KR20170097693A - 차량 저지 시스템을 위한 중합체 발포체 복합재 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예는 차량 저지 시스템(엔지니어링된 재료 저지 시스템(EMAS)으로서 또한 지칭됨)으로서 사용하는 복합재 재료에 관한 것이다. 구체적인 실시예는 개질된 중합체 발포체 복합재를 사용할 수 있다. 중합체 발포체는 그것들을 EMAS에 유용하게 만드는 첨가제, 코팅, 둘 모두의 조합, 또는 다른 특징부를 포함할 수 있다. 중합체 발포체는 보호 크러스트를 제공하는 하나 이상의 개질된 표면을 또한 가질 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 표면은 중합체 발포체 셀을 폐쇄하고/거나, 캡슐화 표면을 생성하는 것을 돕도록 열의 적용에 의해 개질될 수 있다. 이들 특징부는 향상된 내후성, 내화성, 수분 흡수, 제트 분사 내성, 개선된 그것들의 에너지 흡수 성질, 또는 다른 요구된 특징을 제공할 수 있다.
Description
관련출원에 대한 교차-참조
본원은 각각의 전체적인 내용이 본 명세서에 전체적으로 참조로 포함되는, 발명의 명칭이 "Polymeric Foam Composite for Vehicle Arresting System"인, 2014년 12월 18일자로 출원된, 미국 임시 출원 제62/093,622호 그리고 발명의 명칭이 "Polymeric Foam Composite for Vehicle Arresting System"인, 2015년 5월 22일자로 출원된, 미국 임시 출원 제62/165,401호의 이익을 주장한다.
본 개시내용의 실시예는 일반적으로 차량 저지 시스템(엔지니어링된 재료 저지 시스템(Engineered Material Arresting System)(EMAS)으로서 또한 지칭됨)으로서 사용하는 복합재 재료에 관한 것이다. 구체적인 실시예는 개질된 중합체 발포체 복합재를 사용할 수 있다. 중합체 발포체는 그것들을 EMAS에 유용하게 만드는 첨가제, 코팅, 둘 모두의 조합, 또는 다른 특징부를 포함할 수 있다. 중합체 발포체는 보호 크러스트(crust)를 제공하는 하나 이상의 개질된 표면을 또한 가질 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 표면은 중합체 발포체 셀을 폐쇄하고/거나, 캡슐화 표면을 생성하는 것을 돕도록 열의 적용에 의해 개질될 수 있다. 이들 특징부는 향상된 내후성, 내화성, 수분 흡수, 제트 분사 내성, 개선된 그것들의 에너지 흡수 성질, 또는 다른 요구된 특징을 제공할 수 있다.
항공기는 활주로의 종료부를 넘어 과주(overrun)하기 마련이고, 그에 의해 승객에 대한 부상 그리고 항공기의 파괴 또는 그것에 대한 심각한 손상의 가능성을 상승시킨다. 그러한 과주는 중단된 이륙 중에 또는 착륙 동안에 일어났었고, 이때에 항공기는 최대 80 노트의 속도로 주행한다. 과주의 위험성을 최소화하기 위해, 미국 연방 항공국(Federal Aviation Administration)(FAA)은 일반적으로 활주로의 종료부를 넘어 1,000 피트의 길이를 갖는 안전 영역을 요구한다. 이러한 안전 영역이 이제는 FAA 표준이지만, 전국에 걸친 많은 활주로는 이러한 표준의 채택 전에 건설되었다. 이들 활주로는 물, 도로, 또는 다른 장애물이 1,000 피트 과주 요건을 따르는 경제적인 준수를 방해하는 곳에 위치될 수 있다.
과주 상황의 심각한 결과를 완화하기 위해, 활주로를 넘어 기존의 토양 표면을 포함하는, 몇몇의 재료가 항공기를 감속시킬 수 있는 그것들의 능력에 대해 평가되었다. 그러나, 토양 표면은 주로 그것들의 성질이 예측불가능하기 때문에, 이동 중인 차량(예컨대 항공기)을 저지하는 최상의 해결책일 수 없다.
탐색된 또 다른 시스템은 활주로의 종료부를 이탈하여 주행하는 항공기 바퀴의 압력 하에서 예측가능하게 그리고 신뢰가능하게 압착(또는 그렇지 않으면 변형)되는 활주로의 종료부에 위치되는 재료 또는 장벽을 포함하는 차량 저지 시스템 또는 다른 압축가능 시스템을 제공하는 것이다. 압축가능, 저-강도 재료에 의해 제공되는 저항성은 항공기를 감속시켜 그것을 과주 영역의 범위 내에 정지시킨다. 차량 저지 시스템의 구체적인 예는 엔지니어링된 재료 저지 시스템(EMAS)으로 지칭되고, 이제는 2012년 9월 기준의 FAA 권고 회람(Advisory Circular) 150/5220-22B의 "항공기 과주에 대한 엔지니어링된 재료 저지 시스템(EMAS)"에 기술된 미국 공항 설계 표준의 일부이다. EMAS 및 활주로 안전 영역 계획은 FAA 명령 5200.8 및 5200.9에 의해 안내된다.
압축가능(또는 변형가능) 차량 저지 시스템은 예를 들어, 항공기 이외의 차량 또는 물체를 감속시킬 목적을 위해 도로 또는 보행자 보도(또는 다른 위치) 상에 또는 그것 내에 또한 위치될 수 있다. 상기 시스템은 통제불능 상태에서 속도를 올려 주행할 수 있고, 그에 따라 안전하게 정지되어야 하는 자동차, 기차, 트럭, 모터사이클, 트랙터, 모페드, 자전거, 선박, 또는 임의의 다른 차량을 안전하게 정지시키는 데 사용될 수 있다.
