KR20190125451A - 일방향성 섬유 테이프를 제조하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents
일방향성 섬유 테이프를 제조하기 위한 방법 및 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20190125451A KR20190125451A KR1020197029885A KR20197029885A KR20190125451A KR 20190125451 A KR20190125451 A KR 20190125451A KR 1020197029885 A KR1020197029885 A KR 1020197029885A KR 20197029885 A KR20197029885 A KR 20197029885A KR 20190125451 A KR20190125451 A KR 20190125451A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- spreading
- fiber
- fiber layer
- tape
- matrix material
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 408
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 105
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 84
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 24
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000003892 spreading Methods 0.000 claims description 259
- 230000007480 spreading Effects 0.000 claims description 259
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 41
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N Terephthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 28
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 23
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 19
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 18
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 17
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 17
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 17
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 17
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 17
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 17
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 17
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 15
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 claims description 15
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 claims description 14
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 14
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 14
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 claims description 14
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 14
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 14
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 14
- 229920006380 polyphenylene oxide Polymers 0.000 claims description 14
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 14
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L terephthalate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)C1=CC=C(C([O-])=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 9
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 8
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 claims description 8
- 229920006260 polyaryletherketone Polymers 0.000 claims description 8
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 claims description 7
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 7
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 claims description 7
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 claims description 7
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 7
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 7
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 claims description 6
- ORQMTOBDLNHSKA-UHFFFAOYSA-N C(CCC)=C=CC1=CC=CC=C1.C(C=C)#N Chemical compound C(CCC)=C=CC1=CC=CC=C1.C(C=C)#N ORQMTOBDLNHSKA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 229920001652 poly(etherketoneketone) Polymers 0.000 claims description 6
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004760 aramid Substances 0.000 claims description 5
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 4
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 4
- HECLRDQVFMWTQS-RGOKHQFPSA-N 1755-01-7 Chemical compound C1[C@H]2[C@@H]3CC=C[C@@H]3[C@@H]1C=C2 HECLRDQVFMWTQS-RGOKHQFPSA-N 0.000 claims description 3
- 229920001342 Bakelite® Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000965 Duroplast Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 3
- 229920001807 Urea-formaldehyde Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004637 bakelite Substances 0.000 claims description 3
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 3
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims description 3
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 claims description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 229920006337 unsaturated polyester resin Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001567 vinyl ester resin Polymers 0.000 claims description 3
- CMLFRMDBDNHMRA-UHFFFAOYSA-N 2h-1,2-benzoxazine Chemical compound C1=CC=C2C=CNOC2=C1 CMLFRMDBDNHMRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004641 Diallyl-phthalate Substances 0.000 claims description 2
- 239000004638 Duroplast Substances 0.000 claims description 2
- QUDWYFHPNIMBFC-UHFFFAOYSA-N bis(prop-2-enyl) benzene-1,2-dicarboxylate Chemical compound C=CCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC=C QUDWYFHPNIMBFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000004644 polycyanurate Substances 0.000 claims description 2
- ODGAOXROABLFNM-UHFFFAOYSA-N polynoxylin Chemical compound O=C.NC(N)=O ODGAOXROABLFNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 claims 1
- XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M cyanate Chemical compound [O-]C#N XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 claims 1
