재 레이업(106)(도 1)의 온도를 증가시키는 단계를 포함할 수 있다. 일 예에서, 중간 온도(214)는 복합재 레이업(106)의 수지(도시 생략)가 교차결합(cross-link)하고 중합반응하는 것(polymerize)을 시작하는 온도보다 낮을 수 있다. 복합재 레이업(106)의 부여된 재료 시스템(도시 생략)에 대해, 중간 온도(214)는 대략 100 내지 220℉(예컨대, 에폭시 수지에 대해 155 내지 165℉)의 범위에 있을 수 있고, 경화 온도(216)는 300 내지 400℉(예컨대, 에폭시 수지에 대해 345 내지 365℉)의 범위에 있을 수 있다. 그러나, 복합재 레이업(106)(도 1) 재료 시스템은 100 내지 220℉의 범위 밖에 있는 중간 온도(214) 및 250 내지 400℉의 범위 밖에 있는 경화 온도(216)를 필요로 할 수 있다. 복합재 레이업(106)은, 상기 설명된 단계(308)(도 3)와 유사한 방식으로, 내부 백 챔버(166) 상에 내부 백 진공 압력(156) 및 외부 진공 챔버(194) 상에 외부 진공 압력(186)의 적용과 동시에(예컨대, 도 7에서 t0) 또는 적용 직후에(예컨대, 수분 이내에) 가열될 수 있다. 방법(400)은 복합재 레이업(106)에서 수지의 점도가 감소될 수 있는 중간 온도 유지 기간(222)(예컨대, 도 7에서 t1 내지 t4)의 지속기간 동안 중간 온도(214)로 복합재 레이업(106)(도 1)을 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
도 6의 방법(400)의 단계(410)는, 중간 온도(214)(도 7)로 복합재 레이업(106)의 온도를 유지하고 내부 백 챔버(166)(도 1) 상에 내부 백 진공 압력(156)(도 7)을 그리고 외부 진공 챔버(194)(도 1) 상에 외부 진공 압력(186)(도 7)을 유지하면서 단계(306)(도 3)에서 상기 설명된 바와 같이 복합재 레이업(106)(도 1)으로부터 백 진공 포트(152)(도 1)를 향해 수분(112)(도 1), 공기(114)(도 1), 그리고/또는 휘발성분들(116)(도 1)을 빼내는 단계를 포함할 수 있다. 단계(306)에서 상기 설명된 바와 같이, 복합재 레이업(106)(도 1)의 증가된 온도(예컨대, 중간 온도(214))는 복합재 레이업(106)의 공기(114)(예컨대, 수분(112)을 포함함) 및 휘발성분들(116)이 감소된 점도의 수지(도시 생략)를 팽창시키고 이를 통해 진공 배기하는 것을 유발할 수 있지만, 중간 온도 유지 기간(222)(예컨대, 도 7에서 t0 내지 t4) 동안 복합재 레이업(106) 상에 순(net) 압착 압력(164)(도 2)은 적거나(예컨대, 1 psi 미만) 또는 존재하지 않는다.
도 6의 방법(400)의 단계(412)는 중간 온도 유지 기간(222)(예컨대, 도 7의 t1 내지 t4) 동안 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(예컨대, 도 7의 t2 내지 t3)을 개시하도록 외부 진공 챔버(180)(도 1)를 대기(102)(예컨대, 도 7의 t2)로 통기시키는 단계를 포함할 수 있다. 단계(312)에서 상기 설명된 바와 같이, 슈라우드(180)는 슈라우드 진공 포트(182)(도 1)를 개방하고 그리고 슈라우드 진공 소스(184)(도 1)를 비활성화함으로써 대기(102)(도 1)로 통기될 수 있어, 이에 의해 외부 진공 챔버(194)(도 1) 상에 외부 진공 압력(186)(도 7)의 적용을 중단한다. 또한, 단계(312)에서 상기 설명된 바와 같이, 복합재 레이업(106)(도 1)의 모든 로케이션들이 중간 온도(214)의 미리 정해진 범위 내에 있다면, 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(도 7)이 개시될 수 있다. 예컨대, 복합재 레이업(106) 상의 다수의 로케이션들에서 열전대들(122)(도 1)이 설치된 복합재 레이업(106)에 대해, 외부 진공 챔버 통기 기간(226)은 각각의 열전대에 의해 감지되는 온도가 중간 온도(214)(예컨대, 165℉)의 10℉(예컨대, 155℉) 이내에 있는 경우보다 이르지 않게(no earlier than) 개시될 수 있다. 도 6의 단계(412)는 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(도 7) 동안 대체로 중간 온도(214)(예컨대, 10℉ 이내)로 복합재 레이업(106)을 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