(특히 항공기를 저지하는 것과 관련되는) 차량을 저지하는 것으로 간주되었던 일부의 특정한 재료는 기포(cellular) 콘크리트, 발포(foamed) 유리, 초경량 시멘타이트 재료, 펄라이트 및 시멘트, 및 화학적으로 결합된 포스페이트 세라믹(CBPC)을 포함한다. 이들 재료는 활주로의 종료부에서 저지기 영역(arrestor zone) 내에 얕은 베드(shallow bed)로서 형성될 수 있다. 차량이 저지기 영역 내로 진입할 때, 그것의 바퀴는 재료에 압력을 가할 수 있고, 그에 의해 재료가 압착 또는 붕괴되게 하여 항력 하중(drag load)의 증가를 생성한다.
그러나, 지금까지 탐색된 재료들 중 일부는 개선될 수 있다. 예를 들어, 일부 종류의 발포체는 그것들이 즉각적인 "리바운드(rebound)" 특성을 가질 수 있고, 그에 의해 압축 후의 일부 에너지의 복귀를 초래한다는 점에서 불리할 수 있다. 예를 들어, 그것들은 고무 밴드와 같이, 원래 형상으로 복귀할 수 있다. 이것은 저지 기능이 완료되면, 외부 에너지가 이어서 항공기 타이어에 대해 재-작용되지 않아야 하기 때문에 바람직하지 않다. (그러나, 아래에 기술되는 바와 같이, 본 개시내용에 따른 재료들 중 일부는 느린 리바운드 특성을 가질 수 있고, 그에 의해 일어날 수 있는 임의의 리바운드가 차량이 상기 시스템을 지나간 후에 발생한다.) 기포 콘크리트는 시간에 따라 변할 수 있는 밀도 및 압축 강도를 갖고, 그 일부 성질은 그것의 가변적인 원료의 타고난 성질 그리고 후속적인 수화 공정으로 인해 제조 시에 유지하기 어려울 수 있다. 세라믹 성질은 소성 공정 중에 안정된 상태로 설정되지만, (균일성, 입자 크기, 결정 강도 등을 포함하는) 발포 유리 성질은 제어하기 어려울 수 있다. 차량 저지 베드를 위한 개선된 재료를 개발하는 것이 그에 따라 바람직하다.
하나의 추가적인 예가 페놀계 발포체 패널을 사용하는 항공기 저지 시스템을 탐색하였다. 이것은 미국 특허 제5,193,764호에 요약된다. 이러한 해결책은 접착제를 통해 층으로 적층되어 서로 고정될 수 있는 강성 발포체 보드를 제공하려고 시도한다. 강성 발포체는 2-4 파운드/세제곱 피트의 범위 내의 밀도 그리고 20-80 파운드/제곱 인치의 범위 내의 압축 강도를 갖는, 폐쇄형 셀 구조이다. 이러한 특허에 기술된 양호한 재료는 페놀계 발포체이고, 접착제는 라텍스 접착제이다. 페놀계 발포체는 그것 자체로 높은 수분 흡수를 가지므로, 이러한 시스템은 FAA에 의해 추가로 탐색 또는 추구되지 않았다.
ACRP 리포트 29 - "개발 중인 개선된 민간 항공기 저지 시스템(Developing Improved Civil Aircraft Arresting Systems)"는 미국 교통 연구 위원회에 의해 생성된 (그리고 미국 연방 항공국에 의해 후원된) 2009 리포트이다. 이러한 리포트는 EMAS를 위한 에너지 흡수재로서 사용될 수 있는 다양한 재료를 탐색한다. 리포트는 페놀계 발포체 및 스티로폼과 같은, 중합체 셀형(cellular) 발포체를 언급하지만, "시멘타이트 발포체가 중합체 발포체보다 이점을 제공하는 것으로 결정되었고"(섹션 2.2 참조), 그에 의해 관련 기술분야의 통상의 기술자가 중합체 발포체를 추구하지 않게 하는 것으로 설명한다.
본 발명의 실시예는 차량 저지 시스템(엔지니어링된 재료 저지 시스템(EMAS)으로서 또한 지칭됨)으로서 사용하는 복합재 재료에 관한 것이다. 구체적인 실시예는 개질된 중합체 발포체 복합재를 사용할 수 있다. 중합체 발포체는 그것들을 EMAS에 유용하게 만드는 첨가제, 코팅, 둘 모두의 조합, 또는 다른 특징부를 포함할 수 있다. 중합체 발포체는 보호 크러스트를 제공하는 하나 이상의 개질된 표면을 또한 가질 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 표면은 중합체 발포체 셀을 폐쇄하고/거나, 캡슐화 표면을 생성하는 것을 돕도록 열의 적용에 의해 개질될 수 있다. 이들 특징부는 향상된 내후성, 내화성, 수분 흡수, 제트 분사 내성, 개선된 그것들의 에너지 흡수 성질, 또는 다른 요구된 특징을 제공할 수 있다.
일 예에서, 중합체 발포체 재료로 형성된 하나 이상의 코어(core); 및 하나 이상의 코어 주위에 형성된 보호 재료의 코팅, 캡슐화부(encapsulation), 또는 층을 포함하는 차량 저지 시스템에 사용하도록 구성된 중합체 발포체 재료가 제공된다. 중합체 발포체 재료는 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 또는 폴리프로필렌일 수 있고, 페놀계 발포체를 포함하지 않는다. 중합체 발포체는 압출된 폴리스티렌 및/또는 팽창된 폴리스티렌일 수 있다.
