KR20190002768A - 복합 팬케이스용 원주방향 보강재 - Google Patents

Abstract

제직 예비성형체, 예를 들어, 제트기 엔진 팬케이스에 사용되는 제직 예비성형체는 예비성형체 조립체의 강도 및/또는 동적 성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 부착점으로서의 역할을 하기 위하여 추가적인 보강재가 필요할 수 있다. 본 발명은 원주방향 또는 축방향의 보강재를 포함하는 몇몇 향상된 제직 예비성형체 뿐만 아니라 이의 제조 방법을 개시한다. 일 구현예는 제직 예비성형체에 첨가된 원주방향 보강재를 포함한다. 다른 구현예는 일체형 보강재를 형성하도록 결합한 일체형 플랜지를 갖는 서브-예비성형체를 포함한다. 추가적인 구현예는 베이스 서브-예비성형체 랩 상에 감긴 중간 보강재를 포함하고, 상기 중간 보강재 랩은 중간 보강재를 통합한다. 다른 구현예는 예비성형체를 형성하는 다층 포 복합체의 최외각 랩 중 하나 이상의 층에 분기부(bifurcation)를 통합하고, 상기 분기된 외측 랩이 접혀져서 원주방향으로 또는 축방향으로 배향될 수 있는 보강재를 형성한다.

Description

복합 팬케이스용 원주방향 보강재{Circumferential stiffeners for composite fancases}

본 발명은 복합 예비성형체용 원주방향 보강재에 관한 것이고, 더욱 구체적으로, 제트 항공기 엔진용 팬케이스 예비성형체(preform)를 형성하도록 가공될 수 있는 예비성형체의 제조에 관한 것이다.

본 명세서에서 언급된 모든 특허, 특허 출원, 문헌, 참조, 임의의 제품에 대한 제조업자의 지시사항, 설명, 제품 규격, 및 제품 시트는 참조에 의하여 본 명세서에 통합되며, 본 발명의 실시에 있어서 사용될 수 있다.

구조 성분들을 생산하기 위한 강화 복합체의 사용은 현재 널리 퍼져 있으며, 경량이고, 강하고, 인성이 크고, 열 저항성이고, 자기지지성이며, 성형(forming) 및 형태화(shaping)에 적응성인 것을 포함하는 이들의 바람직한 특성이 추구되는 응용 분야에서 특히 그러하다.

이와 관련하여, 윤곽 제직 예비성형체(contour woven preform)는 수지 이송 성형품(resin transfer molded articles), 예를 들면, 제트 엔진용 팬케이스의 섬유 강화를 제공하기 위하여 사용된다. 이러한 예비성형체는 이들이 적절한 크기의 맨드렐(mandrel)에 감길 때 특정한 단면 형상을 가지도록 제작된다. 이러한 형상은 일반적으로 양 단부에 일체형 플랜지(integral flange)를 갖는 다양한 두께의 배럴 섹션으로 기술될 수 있다.

전형적으로 이러한 예비성형체들은 유리, 탄소, 세라믹, 아라미드, 폴리에틸렌, 및/또는 소망하는 물리적, 열적, 화학적 및/또는 다른 성질(그 중에서 중요한 것은 응력 파괴에 대항하는 큰 강도이다)을 나타내는 다른 재료와 같은 재료로부터 만들어지는 제직인 포(fabric)로 이루어진다. 궁극적으로 완성된 복합체의 구성 요소가 되는 그러한 포의 사용을 통하여, 복합 예비성형체는 완성된 복합체 물품에 매우 큰 강도와 같은, 포의 소망하는 특성을 부여한다. 보통 선택되는 포의 특성의 최적 이용을 보장하기 위하여 특히 주의가 기울여진다.

목적하는 예비성형체가 구축된 이후에, 성형 또는 조밀화 작업은 수지 매트릭스 재료가 제직 예비성형체로 또는 제직 예비성형체 내로 도입될 때 일어나고, 이에 의하여 전형적으로 예비성형체는 수지 매트릭스 재료 중에 둘러싸이며, 매트릭스 재료는 예비성형체의 구성 요소들 사이의 틈새 영역을 충전한다. 수지 매트릭스 재료는 에폭시, 페놀, 폴리에스테르, 비닐-에스테르, 세라믹, 탄소 및 소망하는 물리적, 열적, 화학적 및/또는 다른 성질을 또한 나타내는 다른 재료와 같은 상당히 다양한 임의의 재료일 수 있다. 수지 매트릭스로서 사용되기 위하여 선택되는 재료는 강화 예비성형체의 재료와 같거나 같지 않을 수 있으며 필적할 만한 물리적, 화학적, 열적, 또는 다른 성질을 가질 수 있거나 갖지 않을 수 있다. 그러나, 전형적으로 그들은 같은 재료가 아닐 것이며 또는 필적할 만한 물리적, 화학적, 열적, 또는 다른 성질을 갖지 않을 것이다. 왜냐하면, 무엇보다도 복합체를 사용하는데 있어서 추구되는 통상의 목적이 하나의 구성 재료만을 사용하는 것으로는 달성할 수 없는 특성의 조합을 완제품에서 달성하는 것이기 때문이다. 그렇게 조합된 후, 제직 예비성형체와 매트릭스 재료는 그 후 동일한 작업에서 열경화 또는 다른 공지의 방법으로 경화되고 안정화될 수 있으며, 그 후 목적하는 부품을 생산하기 위한 다른 작업이 가해질 수 있다. 그렇게 경화된 후, 고화된 매트릭스 재료의 덩어리(mass)는 보통 강화 재료(예를 들면, 제직 예비성형체)에 매우 강하게 부착되어 있는 것에 주의하는 것이 이 시점에서 중요하다. 그 결과, 완성된 부품상의 응력은, 특히 섬유들 사이의 접착제로서 작용하는 매트릭스 재료를 통한 응력은 예비성형체의 구성 재료로 효과적으로 전달되고 이에 의하여 효과적으로 지탱된다.

섬유 강화를 제공하는 윤곽 제직 예비성형체를 사용하고, 그 후 예를 들어, 수지 이송 성형(resin transfer molding)에 의해 함침된(impregnated), 도 1에 나타난 실시예와 같은 제트 엔진용 팬케이스는 이미 종래에 알려져 있다. 예비성형체의 이러한 유형의 사용은 여러 이점들을 제공하는데, 이들 중 몇몇은: 원주방향 및 축방향으로 연속적인 섬유를 제공하고; 절단(cutting) 및 접어넣기(darting)의 제거를 통해 수공 작업(touch labor)을 최소화하며; 또한 절단 및 접어넣기 필요성을 제거함으로써 공정 낭비를 최소화한다는 것이다.

그러나, 현재의 제직 예비성형체가 많은 응용분야에 적합한 반면, 팬케이스가 하나 이상의 축 방향 위치에서 추가의 원주방향 또는 축방향 보강재를 필요로 하는 상황이 있다. 그러므로, 예비성형체의 강도 및/또는 동적 성능을 개선하는데 사용되는 중간 원주방향 보강재로 향상된 윤곽 제직 예비성형체를 제공하는 것은 본 기술 분야에서 발전이 될 것이다. 팬케이스에 사용되면, 이러한 보강재는 팬케이스 자체 또는 보조 장치(auxiliary equipment)를 부착하는데 부착점(attachment point)으로서의 역할을 할 수 있다. 본 명세서는 원주방향 보강재를 포함하는 여러 가지가 개선된 예비성형체 조립체뿐만 아니라 이의 제조 방법을 기술한다.