도 6의 방법(400)의 단계(414)는, 방법(300)의 단계(312)에서 상기 설명된 바와 동일한 방식으로 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(예컨대, 도 7의 t2 내지 t3) 동안 내부 백 챔버 시일(158)(도 1) 및 복합재 레이업(106)(도 1)으에 압착 압력(164)(도 2, 예컨대, 대기압)을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 언급된 바와 같이, 압착 압력(164)(도 2)의 적용은 내부 백 챔버 시일(158)(도 2)로부터 공기(114) 및/또는 휘발성분들(116)의 탈기를 용이하게 할 수 있고, 이는 내부 백 챔버 시일(158)의 가열의 결과로서 또는 시간에 따라 생성될 수 있다. 내부 백 챔버 시일(158)로부터의 공기(114) 및/또는 휘발성분들(116)은, 외부 진공 챔버 통기 기간(226) 동안 백 진공 포트(152) 및/또는 슈라우드 진공 포트(182)를 향해서 빼내어질 수 있다. 단계(312)에서 상기 논의된 바와 같이, 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(도 7)은 미리정해진 시간 기간 동안 계속될 수 있고, 이 시간 기간 동안, 내부 백 챔버 시일(158)(도 1)은 탈기 및 통합될 수 있으며, 이에 의해 2 단계 경화 사이클(402)(도 7)의 지속기간 동안 성형 툴(104)을 사용하여 진공 백(150)의 진공 기밀 시일을 유지할 때 내부 백 챔버 시일(158)의 유효성을 개선한다. 상기 나타낸 바와 같이, 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(도 7) 동안 내부 백 챔버 시일(158)의 유효성의 개선은, 경화 동안 복합재 레이업(106)(도 1)으로 도입되는 공기의 양을 감소시킬 수 있고, 나머지 2 단계 경화 사이클(402) 동안 복합재 레이업(106)에 적용될 수 있는 압착 압력(164)(도 2)의 규모를 증가시킬 수 있다. 경화 동안 복합재 레이업(106) 상의 압착 압력(164)(도 2)의 증가 및 공기 누출들의 감소는, 상기 설명된 바와 같이, 복합재 레이업(106)의 공동들(도시 생략)의 감소 그리고 경화된 복합재 물품(118)의 기계적 특징들의 대응하는 증가를 유발할 수 있다.
도 6의 방법(400)의 단계(416)는, 도 3의 단계(316)에서 상기 설명된 바와 동일한 방식으로, 외부 진공 챔버 통기 기간(226)(도 7)을 종료하기 위해서 대기(102)(도 1)로의 외부 진공 챔버(194)(도 1)의 통기를 중단시키는 단계 및 외부 진공 챔버(194)에 외부 진공 압력(186)(도 7)을 재적용하는 단계(예컨대, 도 7에서 t3)를 포함할 수 있다. 외부 진공 압력(186)(도 7)은 내부 백 챔버(166)(도 1)를 사용하여 외부 진공 챔버 통기 기간(226) 이전과 동일한 압력 차이(192)(도 7)를 성취하기 위해서 외부 진공 챔버 통기 기간(226) 이전과 동일한 수준으로 적용될 수 있다. 외부 진공 챔버 통기 기간(226)의 종료는, 복합재 레이업(106)(도 1)으로부터 수분(112), 공기(114), 및/또는 휘발성분들(116)의 진공 배기를 허용할 수 있어, 적어도 나머지 중간 온도 유지 기간(222)(예컨대, 도 7에서 적어도 t4까지) 동안 계속된다. 중간 온도 유지 기간(222) 동안, 복합재 레이업(106)의 온도는 중간 온도(214)에서 비교적 일정하게 유지될 수 있다.
도 6의 방법(400)의 단계(418)는, 도 3의 상기 설명된 단계(318)와 유사한 방식으로, 내부 백 챔버(166)(도 1) 상에 내부 백 진공 압력(156)(도 7)을 유지하면서, 슈라우드 진공 포트(182)(도 1)를 개방함으로써 중간 온도 유지 기간(222)(도 7)을 종료하기 위해서 대기(102)로 외부 진공 챔버(194)(도 1)를 재통기시키는 단계(예컨대, 도 7에서 대략 t4)를 포함할 수 있다. 슈라우드 진공 소스(184)(도 1)는 외부 진공 챔버(194) 상에 외부 진공 압력(186)(도 7)의 적용을 중단하기 위해서 비활성화될 수 있다. 방법(400)의 단계(420)는, 도 3의 상기 설명된 단계(320)와 유사한 방식으로, 대기(102)로의 외부 진공 챔버(194)(도 2)의 재통기에 대한 응답으로 복합재 레이업(106)(도 2)에 대하여 진공 백(150)(도 2)의 압착 압력(164)(도 2, 예컨대, 대기압)을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 나타낸 바와 같이, 외부 진공 챔버 통기 기간(226) 동안 내부 백 챔버 시일(158)의 탈기 및 통합은, 유리하게는, 내부 백 챔버 시일(158)의 유효성 및 무결성을 개선하여, 완전한 진공 압력이 2 단계 경화 사이클(402)(도 7)의 나머지 지속기간 동안 내부 백 챔버 시일(158)의 누출 없이 복합재 레이업(106)에 적용되는 것을 허용한다.