중합체 발포체 재료는 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 중합체 발포체 재료는 재료의 하나 이상의 표면 상에 형성된 보호 크러스트를 가질 수 있다. 크러스트는 열 개질, 분말 코팅, 분무, 또는 임의의 다른 표면 개질 방법을 통해 재료의 하나 이상의 표면 상에 형성될 수 있다. 난연성, 내후성 코팅을 포함하는 코팅이 있을 수 있다. 일 예에서, 중합체 발포체 재료는 확장된 변형률 범위에 걸쳐 비교적 일정하게 유지되는 응력 대 변형률 프로파일을 나타낸다.
또 다른 예에서, 차량 저지 시스템에 있어서, 중합체 발포체로부터 형성된 복수의 코어를 포함하고, 복수의 코어는 하나 이상의 개별적인 코어에 형성되거나 복수의 코어에 형성된 코팅 또는 봉쇄 시스템(containment system)을 포함하고, 복수의 코어는 항공기 활주로의 종료부에 설치되는, 시스템이 제공된다. 코어는 제트 분사 내성 봉쇄 시스템에 대해 위치될 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 다양한 실시예에 따라 사용될 수 있는 발포체 블록의 일 예를 도시한다.
도 2는 코팅이 형성된 도 1의 발포체 블록을 도시한다.
도 3은 하나 이상의 표면으로의 열의 적용에 의해 생성되는 크러스트를 갖는 발포체 블록을 도시한다.
도 4는 차량 저지 시스템을 생성하는 데 사용될 수 있는 중합체 발포체 블록의 집합체를 도시한다.
도 5는 본 개시내용과 연계하여 사용하도록 시험되는 4개의 재료에 대한 다양한 압축 강도 대 압축 변형률을 예시하는 그래프를 제공한다.
도 2는 코팅이 형성된 도 1의 발포체 블록을 도시한다.
도 3은 하나 이상의 표면으로의 열의 적용에 의해 생성되는 크러스트를 갖는 발포체 블록을 도시한다.
도 4는 차량 저지 시스템을 생성하는 데 사용될 수 있는 중합체 발포체 블록의 집합체를 도시한다.
도 5는 본 개시내용과 연계하여 사용하도록 시험되는 4개의 재료에 대한 다양한 압축 강도 대 압축 변형률을 예시하는 그래프를 제공한다.
본 발명자들은 중합체 발포체가 차량 저지 시스템을 위한 에너지 흡수 재료로서 기능할 수 있는 것으로 결정하였다. 중합체 발포체는 그것들의 조성이 변화되면, 또는 그것들이 그것들을 차량 저지 목적에 적합하게 만드는 방식으로 처리, 코팅, 또는 그렇지 않으면 개질되면 유리하게 기능할 수 있다.
일 예에서, 에너지 흡수는 캡슐화된 셀형 중합체 복합재에 의해 제공될 수 있다. 캡슐화부는 봉쇄 시스템을 제공할 수 있다. 캡슐화부는 조기 열화 또는 손상으로부터 중합체 발포체 코어를 적어도 부분적으로 캡슐화, 피복, 또는 그렇지 않으면 보호하는 임의의 적합한 코팅, 적층물, 멤브레인, 봉쇄물, 보호 재료, 상부 층, 또는 임의의 다른 물질에 의해 제공될 수 있다. 캡슐화부는 분무식 또는 침지식 코팅에 의해 제공될 수 있다. 캡슐화부는 하나 이상의 중합체 발포체 표면으로의 열의 적용에 의해 제공될 수 있다. 이것은 경화된 크러스트를 생성할 수 있다. 이것은 예를 들어, 작업자가 그 결과의 중합체 발포체 복합재 위를 걷게 할 수 있거나 제트 분사로부터 재료를 보호하는 것을 도울 수 있는 캡슐화 표면을 생성할 수 있다. 캡슐화부는 화재 피해, 표면 상으로 낙하되는 작은 물체, 열화, 기상(비, 수증기, UV 노출, 우박, 눈, 결빙 등), 동물 공격, 화학물질 유출, 및/또는 바람 또는 제트 분사와 관련된 힘에 대한 내성을 제공할 수 있다. 추가적으로, 캡슐화부는 보행자를 위한 마찰력을 개선하는 미끄럼-방지 표면 또는 페인트가 부착될 수 있는 추가적인 표면 영역을 제공할 수 있다. 다양한 비-제한적인 캡슐화부 및/또는 코팅이 아래에 요약된다. 캡슐화된 중합체 복합재는 셀형 성격을 가질 수 있다.
본 발명자들은 중합체 발포체를 더 유망하게 그리고 요구된 환경에서 더 사용가능하게 만들 수 있는, 성질을 추가로 개선하는 첨가제 및 다른 성분을 갖는 개질된 중합체 발포체를 또한 조사하였다. 이들 첨가제를 갖는 중합체 발포체는 본 명세서에 요약된 것과 같이 캡슐화될 수 있다. 그러나, 이들 첨가제를 갖는 중합체 발포체는 그러한 캡슐화부 또는 코팅 없이, 단독으로 사용될 수 있다. 탐색된 중합체 발포체 복합재는 그것들이 차량을 안전하게 저지하는 데 유용하게 할 수 있는, 낮은 리바운드를 가질 수 있다.