본 발명의 일 예시적인 구현예는 적합하게 설계된 맨드렐의 중심선(centerline) 둘레에 배럴형(barrel-shaped)의 원주 또는 고리를 형성하기 위한 연속적인 단일층 또는 다층 포의 하나 이상의 랩(wrap)이 포함된 제직 예비성형체이다. 상기 포의 랩은 중심선 둘레에 제1 가장자리 원주(edge circumference)를 형성하는 제직 포의 제1 가장자리에 배치된 일체형 플랜지를 형성할 수 있다. 상기 포의 랩은 또한 중심선 둘레에 제2 가장자리 원주를 형성하는 제직 포의 제2 가장자리에 배치된 일체형 플랜지를 형성할 수 있다.

상기 포의 랩이 "배럴형의" 원주를 형성하는 것으로 기술되는 반면, 예비성형체는 일반적으로 외부로 돌출되거나(bulge out), 내부로 돌출되거나(bulge in), 또는 일부 영역에서는 외부로 돌출되고, 다른 영역에서는 내부로 돌출될 수 있는 원통형 벽을 가진 원통(cylinder)으로 구성된다. 본 명세서를 통해, 용어 배럴, 배럴형 및 이들의 변형은 상기 예비성형체 형상의 변화 설명에 따르도록 사용된다.

보강재, 플랜지, 또는 보강재와 플랜지 모두는 예비성형체 둘레에 제직 포의 하나 이상의 층을 적어도 부분적으로 원주방향으로 감음(wrapping)으로써 예비성형체의 외측 표면 상에 형성될 수 있다. 보강재는 예비성형체의 제1 및 제2 포 가장자리 사이에 위치하여 형성될 수 있고; 및 플랜지는 예비성형체의 가장자리에 형성될 수 있다. 하나 이상의 원주방향 보강재는 분리된 윤곽 제직 포로부터 형성될 수 있고, 중심선 둘레의 예비성형체의 배럴형의 원주에 이웃하고 접하거나, 또는 인접(abutting)할 수 있다. 하나 이상의 원주방향 보강재 및/또는 하나 이상의 플랜지는 경사(warp) 방향, 위사(weft) 방향, 또는 경사 방향 및 위사 방향 둘 다에서 스트레치 절단 섬유를 포함하는 포로부터 형성될 수 있다.

일 구현예에 따른 본 발명은 단일층 포의 하나 이상의 랩을 포함하는 하나 이상의 원주방향 보강재를 형성한다.

일 구현예에 따른 본 발명은 다층 포의 하나 이상의 랩을 포함하는 하나 이상의 원주방향 보강재를 형성한다.

일 구현예에 따른 본 발명은 윤곽 제직 포의 하나 이상의 층을 포함하는 하나 이상의 원주방향 보강재를 형성한다.

일 구현예에 따른 본 발명은 경사 방향, 위사 방향, 또는 경사 방향 및 위사방향 둘 다에서 스트레치 절단 섬유를 포함하는 단일층 또는 다층 제직 포의 하나 이상의 층으로 이루어진 하나 이상의 원주방향 보강재를 형성한다.

일 구현예에 따른 본 발명은 하나 이상의 원주방향 보강재를 갖는 예비성형체를 더 포함하고, 여기서 하나 이상의 길이의 제직 재료(lengths of woven material)는 윤곽 제직 포의 층들 사이에 바이어스 방향으로 삽입(insert)된다.

일 구현예에 따른 본 발명은 성형 전에 예비 성형체에 고정된 하나 이상의 원주방향 보강재를 갖는 예비성형체, 및 보강재 섹션 및/또는 T-성형(T-forming)(미국 특허 제 6,103,337호 참조, 이 내용은 본 명세서에 참조로서 통합됨), 터프팅(tufting), 접결(stitching) 또는 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진 다른 기법들을 통해 강화된 예비성형체 층 자체를 포함한다.

일 구현예에 따른 본 발명은 아라미드, 탄소, 나일론, 레이온, 폴리에스테르 및 유리 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로부터 제조되는 제직 포를 포함한다.

본 발명의 일 예시적인 구현예는 적절하게 설계된 맨드렐의 중심선 둘레에, 예를 들어, 배럴형의 원주, 또는 고리를 형성하기 위하여, 연속적인 제직 포의 하나 이상의 랩을 포함하는 제1 서브-예비성형체를 갖는, 예를 들어, 복합체 팬케이스에 적합한 제직 예비성형체이다. 상기 포의 랩은 중심선 둘레에 제1 가장자리 원주를 형성하는 제직 포의 제1 가장자리에 배치된 일체형 플랜지를 형성할 수 있다. 포의 랩은 또한 중심선 둘레에 제2 가장자리 원주를 형성하는 제직 포의 제2 가장자리에 배치된 일체형 플랜지를 형성할 수 있다. 2개 이상의 제2, 또는 외측, 서브-예비성형체는 제1 서브-예비성형체의 실질적으로 배럴형의 원주 상에 형성된다. 각각의 제2 서브-예비성형제는 연속적인 제직 포의 하나 이상의 랩으로 이루어져서 제1 서브-예비성형체의 중심선 둘레에 적어도 하나의 배럴형의 원주를 포함한다. 제2 서브-예비성형체의 포의 랩은, 중심선 둘레에 제1 가장자리 원주를 형성하는 외측 서브-예비성형체 포의 제1 가장자리에 위치하는 제1 외측 서브-예비성형체 일체형 플랜지 뿐만 아니라 중심선 둘레에 제2 가장자리 원주를 형성하는 외측 서브-예비성형체 포의 제2 가장자리에 위치하는 제2 외측 서브-예비성형체 일체형 플랜지를 형성할 수 있다. 각각의 외측, 또는 제2, 서브-예비성형체의 실질적으로 배럴형의 원주는 제1 서브-예비성형체의 실질적으로 배럴형의 원주 주위를 감는다. 제2 서브-예비성형체 일체형 플랜지는 일체형 보강재를 형성할 수 있다. 제2 서브-예비성형체 일체형 플랜지는 다른 플랜지들과 접하거나 인접할 수 있고, 조합하여 일체형 보강재로 간주될 수 있다.

일 구현예에 따른 본 발명은 인접한 서브-예비성형체들의 플랜지로부터 하나 이상의 원주방향 보강재를 형성한다. 일부 구현예에 따라, 복수 길이의 제직 재료는 일부 서브-예비성형체들의 인접한 플랜지 사이에 바이어스 방향으로 삽입될 수 있다.

일 구현예에 따른 본 발명은, 제1 서브-예비성형체의 실질적으로 배럴형의 원주와 접하기 위하여, 외측 서브-예비성형체가 조립되기 전에 조립된 제1 서브-예비성형체를 갖는다.