도 6의 방법(400)의 단계(422)는, 중간 온도(214)(도 7)로부터 경화 온도(216)(도 7)로 복합재 레이업(106)(도 1)의 온도를 증가시키는 단계 및 복합재 레이업(106)을 경화 온도 유지 기간(224)(도 7) 동안 경화 온도(216)로 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 단계(422)에서, 복합재 레이업(106)의 온도는 제 2 온도 램프(208)(예컨대, 도 7에서 t4 내지 t5) 동안 실질적으로 일정한 속도로 경화 온도(216)까지 증가될 수 있다. 경화 온도(216)까지의 제 2 온도 램프(208)는 30 분 내지 1 시간 또는 그보다 더 긴 시간이 걸릴 수 있지만, 더 길거나 더 짧은 시간들도 가능하다. 상기 언급된 바와 같이, 경화 온도(216)는 복합재 레이업(106)의 부여된 재료 시스템(예컨대, 수지 조성물)에 대해 특정될 수 있다. 복합재 레이업(106)이 에폭시 수지(도시 생략)를 포함하는 예에서, 경화 온도(216)는 대략 345 내지 365℉의 범위에 있을 수 있다.
방법(400)은 경화 온도 유지 기간(224)(예컨대, 도 7에서 t5 내지 t6) 동안 복합재 레이업(106)을 경화 온도(216)(도 7)로 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 재료 시스템에 따라, 경화 온도 유지 기간(224)(도 7)은, 완료를 향한 복합재 레이업(106)(도 1)의 경화를 앞당기기(advance) 위해 요구될 수 있는 바와 같이 대략 1 내지 3 시간 또는 그보다 긴 지속기간을 가질 수 있다. 방법(400)은, 연속적으로 그리고 실질적으로 일정한 속도로 수행될 수 있고 경화된 복합재 물품(118)(도 5)을 유발할 수 있는 온도 쿨-다운(218)(도 7) 기간 동안 경화 온도(216)(도 7)로부터 주위 온도(210)(도 7)로 복합재 레이업(106)의 온도를 감소시키는 단계(예컨대, 도 7에서 t6 내지 t7)를 포함할 수 있다.
도 8은 본원에 개시된 방법들(300, 400)(도 3 및 도 6) 중 하나 또는 그 초과의 예들을 사용하여 제작될 수 있는 하나 또는 그 초과의 복합재 물품들(118)(도 3)을 포함하는 항공기(516)의 사시도의 예시이다. 항공기(516)는 전방 단부(forward end)에서 기수(nose)(520) 그리고 후방 단부(aft end)에서 엠피니지(empennage)(522)를 갖는 동체(fuselage)(518)를 포함할 수 있다. 엠피니지(522)는 수직방향 테일(vertical tail)(526) 및 하나 또는 그 초과의 수평방향 테일들(524)을 포함할 수 있다. 추가로, 항공기(516)는 동체(518)로부터 외측방향으로 연장하는 한 쌍의 날개들(530)을 포함할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 추진 유닛들(propulsion units)(528)이 항공기(516)에 포함될 수 있다. 예컨대, 추진 유닛들(528)은 날개들(530)에서 지지될 수 있다.
도 8이 일반적으로 상용 항공기(commercial aircraft)(516)를 나타내지만, 본원에 개시된 방법들(300, 400)(도 3 및 도 6)은 고정익(fixed-wing) 항공기, 회전익(rotary-wing) 항공기 및 다양한 다른 유형들의 공중 비행체들(air vehicles) 중 어느 하나를 포함하는 상용, 민간(civilian), 및 군용(military) 항공기를 포함하는 임의의 유형의 항공기를 위해서 복합재 물품들(118)(도 5)을 제조하도록 구현될 수 있다. 게다가, 본원에 개시된 방법들(300, 400)(도 3 및 도 6)은 미사일들, 로켓들, 발사체들(launch vehicles), 위성들(satellites)을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는 우주 비행체들(space vehicles)에 사용될 수 있는 복합재 물품들(118)(도 5)을 제조하기 위해 구현될 수 있다. 추가로, 방법들(300, 400)(도 3 및 도 6)은 임의의 유형의 자동차들을 포함하는 육상 차량들(land-based vehicles) 및 임의의 유형의 워터크래프트(watercraft)를 위한 복합재 물품들(118)(도 5)을 제조하기 위해 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 방법들(300, 400)(도 3 및 도 6)은, 제한 없이, 임의의 유형의 시스템, 조립체, 서브조립체 또는 빌딩들을 포함하는 구조물 및 다른 육상 구조물들을 포함하는 임의의 유형의 차량 또는 비차량 적용을 위한 복합재 물품들(118)(도 5)을 형성하기 위해 구현될 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 개시의 실시예들은 도 9에 도시된 바와 같은 항공기 제조 및 서비스 방법(500) 및 도 10에 도시된 바와 같은 항공기(516)의 맥락에서 설명될 수 있다. 사전 제작 (pre-production)중, 예시의 방법(500)은 항공기(516)의 사양 및 설계(502)와 재료 조달(504)을 포함할 수 있다. 제작 중, 항공기(516)의 컴포넌트 및 서브조립체 제조(506) 및 시스템 통합(508)이 이루어진다. 이후, 항공기(516)는, 운항(in service)(512)되도록 인증 및 납품(510)을 거칠 수 있다. 고객에 의한 운항(512) 동안, 항공기(516)는 일상적인 유지보수 및 서비스(514)(이는, 또한 수정, 재구성, 수리 등을 포함할 수 있음)가 예정된다. 하기에 언급되는 바와 같이, 본원에 개시된 방법들(300, 400)(도 3 및 도 6)은 제작 중, 컴포넌트 및 서브조립체 제조(506)가 구현될 수 있다. 예컨대, 방법들(300, 400)(도 3 및 도 6)은 제작을 위해, 항공기(516)의 기체(532) 및/또는 인테리어(534)를 포함하지만 이것으로 제한되지 않는 항공기(516)의 다양한 상이한 항공기 컴포넌트들(도시 생략) 중 어느 하나의 컴포넌트 및 서브조립체 제조, 수정, 재구성, 및/또는 수리가 구현될 수 있다.