본 개시내용의 실시예는 그에 따라 저-리바운드 중합체 발포체 코어(10)를 포함할 수 있는 차량 저지 시스템을 제공한다. 중합체 발포체 코어는 다양한 첨가제를 함유하도록 개질될 수 있다. 코어(10)는 다양한 두께를 갖는 시트, 모놀리식 구조, 또는 상이한 형상 또는 배향의 구성요소의 형태를 가질 수 있다. 도 1은 예시적인 중합체 발포체 코어(10)의 단지 하나의 예를 제공한다. 특정 형상이 도시되지만, 코어는 임의의 적합한 형상 또는 구성으로 형성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 코어(10)는 블록, 중공, 또는 천공 구조, 또는 다른 형상의 물체의 형태를 가질 수 있다. 코어는 요구된 저지 베드 형상으로 적층, 조립, 또는 그렇지 않으면 형성 또는 배향될 수 있다. 코어는 활주로 표면에 부착될 수 있다. 도 2에 의해 예시된 바와 같이, 코어는 그것에 형성된 하나 이상의 코팅 또는 외측 층(12)("봉쇄 시스템"으로서 또한 지칭됨)을 가질 수 있다. 코어는 코어를 서로에 대해 유지하는 외부 봉쇄 시스템 내에 위치될 수 있다.
일반적으로, 상기 복합재 시스템은 하중 하에서 압축될 수 있고, 최소의 리바운드를 가질 수 있다. 약간의 리바운드가 수용가능할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 약간의 리바운드를 갖는 재료가 사용되면, 일반적으로, 리바운드는 그것이 재료 위를 이동하는 차량 타이어에 대해 리바운드 압력을 가하지 않을 정도로 충분히 느리도록 의도된다. 일어날 수 있는 임의의 리바운드가 이동 중인 차량 타이어가 지나간 후에 발생한다. 이들 특징은 EMAS 내의 개질된 중합체 발포체 재료의 사용에 적합하다. 상기 시스템은 이물질 파편(foreign object debris)(FOD)의 위험성을 감소시킬 수 있는 더 작은 단편을 생성하는 파괴 모드를 가질 수 있다.
일 예에서, 그러한 차량 저지 시스템이 정지될 차량의 하중 지지 구조물(예컨대, 바퀴, 트랙, 랜딩 기어)에 의해 접촉될 때, 재료는 일반적으로 차량/기구에 의해 구체화되는 결과적 힘 이하의 힘으로 붕괴 및 압축될 것이다. 이것은 낮은 리바운드 내성을 제공할 수 있고, 그에 의해 시스템과 차량 사이의 전체적인 상호작용에서 흡수되는 에너지를 추가로 개선한다. 또 다른 예에서, 차량 저지 시스템이 정지될 차량의 하중 지지 구조물에 의해 접촉될 때, 재료는 파열 및 압착될 수 있다. 재료가 즉각적인 압착 없이 제트 분사, 재료 위를 걷는 작업자의 체중, 및 다른 외력을 견딜 수 있는 외측 표면을 또한 갖는 것이 또한 대체로 바람직하다. 따라서, 재료 상에 외측 크러스트 또는 분화된 층을 형성하는 것을 도울 수 있는 하나 이상의 표면 처리를 제공하는 것이 또한 가능하다. 크러스트가 특히 얇은 크러스트일 것이 요구되지 않는다. 상부 층은 1/64 인치 내지 블록 그 자체의 두께의 1/2 중 임의의 크기를 갖는 크러스트일 수 있다.
이러한 분화된 층은 효과적으로는 2차적인 또는 추가적인 층일 수 있다. 크러스트 층은 복합재 블록형 재료를 제공할 수 있다. 일 예에서, 2개의 상이한 발포체 재료를 조합하는 것이 가능하고, 이때에 재료들 중 하나가 제1 재료와 상이한 특성을 제공한다. 또 다른 예에서, 중합체 분말이 블록의 표면에 첨가되고 가열되어 크러스트를 형성할 수 있다. 또 다른 예에서, 층이 블록에 적층될 수 있다. 또 다른 예에서, 층이 블록 상으로 분무, 페인팅, 또는 침지될 수 있다.
다음에는 중합체 발포체 코어를 형성하는 데 사용될 수 있는 일부의 중합체 재료의 성질의 기술이 제공된다. 이러한 기술은 사용될 수 있는 다양한 첨가제, 개질, 및 봉쇄/코팅 시스템을 또한 포함한다.
원료: 원료는 중합체 발포체 재료일 수 있다. 원료 공급원은 유기 중합체(폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 페놀계 화합물 등 또는 위에 언급된 임의의 것의 혼합물)일 수 있다. 예시적인 재료의 비-제한적인 예는 압출된 폴리스티렌 발포체, 팽창된 폴리스티렌 발포체, 압출된 폴리우레탄 발포체, 팽창된 폴리우레탄 발포체, 압출된 페놀계 발포체, 팽창된 페놀계 발포체, 또는 그것들의 임의의 조합을 포함한다. 재료는 복잡한 중합체 혼합물일 수 있다. 혼합물은 하나 이상의 충전제, 공중합체, 발포제, 가교-결합 중합체, 밀도 개질제, 가속제, 지연제, 윤활제, 그것들의 조합, 또는 임의의 다른 첨가 성분을 포함할 수 있다. 재료는 본 명세서에 기술된 방식들 중 하나 이상으로 개질 및/또는 코팅 및/또는 캡슐화되는 임의의 중합체 발포체일 수 있다.