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 claims 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 28
- 238000003490 calendering Methods 0.000 description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 5
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 5
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 4
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- MYRTYDVEIRVNKP-UHFFFAOYSA-N 1,2-Divinylbenzene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1C=C MYRTYDVEIRVNKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000004971 Cross linker Substances 0.000 description 2
- 239000004609 Impact Modifier Substances 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012963 UV stabilizer Substances 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 2
- 239000004643 cyanate ester Substances 0.000 description 2
- 150000001913 cyanates Chemical class 0.000 description 2
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012760 heat stabilizer Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N resorcinol Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1 GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000014347 soups Nutrition 0.000 description 2
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HJIAMFHSAAEUKR-UHFFFAOYSA-N (2-hydroxyphenyl)-phenylmethanone Chemical class OC1=CC=CC=C1C(=O)C1=CC=CC=C1 HJIAMFHSAAEUKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KOMNUTZXSVSERR-UHFFFAOYSA-N 1,3,5-tris(prop-2-enyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione Chemical compound C=CCN1C(=O)N(CC=C)C(=O)N(CC=C)C1=O KOMNUTZXSVSERR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BJELTSYBAHKXRW-UHFFFAOYSA-N 2,4,6-triallyloxy-1,3,5-triazine Chemical compound C=CCOC1=NC(OCC=C)=NC(OCC=C)=N1 BJELTSYBAHKXRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003903 2-propenyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])=C([H])[H] 0.000 description 1
- MFJDFPRQTMQVHI-UHFFFAOYSA-N 3,5-dioxabicyclo[5.2.2]undeca-1(9),7,10-triene-2,6-dione Chemical compound O=C1OCOC(=O)C2=CC=C1C=C2 MFJDFPRQTMQVHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZCILGMFPJBRCNO-UHFFFAOYSA-N 4-phenyl-2H-benzotriazol-5-ol Chemical class OC1=CC=C2NN=NC2=C1C1=CC=CC=C1 ZCILGMFPJBRCNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VMRIVYANZGSGRV-UHFFFAOYSA-N 4-phenyl-2h-triazin-5-one Chemical class OC1=CN=NN=C1C1=CC=CC=C1 VMRIVYANZGSGRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ODPYDILFQYARBK-UHFFFAOYSA-N 7-thiabicyclo[4.1.0]hepta-1,3,5-triene Chemical compound C1=CC=C2SC2=C1 ODPYDILFQYARBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 239000004342 Benzoyl peroxide Substances 0.000 description 1
- OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N Benzoylperoxide Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)OOC(=O)C1=CC=CC=C1 OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001651 Cyanoacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920000089 Cyclic olefin copolymer Polymers 0.000 description 1
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003317 Fusabond® Polymers 0.000 description 1
- 241000549135 Gyminda latifolia Species 0.000 description 1
- 229920004142 LEXAN™ Polymers 0.000 description 1
- 239000004418 Lexan Substances 0.000 description 1
- 239000004594 Masterbatch (MB) Substances 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 1
- 229920002302 Nylon 6,6 Polymers 0.000 description 1
- 229920000388 Polyphosphate Polymers 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000002216 antistatic agent Substances 0.000 description 1
- 239000012964 benzotriazole Substances 0.000 description 1
- 150000005130 benzoxazines Chemical class 0.000 description 1
- 235000019400 benzoyl peroxide Nutrition 0.000 description 1
- ZPOLOEWJWXZUSP-AATRIKPKSA-N bis(prop-2-enyl) (e)-but-2-enedioate Chemical compound C=CCOC(=O)\C=C\C(=O)OCC=C ZPOLOEWJWXZUSP-AATRIKPKSA-N 0.000 description 1
- ZPOLOEWJWXZUSP-WAYWQWQTSA-N bis(prop-2-enyl) (z)-but-2-enedioate Chemical compound C=CCOC(=O)\C=C/C(=O)OCC=C ZPOLOEWJWXZUSP-WAYWQWQTSA-N 0.000 description 1
- FPODCVUTIPDRTE-UHFFFAOYSA-N bis(prop-2-enyl) hexanedioate Chemical compound C=CCOC(=O)CCCCC(=O)OCC=C FPODCVUTIPDRTE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 1
- NLCKLZIHJQEMCU-UHFFFAOYSA-N cyano prop-2-enoate Chemical class C=CC(=O)OC#N NLCKLZIHJQEMCU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- LRCFXGAMWKDGLA-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;hydrate Chemical class O.O=[Si]=O LRCFXGAMWKDGLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- YYXLGGIKSIZHSF-UHFFFAOYSA-N ethene;furan-2,5-dione Chemical group C=C.O=C1OC(=O)C=C1 YYXLGGIKSIZHSF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000002783 friction material Substances 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 229920005669 high impact polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000004797 high-impact polystyrene Substances 0.000 description 1
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical class [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000004611 light stabiliser Substances 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001911 maleic anhydride grafted polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N n,n'-methylenebisacrylamide Chemical compound C=CC(=O)NCNC(=O)C=C ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 1