방법(500)(도 9)의 프로세스들 각각은 시스템 통합자(system integrator), 제 3 자, 및/또는 조작자(operator)(예컨대, 고객)에 의해 수행되거나 실행될 수 있다. 이 설명의 목적들을 위해, 시스템 통합자는, 제한 없이, 임의의 수의 항공기 제조사들 및 주요 시스템 하청업체(subcontractor)들을 포함할 수 있고; 제 3 자는, 제한 없이, 임의의 수의 판매사(vendor)들, 하청업체(subcontractor)들 및 공급업체(supplier)들을 포함할 수 있고; 조작자는 항공사, 리스 회사, 군수 기업, 서비스 조직 등일 수 있다.
도 10에 도시되는 바와 같이, 예시적 방법(500)에 의해 제조되는 항공기(516)는 복수 개의 하이 레벨 시스템들(536) 및 인테리어(534)를 갖는 기체(airframe)(532)를 포함할 수 있다. 하이 레벨 시스템들(536)의 예들은 추진 시스템(538), 전기 시스템(540), 유압 시스템(542) 및 환경 시스템(544) 중 하나 또는 그 초과의 시스템을 포함한다. 임의의 수의 다른 시스템들(536)이 포함될 수 있다. 본원에서 개시된 방법들(300, 400)(도 3 및 도 6)은, 제작 중, 항공기(516)(도 10)의 컴포넌트 및/또는 서브조립체 제조(506) 그리고/또는 항공기(516)의 시스템 통합(508) 중 구현될 수 있다. 예컨대, 방법들(300, 400)(도 3 및 도 6)은 동체(518)(도 8), 수직방향 테일(526)(도 8), 수평방향 테일들(524)(도 8), 및/또는 날개들(530)(도 8)과 같은 기체(532)에 포함될 수 있는 복합재 물품들(118)(도 5)을 제조하기 위해 구현될 수 있다. 방법들(300, 400)(도 3 및 도 6)은, 또한, 항공기(516)의 하나 또는 그 초과의 하이 레벨 시스템(536) 및/또는 인테리어(534)에 포함될 수 있는 어느 하나 또는 그 초과의 항공기 컴포넌트들을 제조하기 위해 구현될 수 있다. 항공 우주의 예가 도시되어 있지만, 본 발명의 원리들은 자동차 산업과 같은 다른 산업 분야들에 적용될 수 있다.
본원에서 구체화된 장치들 및 방법들은, 항공기 제조 및 서비스 방법(500)(도 9)의 단계들 중 어느 하나 또는 그 초과의 단계 동안 채용될 수 있다. 예컨대, 제조 프로세스에 대응하는 컴포넌트들 또는 서브조립체들이, 항공기(516)(도 8)가 서비스중일 때 생산된 컴포넌트들 또는 서브조립체들과 유사한 방식으로 제작되거나 제조될 수 있다. 또한, 하나 또는 그 초과의 장치 실시예들, 방법 실시예들 또는 이들의 조합이 예컨대 항공기(516)의 조립을 실질적으로 촉진시키거나 항공기(516)의 비용을 감소시킴으로써, 제조 단계들 동안 활용될 수 있다. 유사하게, 하나 또는 그 초과의 장치 실시예들, 방법 실시예들, 또는 이들의 조합은, 항공기(516)가 서비스중인 동안, 예컨대 그리고 제한 없이, 항공기의 유지보수 및 서비스(514) 동안 활용될 수 있다(도 9).