일 예의 발포 중합체가 꽃 및 공예 적용분야에 사용되는 폴리우레탄이다. 이러한 재료는 에너지를 흡수하지만, 수분을 또한 흡수할 수 있고, 화재 상태 하에서 쉽게 불탈 수 있다. 이러한 재료는 또한 초기의 압력이 가해진 후에 반발하고, 이것은 차량 저지 시스템에 사용하는 데 바람직하지 않다. 또 다른 예의 재료는 공예 적용분야에 사용되는, 압출된 폴리스티렌이다. 이러한 재료는 에너지를 흡수하지만, 난연성을 갖지 않고, 요구된 것보다 높은 리바운드를 가질 수 있다. 따라서, 그러한 재료가 본 개시내용에 사용될 수 있지만, 하나 이상의 개질이 EMAS에서의 그것들의 사용을 위해 그러한 발포 중합체에 행해져야 하는 것으로 여겨진다. 이들 개질은 발포체 그 자체로의 하나 이상의 충전제의 첨가, 및/또는 재료 위에 코팅, 적층물, 또는 다른 코팅을 제공하는 것일 수 있다.
하나의 구체적인, 비-제한적인 예에서, 압출된 폴리스티렌 발포체(XPS)(그것의 하나의 예가 더 다우 케미컬 컴퍼니(The Dow Chemical Company)에 의해 판매되는, 임팩스® 폼(Impaxx® Foam)으로 지칭됨)이 사용될 수 있다. 이러한 재료는 에너지 흡수 재료로서 판매되고, 그것은 기존에도 일부의 레이싱 카 범퍼, 도어, 및 헬리콥터 도어 및 바닥 패널과 같은 다른 첨단 적용분야에 적용된다. 그러나, 이러한 재료는 EMAS(엔지니어링된 재료 저지 시스템) 코어로서의 그것의 성공적인 사용을 위해 개질될 수 있다. 하나 이상의 개질이 없으면, 이러한 재료는 이방성일 수 있고, 너무 강력할 수 있고, 화재 위험성을 생성할 수 있는 것으로 여겨진다. 본 발명자들은 그러한 발포체 재료를 개질하는 것이 이들 도전과제를 극복할 수 있는 것으로 결정하였다. XPS 발포체는 일반적으로 반발하지 않고, 압착 시에 파열 또는 파단된다.
일부 경우에, 압출된 폴리스티렌 발포체를 생성하는 데 사용되는 압출 공정은 발포체 상에 상부 모서리 또는 크러스트(14)를 생성할 수 있다. 이것은 도 3에 의해 예시된다. 이러한 크러스트 재료는 발포체가 다른 목적에 사용될 때에 절단될 수 있지만, 본 개시내용에 대해, 생성된 크러스트(14)는 코어(10) 상의 제자리에 남겨져 재료의 강도를 추가하여 보호 코팅/크러스트/커버링/캡슐화부를 형성하는 것을 도울 수 있는 것이 가능하다.
또 다른 예에서, 팽창된 폴리스티렌(EPS) 발포체가 사용될 수 있다. EPS 발포체는 약간의 리바운드/더 큰 탄성 변형을 가질 수 있지만, 리바운드는 그것이 차량 타이어에 대해 즉각적으로 반응하지 않을 정도로 대체로 느리다.
다른 잠재적인 발포체 패널 제조업자는 오웬스 코밍(Owens Coming), 조지아 퍼시픽(Georgia Pacific), 팩티브(Pactiv), 서튼티드(Certainteed)(생 고뱅(Saint Gobain)의 사업부), 제이엠 코프(JM Corp), 바스프(BASF) 등을 포함하지만 그것들로 제한되지 않는다. 이들 중 많은 회사가 (대개 단열 재료로서 주택에 사용되는) 패널 형태로 중합체 발포체를 제조한다. 그러나, 이들 중 어느 재료도 진정한 차량 저지 시스템으로서 기능하는 데 충분히 적합한 것으로 여겨지지 않는다. 그것들은 활주로의 종료부에 그러한 발포체를 위치시키고, 20 년의 내구성을 요구하는, FAA 회람에 따라--EMAS에 요구되는 바와 같은, 장시간 동안 기상 요소에 노출되는 가혹한 환경을 견디지 못할 것이다.
시장에서 입수가능한 기존의 적층 발포체는 직물, 금속 적층물 또는 플라스틱 필름 또는 캐리어를 사용하여 제조된다. 그러한 "적층 발포체"의 의도된 작용은 (주택 산업을 위해 판매되는 PU 발포체와 같은) 수분 흡수로부터 발포체 코어 그 자체를 보호하는 것이다. 그러한 적층물은 EMAS 적용분야에 적절하지 않은데, 그것들이 너무 강력하거나 너무 탄성이거나, 압력 하에서 쉽게 파열 또는 변형되지 않기 때문이다. 이러한 특징은 단독으로도 기존의 점두 판매되는(over-the-counter) 적층 발포체 제품을 EMAS에 적합하지 않게 만든다. 적층물은 성능을 방해할 수 있고, 실외 환경에 노출될 때에 지속되지 못할 수 있다. 기존의 발포체 패널은 주택 또는 부유 디바이스 등을 건축할 때에 노출되지 않고, 다른 재료로 피복된 상태로 판매된다.
본 발명자들은 중합체 발포체가 그것이 요구된 압착 및/또는 압축 강도 특징을 갖게 하도록 하나 이상의 방식으로 개질될 수 있는 것으로 결정하였다. (이들 중 많은 특징, 제한, 및 파라미터는 본 출원인의 동시-계속 중인 출원 및 허여된 특허에서 정의된다. 요구된 압축은 이들 중 일부 재료에서 압축 구배 강도(compressive gradient strength)(CGS)로서 지칭될 수 있다.) 이들 개질은 하나 이상의 충전제의 첨가 및/또는 재료 위에 코팅, 적층물, 캡슐화부, 봉쇄 시스템, 또는 다른 코팅 또는 층을 제공하는 것일 수 있다.