일 구현예에 따른 본 발명은 제1 서브-예비성형체의 실질적으로 배럴형인 원주에 접하기 위하여 외측 서브-예비성형체가 조립되기 전에, 조립되고 성형된 제1 서브-예비성형체를 갖는다.

본 발명에 따른 일 예시적인 구현예는 중심선 둘레에 실질적으로 배럴형의 원주를 형성하기 위하여 연속적인 단일층 또는 다층 제직 포의 하나 이상의 랩의 서브-예비성형체를 포함하는 제직 예비성형체를 제공한다. 상기 랩은 상기 중심선 둘레에 제1 가장자리 원주를 형성하는 제직 포의 제1 가장자리에 배치된 제1 일체형 플랜지를 형성할 수 있고, 중심선 둘레에 제2 가장자리 원주를 형성하는 제직 포의 제2 가장자리에 배치된 제2 일체형 플랜지를 형성할 수 있다. 중간 보강재는 중심선 둘레의 실질적으로 배럴형의 원주의 둘레에 중간 보강재를 형성하는 연속적인 단일층 또는 다층 제직 포의 하나 이상의 랩을 포함할 수 있다. 중간 보강재 랩을 형성하는 제직 포의 층은 제직 포의 중간 보강재 랩의 제1 가장자리에 배치된 제1 중간 보강재 일체형 플랜지 및 중심선 둘레에 제2 가장자리 원주를 형성하는 제직 포의 중간 보강재 랩의 제2 가장자리에 배치된 제2 중간 보강재 일체형 플랜지를 가질 수 있다. 중간 보강재 랩은 제1 중간 보강재 일체형 플랜지 및 제2 중간 보강재 일체형 플랜지 사이에 배치된 하나 이상의 중간 보강재를 통합할 수 있다. 중간 보강재를 형성하는 제직 포의 층들은 서브-예비성형체 배럴형의 원주 둘레에 배럴형의 원주 랩들을 감는다.

일 구현예에 따른 본 발명은 성형 전에 예비 성형체에 고정된 하나 이상의 원주방향 보강재를 갖는 예비성형체, 및 보강재 섹션 및/또는 T-성형(T-forming), 터프팅(tufting), 접결(stitching) 또는 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진 다른 기법들을 통해 강화된 예비성형체 층 자체를 더 포함한다.

본 발명의 구현예는, 적합하게 설계된 맨드렐의 중심선 둘레에 실질적으로 배럴형의 원주를 형성하기 위하여, 연속적인 단일층 또는 다층 제직 포의 하나 이상의 랩을 포함하는 복합체 팬케이스를 형성한다. 상기 랩은 중심선 둘레에 제1 가장자리 원주를 형성하는 제직 포의 제1 가장자리에 배치된 제1 일체형 플랜지 및 중심선 둘레에 제2 가장자리 원주를 형성하는 제직 포의 제2 가장자리에 배치된 제2 일체형 플랜지를 가질 수 있다. 다층 제직 포의 최외각 랩은 외측 표면 층에서 분기될(bifurcate) 수 있고, 분기된 외측 표면 층은 보강재를 만들기 위하여 접힐(folded up) 수 있다. 최외각 층의 최외각 랩의 분기부(bifurcation)는 원주방향 또는 축 방향 각각의 보강재를 제공하기 위하여 경사 방향 또는 위사 방향에 제조될 수 있다.

일 구현예에 따른 본 발명은 중심선과 함께 축방향으로 배향된 하나 이상의 보강재를 형성한다.

일 구현예에 따른 본 발명은 중심선에 대하여 원주방향으로 배향된 하나 이상의 보강재를 형성한다.

일 구현예에 따른 본 발명은 실질적으로 배럴형의 원주와 접하는 하나 이상의 원주방향 보강재를 형성한다.

본 발명의 구현예는 중심선 둘레에 연속적인 단일층 또는 다층 제직 포를 1회 이상 감아서 중심선 주위에 원주를 형성하는 단계; 및 하나 이상의 원주방향 보강재를 연속적인 제직 포 둘레에 감아서 상기 원주방향 보강재가 상기 중심선 둘레에 원주를 형성하도록 하는 단계;를 포함하는, 제직 예비성형체의 제조 방법을 포함한다.

일 구현예에 따른 본 발명은 성형 전에 예비성형체에 고정된 하나 이상의 원주방향 보강재를 갖는 예비성형체, 및 보강재 섹션 및/또는 T-성형, 터프팅, 접결 또는 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진 다른 기법들을 통해 강화된 예비성형체 층 자체를 더 포함한다.

일 구현예에 따른 본 발명은 연속적인 제직 포를 중심선 둘레로 1회 이상 감아서 중심선 둘레에 원주를 형성한 후에 상기 연속적인 제직 포를 성형(molding)한다.

일 구현예에 따른 본 발명은, 연속적인 제직 포를 중심선 둘레로 1회 이상 감아서 상기 중심선 둘레에 원주를 형성한 이후에, 하나 이상의 원주방향 보강재를 상기 연속적인 제직 포와 함께 공-성형(co-mold)한다.

일 구현예에 따른 본 발명은 성형된 연속적인 제직 포 상에 원주방향 보강재를 성형한다.

본 발명의 일 구현예는 중심선 둘레에 연속적인 단일층 또는 다층 제직 포를 1회 이상 감아서 상기 중심선 둘레의 원주방향 표면을 형성하는 단계, 및 상기 원주방향 표면에 하나 이상의 원주방향 보강재를 적어도 부분적으로 감아서 상기 중심선의 둘레에 원호(arc)를 형성하는 단계를 포함하는 제직 예비성형체의 제조 방법을 포함한다.

본 발명의 일 구현예는 제직 예비성형체의 제조방법으로서, 연속적인 단일층 또는 다층 제직 포를 중심선 둘레로 1회 이상 감아서 상기 중심선 둘레에 원주를 형성하는 제1 서브-예비성형체를 형성하는 단계로서, 상기 제1 서브-예비성형체는 중심선 둘레에 제1 가장자리 원주를 형성하는 제직 포의 제1 가장자리에 배치된 제1 일체형 플랜지를 가질 수 있고, 상기 중심선 둘레에 제2 가장자리 원주를 형성하는 제직 포의 제2 가장자리에 배치된 제2 일체형 플랜지를 가질 수 있는 단계; 제1 외측 서브-예비성형체 일체형 플랜지 및 제2 외측 서브-예비성형체 일체형 플랜지를 갖는 하나 이상의 추가의 서브-예비성형체를 감는 단계로서, 상기 제1 외측 서브-예비성형체 일체형 플랜지는 상기 중심선 둘레에 제1 가장자리 원주를 형성하는 외측 서브-예비성형체 제직 포의 제1 가장자리에 배치되고, 상기 제2 외측 서브-예비성형체 일체형 플랜지는 상기 중심선 둘레에 제2 가장자리 원주를 형성하는 외측 서브-예비성형체 제직 포의 제2 가장자리에 배치되는 단계; 및 각각의 인접한 외측 서브-예비성형체 일체형 플랜지가 서로 접하거나 인접하도록 각각의 인접한 외측 서브-예비성형체 일체형 플랜지를 정렬(align)함으로써 일체형 보강재를 형성하는 단계;를 포함하는 제직 예비성형체 제조 방법을 포함한다.