이에 따라서, 요약하면, 본 발명의 제 1 양태에 따르면, 다음이 제공된다:
A1. 복합재 레이업(composite layup)(106)의 경화 동안 진공 백(vacuum bag)(150)의 내부 백 챔버 시일(bag chamber seal)(158)의 누출을 방지하는 방법으로서, 내부 백 챔버(166)에 내부 백 진공 압력(156)을 그리고 외부 진공 챔버(194)에 외부 진공 압력(186)을 적용하는 단계―내부 백 챔버(166)는 복합재 레이업(106)을 덮는 진공 백(150)에 의해 형성되고 성형 툴(104)에 밀봉되며, 내부 백 진공 압력(156)은 외부 진공 압력(186) 이상(no less than)임―; 온도 유지 기간(220)을 개시하기 위해서 복합재 레이업(106)의 온도(200)를 상승된 온도(212)로 증가시키는 단계; 온도 유지 기간(220) 동안 외부 진공 챔버 통기 기간(226)을 개시하기 위해서 외부 진공 챔버(194)를 대기(102)로 통기시키는 단계; 외부 진공 챔버 통기 기간(226) 동안 내부 백 챔버 시일(158)에 압착 압력(164)을 적용하는 단계; 및 외부 진공 챔버 통기 기간(226)을 종료하기 위해서 외부 진공 챔버(194)에 외부 진공 압력(186)을 재적용하는 단계를 포함하는, 복합재 레이업의 경화 동안 진공 백의 내부 백 챔버 시일의 누출을 방지하는 방법.
A2. 항목 A1의 방법에 있어서, 진공 내부 백 챔버(166) 아래에 복합재 레이업(106)을 배깅하는 단계를 더 포함하는 것이 또한 제공된다.
A3. 항목 A1의 방법에 있어서, 성형 툴(104)에 강성 슈라우드(180)를 밀봉하여, 슈라우드(180)가 진공 백(150)을 덮어 외부 진공 챔버(194)를 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 또한 제공된다.
A4. 항목 A1의 방법에 있어서, 온도 유지 기간(220) 동안 복합재 레이업(106)으로부터 백 진공 포트(152)를 향해 수분(112), 공기(114) 및/또는 휘발성분들(116)을 빼내는 단계를 더 포함하는 것이 또한 제공된다.
A5. 항목 A1의 방법에 있어서, 내부 백 챔버 시일(158)은 초기에는, 시간(202)에 걸쳐 경화되는 미경화 실란트인 것이 또한 제공된다.
A6. 항목 A5의 방법에 있어서, 미경화 실란트는 부틸 고무 실란트인 것이 또한 제공된다.
A6. 항목 A1의 방법에 있어서, 내부 백 진공 압력(156) 및 외부 진공 압력(186)을 적용하는 단계는, 외부 진공 압력(186)과 동일한 수준으로 내부 백 진공 압력(156)을 적용하는 단계를 포함하는 것이 또한 제공된다.
A7. 항목 A1의 방법에 있어서, 내부 백 진공 압력(156) 및 외부 진공 압력(186)을 적용하는 단계는, 외부 진공 압력(186)보다 0.5 내지 1.5 in.Hg 더 높은 수준으로 내부 백 진공 압력(156)을 적용하는 단계를 포함하는 것이 또한 제공된다.
A8. 항목 A1의 방법에 있어서, 외부 진공 챔버(194)를 대기(102)로 통기시키는 단계는, 복합재 레이업(106)의 모든 로케이션들이 상승된 온도(212)의 10℉ 이내에 있을 때 외부 진공 챔버 통기 기간(226)을 개시하는 단계를 포함하는 것이 또한 제공된다.
A9. 항목 A1의 방법에 있어서, 복합재 레이업(106)은 복합재 레이업(106) 상에 상이한 로케이션들에 장착되는 열전대들(thermocouples)(122)을 포함하며, 외부 진공 챔버(194)를 대기(102)로 통기시키는 단계는, 모든 열전대들(122)에 의해서 감지된 온도(200)가 상승된 온도(212)에 도달할 때 외부 진공 챔버 통기 기간(226)을 개시하는 단계를 포함하는 것이 또한 제공된다.
A10. 항목 A1의 방법에 있어서, 외부 진공 챔버 통기 기간(226) 동안 내부 백 챔버 시일(158)에 압착 압력(164)을 적용하는 단계는, 내부 백 챔버 시일(158)로부터 백 진공 포트(152) 및 슈라우드 진공 포트(182) 중 적어도 하나를 향해 공기(114) 및 휘발성분들(116)을 빼내는 단계를 포함하는 것이 또한 제공된다.
A11. 항목 A1의 방법에 있어서, 내부 백 챔버 시일(158)은 적어도 외부 진공 압력(186)의 적용 동안 포밍하며, 내부 백 챔버 시일(158)에 압착 압력(164)을 적용하는 단계는 내부 백 챔버 시일(158)의 포밍(foaming)이 종료할 때까지 외부 진공 챔버 통기 기간(226)을 계속하는 단계를 포함하는 것이 또한 제공된다.