재료 파라미터. 특정한 용도에 적합한 중합체 발포체 재료를 결정하기 위해, 시험은 에너지 흡수 곡선을 사용할 수 있다. 일 예가 도 5에 의해 예시된다. 이러한 시험은 압축 변형률(백분율 %로 측정됨)에 대한 압축 강도(파운드/제곱 인치 "psi"로 측정됨)를 비교할 수 있다. 예시된 바와 같이, 특정 압축 변형률에 도달될 때까지, 안정기를 유지할 수 있는 초기의 강도 파라미터가 있다. 응력이 확장된 변형률 범위에 걸쳐 비교적 일정하게 유지되고, 그에 의해 안정형 프로파일을 생성할 때, 이것은 시험된 재료가 EMAS에 사용될 때에 유리한 효과를 가질 수 있다는 것을 나타낼 수 있다. 관련된 시험이 행해져 임의의 특정한 중합체 발포체 재료의 에너지 곡선 프로파일을 분석하는 것이 가능하다. 그러나, 모든 발포체가 안정기를 생성하지는 않지만 그것들은 여전히 유망한 후보일 수 있다. 특정한 재료가 유망한 것으로 보이면, 재료에 하나 이상의 코팅을 추가하는 것이 가능하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 첨가제를 첨가하여 특정 재료 파라미터를 변화시키거나 그렇지 않으면 개질하고 그에 의해 발포체 강도 또는 임의의 다른 인자를 변경하는 것이 가능하다.
첨가제: 첨가제가 요구되지 않지만, 그것들이 제공되면, 그것들은 난연제 또는 다른 충전제를 포함할 수 있다. 다른 첨가제는 안료, 그라파이트, 탄소 섬유, 에어로겔 입자, 나노 재료, 시멘타이트 재료, 세라믹 재료, 또는 그것들의 조합을 포함할 수 있지만 그것들로 제한되지 않는다. 발포체를 생성하는 데 구성요소 또는 처리 보조제로서 작용하는 가스 또는 화학물질이 첨가될 수 있다. 다른 임의적인 첨가제는 동물 또는 식물 성장 억제제를 포함할 수 있지만 그것들로 제한되지 않는다. 예를 들어, 재료가 동물에게 불쾌한 냄새 또는 맛을 갖게 하는 첨가제가 재료에 첨가될 수 있다. 예컨대, 재료 상에서의 세균 또는 곰팡이 성장을 방지하는 첨가제가 재료에 첨가될 수 있다. 다른 첨가제가 가능하고, 본 개시내용의 범주 내에서 고려된다. 일 예에서, 첨가될 재료는 일반적으로 발포체가 특정 속도로 이동하는 차량과 접촉 시에 신뢰가능하게 압착, 변형, 또는 붕괴되게 하여 차량의 이동을 저지하고/거나, 그것의 기계적 성질 및 등방성 성격을 개질하도록 의도될 수 있다. 임의적인 첨가제가 또한 동물, 미생물, 또는 기상 공격으로부터 재료의 일체성을 보호하는 것을 도울 수 있다.
일 예에서, 재료의 취성을 증가시키는 하나 이상의 첨가제를 포함하는 것이 가능하다. 예를 들어, EMAS의 요구된 파괴 모드는 "스내핑(snapping) 파괴" 대 탄성(예컨대, 고무 단편을 견인하는) 파괴이다. (이것은 오늘날 많은 상업적으로 입수가능한 발포체에서 공통적인 거동이다.)
공정: 발포체를 제조하는 데 사용되는 임의의 공정(기존 또는 미래)이 본 명세서에 기술된 중합체 발포체 복합재를 제조하는 데 사용될 수 있다. 본 명세서에 기술된 코어 구성요소의 제조에 사용될 수 있는 주요 공정은,
· 가스로의 고온 중합체의 압출(즉 XPS)
· 가스로의 고온 중합체의 팽창(즉 EPS)
· 화학 반응에 의한 중합체의 팽창(즉 팽창된 폴리우레탄)
인 것으로 여겨진다.
위의 공정들 중 임의의 것이 발포체만, 또는 코팅된/적층된 발포체를 제조할 수 있다.
다른 공정이 상이한 종류의 발포체를 위한 용도로 가능하고, 본 개시내용의 범주 내에서 고려된다는 것이 이해되어야 한다.
열 개질: 일 예에서, 중합체 발포체 코어 또는 구성요소의 하나 이상의 표면에 열을 적용하는 것이 가능할 수 있다. 이러한 개질은 코어가 형성된 후에(처리 후에) 또는 코어의 형성 중에(예컨대, 압출 중에) 행해질 수 있다. 열 개질은 압출 공정 중에 성취될 수 있다. 일 실시예에서, 크러스트 재료(14)는 재료가 매우 뜨거운 다이를 통해 압출됨에 따라 형성될 수 있다. 열 개질은 표면에 적용될 수 있는 열 판을 사용하여 성취될 수 있다. 열 개질은 오븐 또는 다른 열 생성 기구를 통해 성취될 수 있다. 열 개질은 화염 적용, 블로우 토치의 사용에 의해, 코어의 표면에 임의의 다른 종류의 가열된 기구를 적용하거나 접촉시켜 표면들 중 하나 이상에 열을 적용함으로써 성취될 수 있다. 열 개질은 압출 공정 그 자체를 통해 성취될 수 있다. 일반적인 목표는 적어도 하나의 표면 상의 중합체 발포체 재료의 특징을 변화시켜 적어도 열 개질에 노출되는 표면 상에 캡슐화 크러스트(14)를 제공하는 것이다.