본 발명의 구현예는 제직 예비성형체의 제조방법으로서, 중심선 둘레로 연속적인 단일층 또는 다층 제직 포를 1회 이상 감아서 상기 중심선 둘레에 원주를 형성하는 서브-예비성형체를 형성하는 단계로서, 상기 서브-예비성형체는 제1 일체형 플랜지 및 제2 일체형 플랜지를 가질 수 있고, 상기 제1 일체형 플랜지는 상기 중심선 둘레의 제1 가장자리 원주를 형성하는 제직 포의 제1 가장자리에 배치되고, 상기 제2 일체형 플랜지는 상기 중심선 둘레에 제2 가장자리 원주를 형성하는 제직 포의 제2 가장자리에 배치되는 단계; 중간 보강재를 중간 보강재 랩으로 형성하는 단계; 및 상기 중간 보강재 랩을 상기 서브-예비성형체 둘레에 감는 단계;를 포함하는 제조 방법을 포함한다.

본 발명의 구현예는 제직 예비성형체의 제조방법으로서, 연속적인 단일층 또는 다층 제직 포를 중심선 둘레로 1회 이상 감아서 상기 중심선 둘레에 원주를 형성하는 단계, 상기 단일층 또는 다층 제직 포의 최외각 랩의 최외각 층을 분기(bifurcating)하는 단계, 및 상기 분기된 층을 접어 원주방향 보강재를 만드는 단계를 포함하는 제직 예비성형체 제조 방법을 포함한다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 예를 들어, 제트 엔진 팬케이스를 형성하는데 유용한 원주방향 보강재를 포함하는 제직 예비성형체 조립체를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가적인 목적은, 예를 들어, 제트 엔진 팬케이스를 형성하는데 유용한 원주방향 보강재를 포함하는 제직 예비성형체 조립체 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명, 작동 이점 및 이의 사용에 의하여 얻어지는 특정한 목적을 더 잘 이해하기 위하여, 다음의 동반하는 설명 및 첨부 도면을 참조한다. 상기 동반하는 설명에서는 바람직하지만 비제한적인 본 발명의 구현예가 예시된다.

본 개시에서 용어 "포함하는(comprising)" 및 "포함한다(comprises)"는 "포함하는(including)" 및 "포함한다(includes)"을 의미할 수 있으며 또는 미국 특허법에서 용어 "포함하는(comprising)" 및 "포함한다(comprises)"에 통상적으로 주어지는 의미를 가질 수 있다. 만일 특허청구범위에서 사용된다면 용어 "본질적으로 이루어진(consisting essentially of)" 또는 "본질적으로 이루어지다(consists essentially of)"는 미국 특허법에서 이들에게 할당하는 의미를 갖는다. 본 발명의 다른 측면은 다음의 개시에서 설명되며 다음의 개시(및 본 발명의 범위내)로부터 명백하다.

본 발명에 대한 추가적인 이해를 제공하기 위하여 포함된 첨부 도면은 본 명세서에 통합되며 본 명세서의 일부를 구성한다. 본 명세서에서 제시된 도면은 본 발명의 다양한 구현예들을 도시하며 본 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는데 도움을 준다. 이하 도면에서,
도 1은 윤곽 제직 섬유 예비성형체를 사용하여 제조된 종래 알려진 팬케이스를 나타낸다;
도 2는 종래 공지된 윤곽 제직 팬케이스 예비성형체의 모식도를 나타낸다;
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 제직 예비성형체에 추가된 윤곽 제직 보강재의 조립체를 나타낸다;
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 제직 예비성형체를 갖는 다중 서브-예비성형체들을 결합하여 형성된 보강재를 나타낸다;
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따라 형성된 단일 서브-예비성형체의 다중 보강재를 나타낸다;
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 제직 예비성형체를 형성하기 위해 사용된 다층(multi-layer) 포(fabric)들 중 하나의 최외각 랩(wrap)의 최외각 층을 분기함으로써(bifurcating) 형성된 일체형 보강재를 나타낸다; 및
도 7은 본 발명의 구현예들에 따라 제조될 수 있는 제직 예비성형체의 다양한 형상들을 나타낸다.

본 발명은 이제 본 발명의 바람직한 구현예들을 나타내는, 첨부된 도면들을 참조하여 보다 상세히 이하에 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 다양한 형태로 구현될 수 있고, 이하에 설명되는 예시된 구현예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이러한 예시된 구현예들은 본 개시가 철저하고 완전하게 되도록 하며, 통상의 기술자에게 본 발명의 범위가 완전히 전달될 수 있도록 제공된다.

하기의 설명에서, 유사한 참조 부호는 도면에서 걸쳐서 유사하거나 대응하는 부분을 지정한다. 추가적으로, 하기의 설명에서, "상부", "하부", "상단" 및 "하단" 등과 같은 용어들은 편의를 위한 단어이며, 용어를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 되는 것으로 이해된다.

본 명세서에 설명된 바와 같이, 원주방향 보강재(circumferential stiffener)는 종종 제트 엔진용 복합 팬케이스(fancase)로 사용하기에 적절한, 제직 예비성형체(woven preform)의 조립체에 포함되고, 이들은 일반적으로 원통형 또는 실질적으로 "배럴형(barrel-shaped)"이다. 상기 제직 예비성형체의 조립체가 배럴형으로 설명되지만, 예를 들어, 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 예비성형체는 외부로 돌출되거나(bulge out), 내부로 돌출되거나(bulge in), 또는 일부 영역에서는 외부로 돌출되고, 다른 영역에서는 내부로 돌출될 수 있는, 실린더 벽을 갖는 실린더로 일반적으로 구성된다. 본 개시에 걸쳐서, 용어 배럴, 배럴형 및 이들의 변형은 상기 예비성형체 형상의 변화 설명에 따르도록 사용된다.

요컨대, 상기 팬케이스는 중심선을 갖고, 상기 제직 예비성형체 조립체는 상기 원주방향 보강재도 포함하며, 상기 팬케이스의 제작을 위해 적합하게 설계된 맨드렐(mandrel)의 중심선의 둘레에 원주를 형성한다. 이러한 보강재는 상기 팬케이스에 증가된 강도를 제공하고, 또한 예를 들어, 이러한 장치를 상기 원주방향 보강재에 볼트로 조임으로써 상기 팬케이스에 장치의 다른 부분을 장착하기 위한 부착점(attatchment point)을 제공할 수 있다. 추가적으로, 이러한 보강재는 상기 팬케이스를 예를 들어, 구조적 구성 요소에 장착하기 위해 또한 사용될 수 있다. 원주방향 보강재를 갖는 제직 예비성형체의 조립체는 제트기 엔진용 팬케이스 예비성형체로 유용할 수 있다.