A12. 항목 A1의 방법에 있어서, 내부 백 챔버 시일(158)에 압착 압력(164)을 적용하는 단계는, 경화될 때 복합재 레이업(106)의 전체 통합량의 20 % 이하의 수준으로 복합재 레이업(106)이 통합될 때까지 외부 진공 챔버 통기 기간(226)을 계속하는 단계를 포함하는 것이 또한 제공된다.
A13. 항목 A1의 방법에 있어서, 외부 진공 챔버(194)에 외부 진공 압력(186)을 재적용하는 단계는 외부 진공 챔버 통기 기간(226) 이전과 동일한 수준으로 외부 진공 챔버(194)에 외부 진공 압력(186)을 재적용하는 단계를 포함하는 것이 또한 제공된다.
A14. 항목 A1의 방법에 있어서, 외부 진공 챔버 통기 기간(226)을 종료한 이후에 외부 진공 챔버(194)를 대기(102)로 재통기시키는 단계를 더 포함하는 것이 또한 제공된다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 다음이 제공된다:
B1. 항목 A1의 방법을 사용하여 형성된 복합재 물품(118).
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 다음이 제공된다:
C1. 복합재 물품(118)을 제조하는 방법으로서, 내부 백 챔버(166)를 형성하도록 내부 백 챔버 시일(158)을 사용하여 성형 툴(104)에 밀봉되는 진공 백(150) 아래에 복합재 레이업(106)을 배깅하는(bagging) 단계; 성형 툴(104)에 강성 슈라우드(180)를 밀봉하여, 슈라우드(180)가 진공 백(150)을 덮어 외부 진공 챔버(194)를 형성하는 단계; 내부 백 챔버(166)에 내부 백 진공 압력(156)을 그리고 외부 진공 챔버(194)에 외부 진공 압력(186)을 적용하는 단계―내부 백 진공 압력(156)은 외부 진공 압력(186) 이상(no less than)임―; 중간 온도 유지 기간(222)을 개시하기 위해서 복합재 레이업(106)의 온도(200)를 중간 온도(214)로 증가시키는 단계; 중간 온도 유지 기간(222) 동안 복합재 레이업(106)으로부터 백 진공 포트(152)를 향해 수분(112), 공기(114) 및/또는 휘발성분들(116)을 빼내는 단계; 중간 온도 유지 기간(222) 동안 외부 진공 챔버 통기 기간(226)을 개시하기 위해서 외부 진공 챔버(194)를 대기(102)로 통기시키는 단계; 외부 진공 챔버 통기 기간(226) 동안 내부 백 챔버 시일(158)에 압착 압력(164)을 적용하는 단계; 외부 진공 챔버 통기 기간(226)을 종료하고 온도 유지 기간(220) 동안 복합재 레이업(106)으로부터 수분(112), 공기(114), 및/또는 휘발성분들(116)을 제거하는 것을 계속하기 위해서 외부 진공 챔버(194)에 외부 진공 압력(186)을 재적용하는 단계; 내부 백 챔버(166) 상에 내부 백 진공 압력(156)을 유지하면서, 외부 진공 챔버(194)를 대기(102)로 재통기시키는 단계; 복합재 레이업(106)을 통합하기 위해서 외부 진공 챔버(194)를 대기(102)로 재통기시키는 단계에 대한 응답으로 복합재 레이업(106)에 대하여 진공 백(150)의 압착 압력(164)을 적용하는 단계; 및 복합재 레이업(106)을 경화시키기 위해서 경화 온도 유지 기간(224)을 개시하도록 복합재 레이업(106)의 온도(200)를 중간 온도(214)로부터 경화 온도(200)(216)로 증가시키는 단계를 포함하는, 복합재 물품을 제조하는 방법.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 다음이 제공된다:
C2. 항목 C1의 방법에 있어서, 내부 백 챔버 시일(158)은 초기에는, 시간(202)에 걸쳐 경화되는 미경화 실란트인 것이 또한 제공된다.
C3. 항목 C1의 방법에 있어서, 외부 진공 챔버(194)를 대기(102)로 통기시키는 단계는, 복합재 레이업(106)의 모든 로케이션들이 중간 온도(214)의 10℉ 이내에 있을 때 외부 진공 챔버 통기 기간(226)을 개시하는 단계를 포함하는 것이 또한 제공된다.
C4. 항목 C1의 방법에 있어서, 내부 백 챔버 시일(158)에 압착 압력(164)을 적용하는 단계는, 내부 백 챔버 시일(158)로부터 백 진공 포트(152) 및 슈라우드 진공 포트(182) 중 적어도 하나를 향해 공기(114) 및 휘발성분들(116)을 빼내는 단계를 포함하는 것이 또한 제공된다.
C5. 항목 C1의 방법에 있어서, 내부 백 챔버 시일(158)은 적어도 외부 진공 압력(186)의 적용 동안 포밍하며, 내부 백 챔버 시일(158)에 압착 압력(164)을 적용하는 단계는 내부 백 챔버 시일(158)의 포밍(foaming)이 종료할 때까지 외부 진공 챔버 통기 기간(226)을 계속하는 단계를 포함하는 것이 또한 제공된다.