- CMPQUABWPXYYSH-UHFFFAOYSA-N phenyl phosphate Chemical compound OP(O)(=O)OC1=CC=CC=C1 CMPQUABWPXYYSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002467 phosphate group Chemical group [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 description 1
- 229920002285 poly(styrene-co-acrylonitrile) Polymers 0.000 description 1
- 229920006389 polyphenyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000001205 polyphosphate Substances 0.000 description 1
- 235000011176 polyphosphates Nutrition 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- GDESWOTWNNGOMW-UHFFFAOYSA-N resorcinol monobenzoate Chemical compound OC1=CC=CC(OC(=O)C=2C=CC=CC=2)=C1 GDESWOTWNNGOMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 239000000454 talc Chemical class 0.000 description 1
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B15/00—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
- B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
- B29B15/10—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
- B29B15/12—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length
- B29B15/122—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length with a matrix in liquid form, e.g. as melt, solution or latex
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B7/00—Mixing; Kneading
- B29B7/30—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
- B29B7/58—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29B7/72—Measuring, controlling or regulating
- B29B7/726—Measuring properties of mixture, e.g. temperature or density
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B7/00—Mixing; Kneading
- B29B7/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29B7/82—Heating or cooling
- B29B7/826—Apparatus therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B7/00—Mixing; Kneading
- B29B7/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29B7/88—Adding charges, i.e. additives
- B29B7/90—Fillers or reinforcements, e.g. fibres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/001—Combinations of extrusion moulding with other shaping operations
- B29C48/0021—Combinations of extrusion moulding with other shaping operations combined with joining, lining or laminating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/022—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the choice of material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/15—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. extrusion moulding around inserts
- B29C48/154—Coating solid articles, i.e. non-hollow articles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/15—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. extrusion moulding around inserts
- B29C48/156—Coating two or more articles simultaneously
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/16—Articles comprising two or more components, e.g. co-extruded layers
- B29C48/18—Articles comprising two or more components, e.g. co-extruded layers the components being layers
- B29C48/21—Articles comprising two or more components, e.g. co-extruded layers the components being layers the layers being joined at their surfaces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/16—Articles comprising two or more components, e.g. co-extruded layers
- B29C48/18—Articles comprising two or more components, e.g. co-extruded layers the components being layers
- B29C48/22—Articles comprising two or more components, e.g. co-extruded layers the components being layers with means connecting the layers, e.g. tie layers or undercuts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
- B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B7/00—Mixing; Kneading
- B29B7/30—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
- B29B7/34—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices
- B29B7/38—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2069/00—Use of PC, i.e. polycarbonates or derivatives thereof, as moulding material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2307/00—Use of elements other than metals as reinforcement
- B29K2307/04—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
- B29L2007/00—Flat articles, e.g. films or sheets
- B29L2007/007—Narrow strips, e.g. ribbons, tapes, bands
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Coating Apparatus (AREA)
- Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
본 개시는 일방향성 섬유 테이프 및 이를 제조하기 위한 방법 및 시스템을 포함한다. 일부 테이프는 열가소성 물질 및 분산된 복수의 섬유를 포함하는 매트릭스 물질을 포함하고, 상기 테이프는 0.07mm 내지 0.30mm의 두께를 갖는다. 일부 테이프는 65 내지 90의 평균 상대 섬유 면적 범위 및 3 내지 20의 분산 계수를 갖는다. 일부 테이프에서, 상기 섬유는 탄소 섬유를 포함하고, 상기 테이프는 50% 초과의 섬유 부피 분율을 갖는다.
Description
본 출원은 2017. 3. 13에 출원된 미국 임시특허출원 제62/470,866호의 우선권의 이익을 주장하며, 이는 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
본 발명은 일반적으로 일방향성 섬유 테이프("UD 테이프")에 관한 것으로, 더욱 상세하게, 높은 섬유 부피 분율(예를 들어, 50% 초과) 및/또는 균일 밀도(65 내지 90의 평균 상대 섬유 면적 범위(%)("RFAC") 및 3 내지 20의 분산 계수(%)("COV")로 정의)를 갖는 얇은(예를 들어, 대략 0.30 밀리미터(mm) 이하인) UD 테이프, 및 이를 제조하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
UD 테이프는 종래의 물질로 형성된 구조와 비교할 때 높은 강성 및 높은 강도 뿐만 아니라 낮은 무게와 같은 유리한 구조적 특성을 갖는 구조를 만들기 위해 사용될 수 있다. 결과적으로, UD 테이프는 자동차, 항공 우주 및 소비자 전자 산업을 포함한 광범위한 산업의 다양한 응용 분야에 사용된다. 응용 분야에 따라 UD 테이프는 강도, 강성, 사이즈, 무게 등을 포함하여 여러 기준을 충족해야 하며 UD 테이프는 이러한 기준을 일관되게 충족해야 한다.
종래 UD 테이프 생산 기술과 관련된 문제로 인해 원하는 기준에 맞는 UD 테이프를 생산하지 못할 수 있다. 예를 들어, 종래의 함침 기술은 섬유층을 매트릭스 물질로 충분히 함침시키지 못할 수 있으며, 이는 바람직하지 않게 낮은 섬유 부피 분율, 불균일한 밀도, 큰 두께, 높은 중량 등을 갖는 UD 테이프를 초래할 수 있다. 이 문제는 섬유 베드가 낮은 투과성을 가질 때(예를 들어, 탄소 섬유층에서와 같이) 및/또는 매트릭스 물질이 낮은 용융 강도 및/또는 높은 점도를 가질 때(예를 들어, 고온 중합체에서와 같이) 악화 될 수 있다.