도면을 참조하면, 도 1은 공지의 윤곽(contour) 제직 섬유 예비성형체를 사용하여 제작된 종래 기술의 팬케이스(100)을 나타낸다. 도 1의 팬케이스(100)는 실질적으로 배럴형 몸체(101)를 포함한다. 배럴형 몸체(101)는 다양한 두께의 배럴 부분을 포함할 수 있다. 배럴형 몸체(101)의 양 단부에는 상기 제직 예비성형체로부터 형성되는 일체형 플랜지((102) 및 (103))가 형성된다. (원주 방향으로 나아가는) 경사 섬유(warp fiber)의 경로(path)는 절단하거나 접어넣을(darting) 필요 없이 최종 형상의 구성에서 적절한 길이를 갖도록 설계된다. 이들 일체형 플랜지는 예비성형체의 원주 보강을 제공한다. 그러나, 도 1의 팬케이스(100)가 많은 용도에 적합하지만, 하나 이상의 축방향 위치에 추가적인 원주방향 보강재를 포함하는 것이 바람직하거나 필요한 경우가 있다. 이러한 추가적인 원주방향 보강재는 상기 팬케이스의 강도 및/또는 동적 성능(dynamic performance)을 개선하기 위해 사용된다. 추가적으로, 원주방향 보강재는 예를 들어, 보조 장치를 위한 부착점으로 기능할 수 있다.

도 2는 도 1과 마찬가지로, 종래 기술의 팬케이스 예비성형체의 개략적이고, 부분적인 단면도이고, 이는 현재의 기술을 예시한다. 편의를 위해, 예비성형체의 절반만을 나타내며, 배럴 부분은 일정한 두께를 갖는 것으로 예시된다. 도 2에서, 예비성형체의 단면은 적합하게 설계된 맨드렐의 중심선(201) 둘레의 원주를 따라 형성되는, 제직 포(woven fabric)의 4개의 연속적인 랩(wrap)((202), (203), (204) 및 (205))으로 이루어진 것으로 나타낸다. 요컨대, 도 2에서, 제1 랩(202)의 단부는 제2 랩(203)의 시작부에 연결되고, 제2 랩(203)의 단부는 제3 랩(204)의 시작부에 연결되고, 제3 랩(204)의 단부는 제4 랩(205)의 시작부에 연결된다. 추가적으로, 상기 포는 균일한 두께일 필요는 없고 상기 플랜지들((102), (103)) 사이의 상기 예비성형체의 몸체(101)는 원통형(예를 들어, 실질적으로 배럴형 또는 도 7에 나타낸 다른 모양일 수 있음)일 필요는 없다. 도 2가 이 연속적인 제직 포의 4개의 랩을 나타내지만, 최종 예비성형체는 임의의 개수의 랩을 가질 수 있다.

전형적으로, 이러한 예비성형체에 사용되는 포는 경사 섬유가 상이한 길이를 갖도록 허용하는 특별한 테이크업 시스템이 장착된 방직기(loom)에 의해 직조된다. 상기 경사 섬유는 상기 팬케이스의 원주 방향으로 위치한다. 상기 경사 섬유의 경로는 임의의 절단 및/또는 접어넣기에 대한 필요 없이 최종 형상의 구성에서 적절한 길이를 갖도록 설계되어, 윤곽 제직 포를 생성한다. 상기 포는 단일층 또는 다층일 수 있다.

이러한 예비성형체용 포를 직조하는 데 전형적으로 사용되는 섬유 또는 사(yarn)는 아라미드, 탄소, 나일론, 레이온, 폴리에스테르 및 유리 섬유로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다.

본 발명의 구현예들은 전형적으로 항공기에 사용되는, 제트 엔진용 팬케이스의 제작에 유용할 수 있다. 하기의 설명에서, 예비성형체 조립체는 본 발명의 예비성형체 조립체의 예시적인 용도이나 이에 한정되지 않는 용도로서 팬케이스 예비성형체로 지칭될 수 있다. 통상의 기술자는 본 발명의 예비성형체 조립체에 의해 제공된 향상된 성능 특성을 이용할 수 있는 개시된 제직 예비성형체 조립체의 다른 용도를 인식할 것이다.

일 구현예는 추가적인 원주방향 보강재를 윤곽 제직 예비성형체 조립체에 첨가하는 방법에 의해 예비성형체 조립체를 제공한다. 이러한 구현예에서, 제직 포의 층은 도 2에 나타낸 바와 같은 팬케이스 예비성형체를 형성하기 위해 적합하게 설계된 맨드렐 둘레에 감긴다(wrapping). 이것의 예는 도 3에 개략적으로 나타나 있고, 도 3은 원주방향 보강재((301) 및 (302))를 형성하는, 윤곽 제직 포의 랩의 원주 둘레에 적어도 부분적으로 감긴 2개의 단일 또는 다층 제직 포를 또한 도시한다. 이러한 제직 원주방향 보강재의 양, 상대적인 형상 및 크기를 도 3의 예시적인 모식도에 의해 한정하고자 함은 아니다. 개별적인 원주방향 보강재는 서로 형상 또는 크기가 유사할 필요는 없다. 또한, 플랜지들((102), (103)) 사이의 예비성형체의 몸체(101)는 원통형일 필요는 없고 실질적으로 배럴형(101)일 수 있다. 또한, 비균일한 두께일 수 있다.

보강재((301), (302))를 형성하는 데 사용된 제직 포는 윤곽 제직 포일 수 있고, 이때 경사 섬유의 길이는 상기 폭에 따라 다양할 수 있다. 다양한 길이는 상기 보강재가 최종 형상의 구성에 배치될 수 있도록 설계된다.

다른 구현예들에서, 보강재((301), (302))를 형성하는 데 사용된 포는 상기 보강재의 적어도 경사(원주) 방향의 스트레치 절단(strech broken, SB) 섬유로 구성된다. 그러나, 이러한 SB 섬유, 예를 들어, 탄소는 위사(weft) (축) 방향 또는 둘 다에서 사용될 수 있다. 스트레치 절단 섬유는 또한 상기 보강재가 최종 형상의 구성에 배치될 수 있도록 한다.

원주방향 보강재((301), (302))는 단일층 포의 복수의 랩 또는 가령 다층 제직 포를 사용하는 경우 적은 수의 랩을 사용하여 구축될 수 있다. 이와 무관하게, 상기 원주방향 보강재는 맨드렐 상에 이미 있고 건조 베이스 예비성형체 위로/위에 감기고 공-성형(co-molded)될 수 있고, 또는 이들은 맨드렐 상에 이미 있는 성형된 팬케이스 예비성형체 위로 감기고, 최종 복합체를 형성하는 2차 작업으로 성형될 수 있다.

원주방향 보강재((301), (302))는 원할 경우 상기 제직 포의 층 사이에 삽입된 복수 개의 길이의 추가적인 제직 재료를 포함할 수 있다. 왜냐하면, 상기 삽입된 재료의 사(yarn)가 상기 보강재를 형성하는 포 층의 사에 대하여 소정의 배향 각도(바이어스 방향)에 위치하도록 상기 추가적인 제직 재료가 상기 예비성형체 베이스의 원주의 둘레로 감기기 때문이다. 이러한 "바이어스" 포는 또한 이들이 상기 맨드렐의 둘레에 감기므로, 포의 랩((202)-(205))들 사이에 삽입될 수 있다. 또한, 상기 예비성형체 조립체의 추가적인 관통 두께(through-thickness) 보강은 예를 들어, 보강재 자체를 관통하여 T-성형, 터프팅(tufting) 또는 접결하거나 및/또는 성형 및 수지 함침 전에 상기 보강재 층((301), (302))을 상기 예비성형체 층((202)-(205))에 부착함으로써 제공될 수 있다. 원주방향 보강재((301), (302))는 팬케이스 예비성형체(100)의 원주 둘레로 단지 부분적으로 연장할 수 있다. 부분적으로 연장하는 보강재((301), (302))는, 또한 예비성형체(100)의 몸체(101)에 관통 두께 보강을 제공하기 위해, 성형 전에 층 자체를 관통하여 또는 건조 베이스 팬케이스 예비성형체 위로 T-성형, 터프팅 또는 접결될 수 있다.