사용된 온도는 외측 층의 약 1/64" 내지 약 1"가 용융되게 하여 코어 상에 크러스트를 형성할 정도로 충분할 수 있다. 하나의 유용한 유사점은 크렘 브릴레의 생성일 수 있다. 사용 시, 경화된, 대체로 비-다공성 크러스트가 열의 적용을 통해 보다 다공성인 중합체 발포체 재료의 상부에 형성된다.
형성된 크러스트는 코어 상에 경질 표면을 제공할 수 있다. 그것은 겔형 코트의 외관을 가질 수 있다. 경질 표면은 물 침투, 동물 공격, 제트 분사 손상을 방지하는 것을 도울 수 있고, 및/또는 작업자가 저지 시스템의 검사 중에 걸을 수 있는 표면을 제공할 수 있다.
다른 개질. 일 예에서, 중합체 발포체에는 특정 방향 또는 모드로 재료를 약화시킬 수 있는 구멍/슬릿/커트가 천공될 수 있다. 이것은 재료가 예리한 모서리 없이, 작은, 가벼운 단편으로 손에 의해 쉽게 분해되게 할 수 있다. 제안된 재료는 일반적으로 금속 표면에 점착되지 않을 것이고 이것은 그것이 이물질 파편(FOD) 위험성을 제공하지 않을 것이고; 항공기에 대한 손상의 잠재적인 발생원이 아닐 것이라는 것을 의미한다. 추가적으로, 이들 천공은 재료를 더 양호한 에너지 흡수재로 만들 수 있도록, 재료의 기계적 성질을 개질할 수 있다. 구체적인 예에서, 중합체 발포체 재료는 압출된 폴리스티렌일 수 있다. 구멍은 발포체의 제조 후에 형성되거나 발포체의 제조 중에 형성되는 것을 포함하는, 임의의 적합한 방법에 의해 형성될 수 있다.
봉쇄 시스템/코팅/캡슐화부. 재료의 코어 블록 주위에, 재료의 코어 블록의 세그먼트 주위에, 또는 재료의 코어 블록의 전체적인 형성부 주위에 봉쇄 시스템을 제공하여 장벽을 제공하는 것이 또한 가능하다. 이것은 위에 요약된 바와 같이, 기상 요소, 외부 요소(인간 또는 동물 조작), 난연성 장벽, 또는 그것들의 임의의 조합에 대한 장벽일 수 있다. 이것은 다양한 발생원으로부터의 가능한 열화로부터 중합체 발포체 코어 또는 코어들의 조합을 적어도 부분적으로 보호하도록 기능하는 층(12), 멤브레인, 코팅, 커버, 또는 임의의 다른 시스템으로서 형성될 수 있다.
하나의 잠재적인 봉쇄 시스템이 열 및 화염 장벽에 사용될 수 있는 난연성 코팅(12)으로서 제공될 수 있다. 그러한 재료의 하나의 비-제한적인 예가 오늘날 템프로텍스(Temprotex)TM로서 판매된다. 난연성 재료가 페인트와 같이 도포되어 중합체 코어 재료를 코팅할 수 있다. 그것은 재료의 하나 이상의 코어 상으로 임의의 다른 적합한 방법을 통해 분무, 브러싱, 침지, 접착 또는 도포될 수 있다. 또 다른 잠재적인 코팅이 폴리우레아 코팅이다.
또 다른 잠재적인 봉쇄 시스템은 직물, 패널, 코팅, 크러스트, 또는 다른 커버/코트/재료를 포함하는 상부 코트(top coat)를 제공하는 것일 수 있다. 예를 들어, 위에-기술된 열-형성된 크러스트는 재료에 대한 플레이킹 또는 다른 손상을 방지하는 것을 도울 수 있다. 구체적인 실시예에서, 이러한 상부 코트 봉쇄 시스템은 개별적인 코어 구성요소(10)를 피복하지 않아도 되고, 전체적인 시스템(20) 위에 형성될 수 있다. (서로에 대한 코어 구성요소(10)의 시스템(20)의 일 예가 도 4에 의해 예시된다.) 다른 예에서, 이러한 상부 코트는 재료의 다수의 블록 또는 구성요소의 개별적인 세그먼트를 피복할 수 있거나, 그것은 재료의 개별적인 블록 또는 구성요소를 피복할 수 있다.
봉쇄 시스템이 일반적으로 코어(10)에 강도를 제공하지만, 코팅이 파열가능하게 하는 하나 이상의 첨가제를 코팅에 제공하는 것이 또한 가능하다. 이것은 차량 바퀴가 충격 시에 코팅/코어 내로 침투되게 할 수 있다. 이것은 파열되어 공기를 통해 나아가는 코팅의 부분으로 인해 이물질 손상(FOD)의 위험성을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 또 다른 예에서, 코팅은 가요성/변형성 코팅일 수 있다. 차량 바퀴의 충격 시, 코팅은 발포체의 변형을 유발할 수 있지만, 압착을 유발하지 않는다. 상이한 파괴 모드가 상이한 봉쇄 시스템에 의해 제공되는 것이 가능하다.
또 다른 잠재적인 봉쇄 시스템은 전체적인 시스템을 구성하는 작은 그룹으로 포장되는 재료의 코어 블록 또는 구성요소를 제공하는 것이다. 이들 개념은 본 출원인의 동시-계속 중인 출원 제2013/0020437호에 기술될 수 있다.