또한, 종래의 용매계 함침 기술은, 예를 들어, 용매의 필요성뿐만 아니라 함침된 섬유층으로부터 용매를 증발시키고 및/또는 용매를 처분 또는 재활용할 필요성으로 인해 바람직하지 않게 비싸고 및/또는 복잡할 수 있다. 마찬가지로, 종래의 수계 함침 기술은, 예를 들어, 매트릭스 물질의 수성 슬러리를 제조할 필요성으로 인해 바람직하지 않게 비싸고 및/또는 복잡할 수 있으며, 이는 전형적으로 매트릭스 물질의 미세 분말을 생성해야 한다.
위에서 언급한 결함에 대한 해결책이 발견되었다. 특히, 작고 균일한 밀도 및/또는 높은 섬유 부피 분율과 같은 특정 특성을 갖는 UD 테이프의 일관되고 확장 가능한 생산을 가능하게 하는 처리 기술이 발견되었다. 이러한 처리 기술은 제 1 및 제 2 스프레딩(spreaded) 섬유층의 사용을 포함할 수 있으며, 여기서: (1) 상기 제 2 스프레딩 섬유층은 상기 제 1 스프레딩 섬유층보다 적어도 10% 더 많은 섬유를 갖고, 매트릭스 물질이 제 2 스프레딩 섬유층으로 도입되고, 상기 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층이 함께 가압된다; 및/또는 (2) 매트릭스 물질은 압출기의 다이의 배출구에 아래에 제 1 방향으로 상기 제 2 스프레딩 섬유층을 이동함으로써 상기 제 2 스프레딩 섬유층으로 도입되는데 매트릭스 물질은 상기 제 1 방향에 직교하거나 또는 대향하는 성분을 갖는 압출 방향으로 상기 배출구를 통해 압출되고, 그리고 상기 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층은 함께 가압된다. 이론에 구애됨이 없이, 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있는 이러한 열거된 처리 기술은 스프레딩 섬유층의 함침을 용이하게 하여 현재 이용 가능한 UD 테이프와 비교할 때 유리한 특성을 갖는 UD 테이프를 생성하는 것으로 여겨진다.
본 UD 테이프의 일부 실시예는 열가소성 물질 및 분산된 복수의 섬유를 포함하는 매트릭스 재료를 포함하며, 여기서 상기 테이프는 0.07 내지 0.30mm의 두께를 갖는다. 이러한 UD 테이프의 평균 RFAC는 65 내지 90이고 COV는 3 내지 20이다. 일부 UD 테이프의 섬유 부피 비율은 50%보다 크다. 따라서, 본 UD 테이프 중 일부는 균일한 밀도 및/또는 높은 섬유 부피 분율을 가지면서 얇을 수 있다. 본 UD 테이프 중 일부는 스프레딩 섬유 층으로 스프레딩될 때 비교적 낮은 투과성을 갖는 섬유(예를 들어, 탄소 섬유)를 포함함에도 불구하고 이러한 바람직한 특성을 가질 수 있다.
본 방법의 일부 실시예는 용융계 함침 기술을 사용하여 균일한 밀도 및/또는 높은 섬유 부피 분율을 갖는 얇은 테이프를 제조하는데 사용될 수 있고, 이를 통해 용매계 또는 수계 함침 기술의 비용 및/또는 복잡성을 피할 수 있다.
예를 들어, 본 방법 중 일부에는 다음이 포함된다: (1) 제 1 하나 이상의 섬유 다발의 세트를 제 1 스프레딩 섬유층으로 스프레딩하는 단계 및 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트를 상기 제 1 스프레딩 섬유층보다 적어도 10% 더 많은 섬유를 갖는 제 2 스프레딩 섬유층으로 스프레딩하는 단계; (2) 압출기를 사용하여 매트릭스 물질을 제 2 스프레딩 섬유층으로 도입하는 단계; 및 (3) 상기 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층을 함께 가압하는 단계. 상기 제 1 스프레딩 섬유층에 더 적은 섬유를 포함시키는 것은 투과성을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 상기 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층이 함께 가압될 때 상기 제 1 스프레딩 섬유층의 함침을 촉진시킨다.