또한, 상기 보강재는 완전한 원주 고리일 수 있고 또는, 이들은 단지 상기 예비성형체의 원주 둘레를 완전히 감지 않는 원호 세그먼트(arc segment)일 수 있고, 또는 이들은 완전한 원주 고리 및 원호 세그먼트의 조합물일 수 있다. 예를 들어, 원호 세그먼트는 상기 원주방향 보강재가 완전한 원주 고리를 요구하지 않는 장치 장착점으로 사용되는 경우 유리한 옵션이다. 이 경우, 상기 예비성형체 조립체는 특정 길이로 절단되는 제직 포의 부분을 또한 포함할 것이고 원호 세그먼트의 두께를 구축하기 위해, 필요한 정도로, 서로의 상부에 적층될 수 있다.

따라서, 상기 원주방향 보강재는 단일층 포의 복수의 랩, 다층 포의 복수의 랩, 완전한 원주 고리, 부분적인 보강재(예를 들어, 원호)일 수 있고, 이들은 T-성형, 터프팅(tufting) 또는 접결(stitching)을 하거나 하지 않으면서, 제직 베이스 예비성형체의 원주방향 표면(circumferential surface) 상에 감기고 공-성형될 수 있다. 대안적으로, 이들은 기성형된 예비성형체 베이스의 원주방향 표면 위로 감길 수 있고, 2차 작업으로 성형되어 최종 복합체를 형성할 수 있다. 상이한 포가 각각의 원주방향 보강재로 또한 선택될 수 있고, 상기 원주방향 보강재를 형성하는 포 및 상기 베이스 예비성형체는 동일한 종류의 포일 필요는 없다. 추가적으로, 사용된 포는 균일한 두께일 필요는 없으며, 필요에 따라 더 두껍거나 더 얇은 영역을 가질 수 있다.

추가적인 원주방향 보강재를 갖는 복합 팬케이스의 다른 구현예를 도 4에 나타내며, 이는 몇몇 제직 서브-예비성형체를 사용하는 예시적인 구현예를 나타내고, 이들 각각은 적합하게 설계된 맨드렐 둘레를 감는 하나 이상의 랩을 포함할 수 있다. 제직 서브-예비성형체는 스트레치-절단 섬유 또는 사로부터 적어도 부분적으로 직조된 포로부터 형성될 수 있거나 윤곽 제직 포로부터 형성될 수 있다. 도 4에서, 제1 서브-예비성형체는 적합하게 설계된 맨드렐 둘레의 윤곽 제직 포의 랩((202) 및 (203))을 포함한다. 외측 서브-예비성형체는 랩((401) 및 (402))을 포함하는 제2 서브-예비성형체, 랩((403) 및 (404))을 포함하는 제3 서브-예비성형체, 및 랩((405) 및 (406))을 포함하는 제4 서브-예비성형체에 의해 나타나는 바와 같이, 복수의 제직 포의 랩을 포함한다.

모든 서브-예비성형체는 최종 팬케이스 예비성형체 조립체를 제조하기 위해 제작되고 결합된다. 각각의 이들 서브-예비성형체는 양 단부에 일체형 플랜지 및/또는 보강재를 갖는 베이스 부분으로 이루어진다. 일체형 보강재는 이의 층 또는 층들이 이를 상기 베이스에 연결하는 관통 섬유를 갖는다. 중간 보강재(intermediate stiffener)는 단부 플랜지들 사이의 하나 이상의 위치에 배치된다. 중간 보강재는 일체형이거나 일체형이 아닐 수 있다. 상기 서브-예비성형체의 전부 또는 일부에 사용되는 랩의 수는 다양할 수 있고, 도 4에 나타낸 예시적인 모식도에 의해 한정하고자 함은 아니다. 마찬가지로, 이러한 윤곽 제직 포 서브-예비성형체의 상대적인 형상 및 크기는 도 4에 나타낸 예시적인 모식도에 의해 한정하고자 함은 아니다. 추가적으로, 사용된 제직 포는 균일한 두께일 필요는 없으며, 필요에 따라 더 두껍거나 더 얇은 영역을 가질 수 있다. 또한, 플랜지들((102), (103)) 사이의 예비성형체의 몸체(101)는 완전히 원통형(예를 들어, 실질적으로 배럴형 또는 예를 들어, 도 7에 나타낸 임의의 형상일 수 있음)이거나 균일한 두께일 필요는 없다. 상이한 포가 각각의 서브-예비성형체로 또한 선택될 수 있다.

이러한 구현예에서, 랩((202) 및 (203))을 포함하는 제1 서브-예비성형체는, 제1 서브-예비성형체가 똑같이 많은 랩을 가지지 않고 예비성형체의 전체 두께의 일 부분만을 차지한다는 점을 제외하고는, 도 2에 나타낸 기본 예비성형체와 매우 유사하다. 외측 서브-예비성형체로 지칭되며, 랩((401) 및 (402)), 랩((403) 및 (404)) 및 랩((405) 및 (406))을 포함하는 도 4에 나타낸 것과 같은 2 이상의 다른 서브-예비성형체는 랩((202) 및 (203))을 포함하는 제1 서브-예비성형체 위에 감긴다. 따라서, 모든 서브-예비성형체의 조합은 상기 예비성형체 조립체의 실질적으로 배럴형의 몸체(101)의 전체 두께, 및 일체형 플랜지가 외측 가장자리(edge) 위에 정렬되는 그러한 서브-예비성형체에 의해 형성되는 일체형 플랜지((102) 및 (103))의 두께를 완성시킨다. 이러한 서브-예비성형체의 다른 일체형 플랜지들은 조합되어 상기 예비성형체 조립체의 배럴형 몸체(101) 위의 일체형 플랜지들((102) 및 (103)) 사이에 배치된 일체형 보강재((407) 및 (408))를 형성한다. 제1 구현예에서 설명되고 도 3에 예시된 바와 같은 원주방향 보강재가 또한 본 구현예로 통합될 수 있다.