C6. 항목 C1의 방법에 있어서, 내부 백 챔버 시일(158)에 압착 압력(164)을 적용하는 단계는, 경화될 때 복합재 레이업(106)의 전체 통합량의 20 % 이하의 수준으로 복합재 레이업(106)이 통합될 때까지 외부 진공 챔버 통기 기간(226)을 계속하는 단계를 포함하는 것이 또한 제공된다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 다음이 제공된다:
D1. 복합재 물품(118)을 제조하는 방법으로서, 진공 백(150)과 성형 툴(104) 사이 공간으로서 규정되는 내부 백 챔버(166)를 형성하기 위해 내부 백 챔버 시일(158)을 사용하여 성형 툴(104)에 밀봉되는 진공 백(150) 아래에 복합재 레이업(106)을 배깅하는 단계―내부 백 챔버 시일(158)은 초기에는 미경화 실란트임―; 성형 툴(104)에 강성 슈라우드(180)를 밀봉하여, 슈라우드(180)가 진공 백(150)을 덮어 진공 백(150)과 슈라우드(180) 사이 공간으로서 규정되는 외부 진공 챔버(194)를 형성하는 단계; 내부 백 챔버(166)에 내부 백 진공 압력(156)을 그리고 외부 진공 챔버(194)에 외부 진공 압력(186)을 적용하는 단계―내부 백 진공 압력(156)은 외부 진공 압력(186)보다 높음―; 중간 온도 유지 기간(222)을 개시하기 위해서 복합재 레이업(106)을 중간 온도(214)로 가열시키는 단계; 중간 온도 유지 기간(222) 동안 복합재 레이업(106)으로부터 백 진공 포트(152)를 향해 수분(112), 공기(114) 및/또는 휘발성분들(116)을 빼내는 단계; 중간 온도 유지 기간(222) 동안 외부 진공 챔버 통기 기간(226)을 개시하기 위해서 외부 진공 챔버(194)를 대기(102)로 통기시키는 단계; 외부 진공 챔버 통기 기간(226) 동안 내부 백 챔버 시일(158)에 압착 압력(164)을 적용하는 단계; 외부 진공 챔버 통기 기간(226)을 종료하기 위해서 외부 진공 챔버(194)에 외부 진공 압력(186)을 재적용하는 단계; 내부 백 챔버(166) 상에 내부 백 진공 압력(156)을 유지하면서, 중간 온도 유지 기간(222)을 종료하기 위해서 외부 진공 챔버(194)를 대기(102)로 재통기시키는 단계; 외부 진공 챔버(194)를 대기(102)로 재통기시키는 단계에 대한 응답으로 복합재 레이업(106)에 대하여 진공 백(150)의 압착 압력(164)을 적용하는 단계; 경화 온도 유지 기간(224)을 개시하도록 복합재 레이업(106)을 중간 온도(214)로부터 경화 온도(200)(216)로 가열하는 단계; 및 복합재 레이업이 경화된 복합재 물품을 형성하기 위해 경화될 때까지 경화 온도 유지 기간 동안 복합재 레이업 상에 압착 압력을 유지하는 단계를 포함하는, 복합재 물품을 제조하는 방법.
본 개시의 추가의 수정들 및 개선들이 당업자에게 명백해질 것이다. 이에 따라, 본원에 설명되고 예시된 부품들의 특정 조합은 본 개시의 단지 소정의 실시예들을 제시하도록 의도되며, 본 개시의 사상 및 범주 내에서 대체 실시예들 또는 디바이스들의 제한들로서 기능하도록 의도되지 않는다.