또 다른 잠재적인 봉쇄 시스템은 개별적으로 포장 또는 코팅되는 것과 같이 각각의 개별적인 코어 구성요소를 제공하는 것이다. EMAS는 복수의 개별적인 코팅된 구성요소를 사용함으로써 형성될 수 있다.
고정. 다양한 방법이 전형적으로 항공기 활주로인, 요구된 위치에 코어(10)를 고정하는 데 사용될 수 있다. 일 예에서, 아스팔트의 층이 활주로에 일련의 발포체 코어(10)를 부착하는 데 사용될 수 있다. 발포체 코어(10)가 낮은 전단 강도를 갖고 제트 분사로 인해 제위치로부터 파열될 가능성이 높기 때문에, 코어(10)는 일반적으로 강도를 추가하고 제위치에 발포체를 고정하는 것을 돕도록 코팅된다. 일 예에서, 코팅은 폴리우레아 코팅일 수 있다. 그러한 코팅은 상당히 강력하고 탄성이지만 기상, 제트 분사, 및 다른 환경적인 공격으로부터 코어를 보호하는 것을 도울 수 있다. 다른 코팅이 가능하다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 다른 코팅들 중 하나 이상이 사용될 수 있다.
일 예에서, 각각의 개별적인 블록은 고정 전에 개별적으로 코팅될 수 있다. 또 다른 예에서, 전체적인 블록 시스템이 고정되고 이어서 집합적으로 코팅될 수 있다. 발포체 빌릿(billet)들 사이에 하나 이상의 접착제 층이 제공될 수 있다.
또 다른 예에서, 코어는 제트 분사 내성(jet blast resistant)(JBR) 봉쇄 시스템에 대해 고정될 수 있다. 본 양수인은 임의의 것이 본 개시내용과 연계하여 사용될 수 있는, 특정 시스템에 대한 다양한 특허를 보유한다. 예는 미국 특허 제6685387호; 제6971817호; 제7261490호; 제7597502호; 제8021075호를 포함한다.
코어 재료의 운반: 중합체 발포체가 지금까지 사용되었던 다른 종류의 차량 저지 재료 중 일부보다 가볍다는 것이 밝혀졌기 때문에, 그것을 더 쉽게 운반하도록 코어 재료를 형성하는 것이 가능하다. 일 예에서, 코어에는 코어의 하나 이상의 측면 상에 파지 만입부가 형성될 수 있다. 이것은 차량 저지 시스템이 형성되어야 할 때에 작업자가 코어 재료를 들어 올려 그것을 요구에 따라 위치시키는 것을 도울 수 있다. 또 다른 예에서, 코어에는 코어로부터 돌출하는 하나 이상의 핸들 요소가 형성될 수 있다. 핸들 요소는 코어 재료 그 자체로서 형성될 수 있다(예를 들어, 핸들 구성요소가 처리 중에 형성되고 이어서 후속 처리 중에 핸들을 경화시키는 열 개질이 가해질 수 있다). 핸들 요소는 코어와 일체로 형성된 로프 핸들, 금속 핸들 등과 같은, 추가적인 요소로서 추가될 수 있다. 코어 내에 만입부, 구멍, 다른 형태의 개구 특징부를 제공하는 것이 또한 가능하고 그에 의해 코어 재료의 용이한 운반을 위해 만입부, 구멍 또는 개구 내로 삽입될 수 있는 집게(tong) 또는 다른 요소를 수용할 수 있다.
변화 및 변형, 추가 및 삭제가 본 개시내용 또는 하기 청구범위의 범주 또는 사상으로부터 벗어나지 않으면서 위에 인용되고 도면에 도시된 구조 및 방법에 행해질 수 있다.
Claims (11)
- 중합체 발포체 재료로 형성된 하나 이상의 코어; 및
하나 이상의 코어 주위에 형성된 보호 재료의 코팅, 캡슐화부, 또는 층
을 포함하는 차량 저지 시스템에 사용하도록 구성된 중합체 발포체 재료. - 제1항에 있어서, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 또는 폴리프로필렌을 포함하고, 페놀계 발포체를 포함하지 않는 중합체 발포체 재료.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 중합체 발포체가 압출된 폴리스티렌 및/또는 팽창된 폴리스티렌을 포함하는 것인 중합체 발포체 재료.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함하는 중합체 발포체 재료.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 재료의 하나 이상의 표면 상에 형성된 보호 크러스트를 추가로 포함하는 중합체 발포체 재료.
- 제5항에 있어서, 재료의 하나 이상의 표면 상에 형성된 크러스트가 열 개질, 분말 코팅, 분무, 또는 임의의 다른 표면 개질 방법을 통해 형성된 것인 중합체 발포체 재료.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅이 난연성, 내후성 코팅을 포함하는 것인 중합체 발포체 재료.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 재료 상의 하나 이상의 핸들을 추가로 포함하는 중합체 발포체 재료.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 확장된 변형률 범위에 걸쳐 비교적 일정하게 유지되는 응력 대 변형률 프로파일을 나타내는 중합체 발포체 재료.
- 중합체 발포체로부터 형성된 복수의 코어
를 포함하고,
복수의 코어는 하나 이상의 개별적인 코어에 형성되거나 복수의 코어에 형성된 코팅 또는 봉쇄 시스템을 포함하고,
복수의 코어가 항공기 활주로의 종료부에 설치되는 것인,
차량 저지 시스템. - 제10항에 있어서, 코어가 제트 분사 내성 봉쇄 시스템에 대해 위치된 것인 시스템.
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