복수 개의 길이의 제직 재료(미도시)가, 예를 들어, 도 4에 예시된 임의의 서브-예비성형체 중의 일체형 플랜지들 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 길이의 제직 재료가 하나의 외측 서브-예비성형체에서 랩((405) 및 (406))에 의해 형성된 일체형 플랜지들 사이에 배치될 수 있다. 하나 이상의 길이의 제직 재료가 인접한 외측 서브-예비성형체들의 랩((403) 및 (405)) 사이, 또는 제1 서브-예비성형체의 랩(405) 및 일체형 플랜지(103) 사이, 또는 플랜지(102) 및 랩(401) 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 이러한 보강층은 임의의 랩(101-406)의 층들 사이에 배치될 수 있고, 플랜지((102), (103), (407) 및 (408))를 형성하는 임의의 층 내에 배치될 수 있다. 이러한 추가적인 제직 층이 삽입되어 삽입된 재료의 사들이 보강재 또는 서브-예비성형체를 형성하는 포 층의 사(yarn)에 대하여 0도 초과 내지 90도 미만의 배향 각도(즉, 바이어스 방향)에 위치하도록 한다. 또한, 상기 예비성형체 조립체의 추가적인 관통 두께(through-thickness) 보강은 예를 들어, 보강재((407)-(408)), 바이어스 포 자체, 플랜지 층((102)-(103))을 관통하여 T-성형, 터프팅 또는 접결하거나 및/또는 상기 보강층을 성형 및 수지 함침 전에 상기 예비성형체 층((202)-(203))에 부착함으로써 제공될 수 있다. 상기 보강재를 형성하는 포는 대안적으로 기성형된 예비성형체 베이스의 원주방향 표면 위로 감기거나 배치될 수 있고, 2차 작업에 의해 성형되어 최종 복합체를 형성한다.

각 서브-예비성형체 및 외측 서브-예비성형체의 베이스 부분의 폭은 이들의 원하는 축 방향 위치에 일체형 보강재가 배치되도록 고안될 수 있다. 하나 이상의 일체형 보강재가, 사용된 외측 서브-예비성형체의 수에 기초하여, 형성될 수 있다. 추가적으로, 그리고 이전의 구현예들과 유사하게, 모든 서브-예비성형체가 하나의 작업에서 조립되고 성형될 수 있다. 대안적으로, 최외각 서브-예비성형체(outmost sub-preform)는 맨드렐 위에 기성형된 베이스 예비성형체의 원주를 감싸거나 원주 상에 배치될 수 있고, 2차 작업에서 성형되어 최종 복합체를 형성한다.

추가적인 구현예를 도 5에 나타낸다. 이러한 비제한적인 예에서, 상기 베이스 예비성형체는 각각의 단부에 플랜지를 갖는 단일층 또는 다층 윤곽 제직 포의 적합하게 설계된 맨드렐의 둘레에 3개의 랩((202), (203) 및 (204))를 포함하는 서브-예비성형체이다. 중간 보강재 랩(intermediate stiffener wrap)이라 지칭되는, 추가적인 랩은 하나 이상의 중간 보강재((502) 및 (503))를 포함하는 서브-예비성형체(501)를 형성한다. 상기 중간 보강재 랩은 완전한 예비성형체의 최종 랩을 제공하는 단일 포로 통합된다. 서브-예비성형체(501)는 윤곽 제직 포로부터 형성되거나, 스트레치-절단 섬유로부터 적어도 부분적으로 제직된 포로부터 형성될 수 있다. 이러한 서브-예비성형체(501)는 일반적으로 예비성형체 조립체를 위한 재료의 대부분을 제공하는 베이스 서브-예비성형체 랩((202), (203) 및 (204)) 위로 감기고 이에 따라 예비성형체를 완성시킨다. 이러한 중간 보강재의 양, 상대적인 형상 및 크기를 도 5의 예시적인 모식도에 의해 한정하고자 함은 아니다.

복수 개의 길이의 제직 재료(미도시)가, 예를 들어, 도 5에 예시된, 서브-예비성형체(501)의 일체형 플랜지 및 배럴형 몸체(101)의 플랜지 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 길이의 제직 재료가 중간 보강재 랩 예비성형체(501)에 형성된 일체형 플랜지 및 배럴형 몸체(101)의 플랜지 층(102) 사이에 배치될 수 있다. 마찬가지로, 하나 이상의 길이의 제직 재료가 중간 보강재 랩 예비성형체(501)에 형성된 일체형 플랜지 및 몸체(101)의 플랜지 층(103) 사이에 배치될 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 길이의 제직 재료가 하나 이상의 중간 보강재((502) 및 (503))의 폴드(fold) 내에 또한 배치될 수 있다.

이러한 추가적인 제직 층이 삽입되어 상기 삽입된 재료의 사가 상기 플랜지 또는 보강재를 형성하는 포 층의 사에 대하여 0도 초과 내지 90도 미만의 배향 각도(즉, 바이어스 방향)로 위치하도록 한다. 또한, 상기 예비성형체 조립체의 추가적인 관통 두께 보강은, 예를 들어, 중간 보강재((502), (503)), 제직 포 자체, 플랜지 층(102-103)을 관통하여 T-성형, 터프팅 또는 접결하거나 및/또는 상기 보강재 층을 성형 및 수지 함침 전에 상기 예비성형체 층에 부착함으로써 제공될 수 있다. 상기 보강재를 형성하는 포는 대안적으로 기성형된 예비성형체 베이스의 원주방향 표면 위로 감기거나 배치될 수 있고, 2차 작업에 의해 성형되어 최종 복합체를 형성한다.

서브-예비성형체에 사용되는 랩의 수는 다양할 수 있고, 도 5에 나타낸 예시적인 모식도에 의해 한정하고자 함은 아니다. 추가적으로, 사용된 포는 균일한 두께를 가질 필요는 없지만, 필요에 따라 더 두껍거나 더 얇은 영역을 가질 수 있다. 또한, 플랜지들((102), (103)) 사이의 예비성형체의 몸체(101)는 완전히 원통형일 필요는 없지만, 실질적으로 배럴형일 수 있다. 상이한 종류의 포가 또한 서브-예비성형체 및 중간 보강재 랩으로 선택될 수 있다. 제1 구현예에 설명된 바와 같은 원주방향 보강재가 또한 본 구현예에 통합될 수 있다.

다른 구현예를 도 6에 예시하고, 이는 다층 제직 포의 최외각 랩(602)의 최외각 층의 분기부(bifurcation)(603)를 도입한다. 도 2의 종래 기술의 구현예와 마찬가지로, 상기 예비성형체는 예비성형체 조립체(608)를 구성하기 위해 적합하게 설계된 맨드렐의 둘레에 1회 이상 감긴 다수의 제직 포(607)의 연속적인 랩으로 구성된다. 도 6은 최내각 랩(601)을 시작으로, 중간 랩((609) 및 (610)) 및 최외각 랩(602)으로 이루어진 포의 4개의 랩을 나타낸다. 최외각 랩(602)은 상기 최외각 랩의 외측 층에 형성되는 분기부(bifurcated portion)((604) 및 (605))를 포함한다. 상기 최외각 랩의 외측 층은 경사 방향으로 분기될 수 있다. 상기 외측 표면 층의 분기된 층은 이후 접혀 원주방향 보강재를 형성한다. 상기 원주방향 보강재는, 예를 들어, 팬케이스로 사용되는 경우 상기 성형된 예비성형체 조립체에 장치의 일부를 볼트로 조여 결합하기 위한 부착점으로 작용할 수 있다. 상기 보강재는 상기 원주 둘레의 원호 세그먼트(606)를 포함하거나, 상기 랩은 팬케이스 예비성형체 둘레에 완전한 원주 고리를 형성하기에 충분히 길게 형성될 수 있다.