Claims (15)

  1. 복합재 레이업(composite layup)의 경화 동안 진공 백(vacuum bag)의 내부 백 챔버 시일(bag chamber seal)의 누출을 방지하는 방법으로서,
    내부 백 챔버에 내부 백 진공 압력을 그리고 외부 진공 챔버에 외부 진공 압력을 적용하는 단계―상기 내부 백 챔버는 상기 복합재 레이업을 덮는 진공 백에 의해 형성되고 성형 툴에 밀봉되며, 상기 내부 백 진공 압력은 상기 외부 진공 압력 이상(no less than)임―;
    온도 유지 기간을 개시하기 위해서 복합재 레이업의 온도를 상승된 온도로 증가시키는 단계;
    상기 온도 유지 기간 동안 외부 진공 챔버 통기 기간을 개시하기 위해서 상기 외부 진공 챔버를 대기로 통기시키는 단계;
    상기 외부 진공 챔버 통기 기간 동안 상기 내부 백 챔버 시일에 압착 압력을 적용하는 단계; 및
    상기 외부 진공 챔버 통기 기간을 종료하기 위해서 상기 외부 진공 챔버에 상기 외부 진공 압력을 재적용하는 단계를 포함하는,
    복합재 레이업의 경화 동안 진공 백의 내부 백 챔버 시일의 누출을 방지하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공 내부 백 챔버 아래에 상기 복합재 레이업을 배깅하는(bagging) 단계를 더 포함하는,
    복합재 레이업의 경화 동안 진공 백의 내부 백 챔버 시일의 누출을 방지하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형 툴에 강성 슈라우드를 밀봉하여, 상기 슈라우드가 상기 진공 백을 덮어 외부 진공 챔버를 형성하는 단계를 더 포함하는,
    복합재 레이업의 경화 동안 진공 백의 내부 백 챔버 시일의 누출을 방지하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 유지 기간 동안 상기 복합재 레이업으로부터 백 진공 포트를 향해 수분, 공기 및/또는 휘발성분들을 빼내는 단계를 더 포함하는,
    복합재 레이업의 경화 동안 진공 백의 내부 백 챔버 시일의 누출을 방지하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 백 챔버 시일은, 처음에, 시간에 따라(over time) 경화되는 미경화 실란트인,
    복합재 레이업의 경화 동안 진공 백의 내부 백 챔버 시일의 누출을 방지하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 미경화 실란트는 부틸 고무 실란트(butyl rubber sealant)인,
    복합재 레이업의 경화 동안 진공 백의 내부 백 챔버 시일의 누출을 방지하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 백 진공 압력 및 상기 외부 진공 압력을 적용하는 단계는, 상기 외부 진공 압력과 동일한 수준으로 상기 내부 백 진공 압력을 적용하는 단계를 포함하는,
    복합재 레이업의 경화 동안 진공 백의 내부 백 챔버 시일의 누출을 방지하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 백 진공 압력 및 상기 외부 진공 압력을 적용하는 단계는, 상기 외부 진공 압력보다 0.5 내지 1.5 in.Hg 더 높은 수준으로 상기 내부 백 진공 압력을 적용하는 단계를 포함하는,
    복합재 레이업의 경화 동안 진공 백의 내부 백 챔버 시일의 누출을 방지하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 진공 챔버를 대기로 통기시키는 단계는, 상기 복합재 레이업의 모든 로케이션들이 상기 상승된 온도의 10℉ 이내에 있을 때 상기 외부 진공 챔버 통기 기간을 개시하는 단계를 포함하는,
    복합재 레이업의 경화 동안 진공 백의 내부 백 챔버 시일의 누출을 방지하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합재 레이업은 상기 복합재 레이업 상에 상이한 로케이션들에 장착되는 열전대들(thermocouples)을 포함하며, 상기 외부 진공 챔버를 대기로 통기시키는 단계는, 상기 모든 열전대들에 의해서 감지되는 온도가 상기 상승된 온도에 도달할 때 상기 외부 진공 챔버 통기 기간을 개시하는 단계를 포함하는,
    복합재 레이업의 경화 동안 진공 백의 내부 백 챔버 시일의 누출을 방지하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 진공 챔버 통기 기간 동안 상기 내부 백 챔버 시일에 압착 압력을 적용하는 단계는, 상기 내부 백 챔버 시일로부터 백 진공 포트 및 슈라우드 진공 포트 중 적어도 하나를 향해 공기 및 휘발성분들을 빼내는 단계를 포함하는,
    복합재 레이업의 경화 동안 진공 백의 내부 백 챔버 시일의 누출을 방지하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 백 챔버 시일은 적어도 상기 외부 진공 압력의 적용 동안 포밍하며(foams), 상기 내부 백 챔버 시일에 압착 압력을 적용하는 단계는 상기 내부 백 챔버 시일의 포밍(foaming)이 종료할 때까지 상기 외부 진공 챔버 통기 기간을 계속하는 단계를 포함하는,
    복합재 레이업의 경화 동안 진공 백의 내부 백 챔버 시일의 누출을 방지하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 백 챔버 시일에 압착 압력을 적용하는 단계는, 경화될 때 상기 복합재 레이업의 전체 통합량의 20 % 이하의 수준으로 상기 복합재 레이업이 통합될 때까지 상기 외부 진공 챔버 통기 기간을 계속하는 단계를 포함하는,
    복합재 레이업의 경화 동안 진공 백의 내부 백 챔버 시일의 누출을 방지하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 진공 챔버에 상기 외부 진공 압력을 재적용하는 단계는, 상기 외부 진공 챔버 통기 주기 이전과 동일한 수준으로 상기 외부 진공 챔버에 상기 외부 진공 압력을 재적용하는 단계를 포함하는,
    복합재 레이업의 경화 동안 진공 백의 내부 백 챔버 시일의 누출을 방지하는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 진공 챔버 통기 기간을 종료한 이후에 상기 외부 진공 챔버를 상기 대기로 재통기시키는 단계를 더 포함하는,
    복합재 레이업의 경화 동안 진공 백의 내부 백 챔버 시일의 누출을 방지하는 방법.
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