또한, 분기부(603)는 축 방향 보강재 또는 부착점을 또한 허용하는 방식으로, 위사 방향으로 제조될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 분기부는 단일층 또는 다층 포의 경사 방향보다는 위사 방향으로 제조될 수 있다. 상기와 같이, 최외각 층은 접혀 축 방향 보강재를 제조한다.

사용된 랩의 수는 다양할 수 있으나, 도 6에 나타낸 예시적인 모식도에 의해 한정하고자 함은 아니다. 추가적으로, 사용된 포는 균일한 두께일 필요는 없으며, 필요에 따라 더 두껍거나 더 얇은 영역을 가질 수 있다. 또한, 플랜지들(도 2의 (102) 및 (103)) 사이에 위치하는 도 6에 나타낸 구현예로 창출된 상기 예비성형체의 몸체(예를 들어, 도 2의 (101))는 완전히 원통형일 필요는 없지만 실질적으로 배럴형일 수 있다. 이는 균일한 두께일 필요는 없다. 또한, 제1 구현예에 설명된 바와 같은 원주방향 보강재가 본 구현예에 통합될 수 있다.

복수 개의 길이의 제직 재료(미도시)가, 분기부가 도 6에 예시된 보강재를 형성하기 위해 접혀지는 경우, 분기부들((604), (605)) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 길이의 제직 재료가 도 6의 A-A 섹션(section)으로 예시된 분기부들((604), (605)) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 추가적인 제직 층이 삽입되어 삽입된 재료의 사들이 보강재를 형성하는 분기된 포 층의 사에 대하여 0도 초과 내지 90도 미만의 배향 각도(즉, 바이어스 방향)에 위치하도록 한다. 또한, 상기 예비성형체 조립체의 추가적인 관통 두께(through-thickness) 보강은, 예를 들어, 성형 및 수지 함침 전에, 보강재((604), (605)) 및 제직 포 자체를 관통하여 T-성형, 터프팅 또는 접결함으로써 제공될 수 있다. 상기 조립체는 이후 최종 복합체로 성형된다.

모든 구현예에서, 일단 예비성형체 조립체가 형성되면, 수지가 통상의 기술자에게 공지된 방법 중 하나로 (표시된 바와 같이 한 단계 또는 두 단계로) 상기 예비성형체에 주입되고, 경화된다. 성형 또는 조밀화 작업으로 알려진, 수지의 주입은 매트릭스 재료를 상기 제직 예비성형체로 및 상기 제직 예비성형체 내부에 도입하여, 상기 수지 매트릭스가 상기 예비성형체의 구성 요소 사이의 틈새(interstitial) 영역을 충전하거나 실질적으로 충전하도록 하고, 이에 따라 상기 구성 요소 및 상기 예비성형체를 둘러싼다. 상기 수지 매트릭스 재료는 원하는 물리적, 열적, 화학적 및/또는 기타 특성을 나타내는, 에폭시, 페놀성, 폴리에스테르, 비닐-에스테르, 세라믹, 탄소 및/또는 기타 재료와 같은 다양한 재료 중 하나일 수 있다. 수지 매트릭스로 사용하기 위해 선택된 재료는 상기 보강 예비성형체의 재료와 동일하거나 동일하지 않을 수 있고 견줄만한 물리적, 화학적, 열적 또는 기타 특성을 갖거나 갖지 않을 수 있다. 상기 성형 공정 후, 상기 복합체는 이후 상기 맨드렐로부터 제거되고, 트리밍(trimming) 또는 연마 등과 같은 임의의 마무리 작업이 수행된다.

따라서, 본 발명에 의해, 본 발명의 목적 및 이점이 실현되고, 바람직한 구현예가 본 명세서의 상세한 설명에서 개시되고 설명되었지만, 본 발명의 범위 및 목적은 이들에 의해 한정되어서는 안 되며, 대신 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

Claims (8)

1. 제직 예비성형체 조립체(woven preform assembly)로서,
   상기 제직 예비성형체 조립체는 중심선 둘레에 연속적인 다층 제직 포(continuous multilayer woven fabric)의 하나 이상의 랩을 포함하고, 상기 다층 제직 포의 하나 이상의 랩은 예비성형체 베이스의 배럴형 원주를 형성하며,
   상기 하나 이상의 랩은 상기 중심선 둘레에 제1 가장자리 원주를 형성하는 상기 다층 제직 포의 제1 가장자리에 배치된 제1 플랜지, 및 상기 중심선 둘레에 제2 가장자리 원주를 형성하는 상기 다층 제직 포의 제2 가장자리에 배치된 제2 플랜지를 가지며,
   상기 다층 제직 포의 최외각(outmost) 랩은 상기 다층 제직 포의 최외각 층에서 분기되어(bifurcated) 두 개의 분기부들을 형성하고,
   상기 분기부들은 접혀서(folded up) 하나 이상의 원주방향 보강재를 만드는, 제직 예비성형체 조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 분기부는 상기 최외각 층의 경사 방향으로 있으며, 상기 보강재는 상기 중심선과 함께 축방향으로 배향된, 제직 예비성형체 조립체.
3. 제1항에 있어서, 상기 분기부는 상기 최외각 층의 위사 방향으로 있으며, 상기 보강재는 상기 중심선에 대하여 원주방향으로 배향된, 제직 예비성형체 조립체.
4. 제1항에 있어서, 상기 배럴형 원주와 접한 하나 이상의 원주방향 보강재를 더 포함하는, 제직 예비성형체 조립체.
5. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 보강재는 T-성형, 터프팅 또는 접결에 의해 상기 연속적인 다층 제직 포의 하나 이상의 랩에 고정된, 제직 예비성형체 조립체.
6. 제1항에 있어서, 상기 연속적인 제직 포의 하나 이상의 랩들 사이에서 바이어스 방향으로 삽입된, 하나 이상의 길이의 제직 재료(one or more lengths of woven material)를 더 포함하는, 제직 예비성형체 조립체.
7. 제1항에 있어서, 상기 최외각 층의 분기부들 사이에서 바이어스 방향으로 삽입된, 길이들의 제직 재료(lengths of woven material)를 더 포함하는, 제직 예비성형체 조립체.
8. 제직 예비성형체 조립체의 제조 방법으로서,
   연속적인 다층 제직 포의 하나 이상의 랩을 중심선의 둘레에 감아서(wrapping) 예비성형체 베이스의 배럴형 원주를 형성하는 단계로서, 상기 예비성형체 베이스는 상기 중심선 둘레에 제1 가장자리 원주를 형성하는 상기 다층 제직 포의 제1 가장자리에 배치된 제1 플랜지, 및 상기 중심선 둘레에 제2 가장자리 원주를 형성하는 상기 다층 제직 포의 제2 가장자리에 배치된 제2 플랜지를 갖는 단계;
   상기 다층 제직 포의 최외각 층에서 상기 하나 이상의 다층 제직 포의 최외각 랩을 분기(bifurcating)하여 두 개의 분기부들을 형성하는 단계; 및
   상기 분기부들을 접어서 하나 이상의 원주방향 보강재를 만드는 단계;를 포함하는,
   제직 예비성형체 조립체의 제조 방법.

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