추가 예로서, 본 방법 중 일부는 다음을 포함한다: (1) 제 1 및 제 2 세트의 하나 이상의 섬유 다발을 각각 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층으로 확산시키는 단계; (2) 적어도 다음에 의해 상기 제 2 스프레딩 섬유층으로 매트릭스 물질을 도입하는 단계: (a) 압출기의 다이의 배출구 아래에서 제 1 방향으로 상기 제 2 스프레딩 섬유층을 이동시키는 단계; 및 (b) 상기 제 1 방향과 직교하거나 또는 대향하는 요소를 갖는 압출 방향으로 상기 배출구를 통해 매트릭스 물질을 압출하는 단계; 및 (3) 상기 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층을 함께 가압하는 단계. 일부 방법에서, 상기 제 2 스프레딩 섬유층은 상기 다이와 접촉하거나 근접한다(예를 들어, 5mm 이내). 일부 방법은 상기 제 2 스프레딩 섬유층을 하류 부분 및 상류 부분을 갖는 스크레이퍼-상기 다이의 일부일 수 있음- 아래에 통과시키는 단계를 포함하는데, 상기 제 2 스프레딩 섬유층과 상기 상류 부분 사이의 거리는 매트릭스 물질이 상기 스크레이퍼와 상기 제 2 스프레딩 섬유층 사이에 축적되도록 상기 제 2 스프레딩 섬유층과 상기 하류 부분 사이의 대응(즉, 동일한 방향으로 측정된) 거리보다 더 크다. 이들 방식 중 적어도 일부에서, 상기 다이로부터의 매트릭스 물질은 상기 제 2 스프레딩 섬유층으로 밀려나갈 수 있고, 이에따라 상기 제 2 스프레딩 섬유층의 함침이 촉진된다.
실시예 1-53이 본원에 개시된다. 실시예 1은 일방향성 섬유 테이프를 제조하기 위한 방법으로서, 제 1 하나 이상의 섬유 다발의 세트를 제 1 스프레딩 섬유층으로 스프레딩하는 단계, 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트를 상기 제 1 스프레딩 섬유층보다 적어도 10% 더 많은 섬유를 갖는 제 2 스프레딩 섬유층으로 스프레딩하는 단계, 적어도 압출기의 다이의 배출구 아래에서 상기 제 2 스프레딩 섬유층을 이동시키는 것과 및 상기 배출구를 통해 매트릭스 물질을 압출하는 것을 통해 상기 제 2 스프레딩 섬유층으로 매트릭스 물질을 도입하는 단계 및 적어도 상기 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층을 함께 가압함으로써 상기 테이프를 제조하는 단계를 포함한다.
실시예 2는 실시예 1에 있어서, 상기 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트는 상기 제 1 하나 이상의 섬유 다발의 세트보다 적어도 하나 이상의 섬유 다발을 더 포함한다.
실시예 3은 실시예 1 또는 2에 있어서, 상기 제 2 스프레딩 섬유층으로 매트릭스 물질을 도입하는 단계가 상기 제 2 스프레딩 섬유층이 상기 다이의 배출구 아래에서 제 1 방향으로 이동하고, 상기 제 1 방향과 직교하거나 또는 대향하는 요소를 갖는 압출 방향으로 상기 배출구를 통해 매트릭스 물질이 압출되는 방식으로 수행된다.
실시예 4는 일방향성 섬유 테이프를 제조하기 위한 방법으로서, 제 1 하나 이상의 섬유 다발의 세트를 제 1 스프레딩 섬유층으로 스프레딩하는 단계, 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트를 제 2 스프레딩 섬유층으로 스프레딩하는 단계, 압출기의 다이의 배출구 아래에서 제 1 방향으로 상기 제 2 스프레딩 섬유층을 이동시키고 상기 제 1 방향과 직교하거나 또는 대향하는 요소를 갖는 압출 방향으로 상기 배출구를 통해 매트릭스 물질을 압출함으로써 상기 제 2 스프레딩 섬유층으로 매트릭스 물질을 도입하는 단계, 및 상기 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층을 함께 가압함으로써 상기 테이프를 제조하는 단계를 포함한다.
실시예 5는 실시예 4에 있어서, 상기 제 2 스프레딩 섬유층이 상기 제 1 스프레딩 섬유층보다 적어도 10% 많은 섬유를 갖는다.
실시예 6은 실시예 5에 있어서, 상기 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트는 상기 제 1 하나 이상의 섬유 다발의 세트보다 적어도 하나 이상의 섬유 다발을 더 포함한다.
실시예 7은 실시예 3 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1 방향과 상기 압출 방향 사이의 각도는 대략 85도 내지 90 도이다.
실시예 8은 실시예 3 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 상기 다이의 배출구를 통해 매트릭스 물질을 압출하는 것은 상기 다이의 내부 통로를 통해 매트릭스 물질을 상기 배출구로 이송하는 것을 포함하고, 그리고 상기 압출 방향은 상기 내부 통로의 종축에 평행하고 및/또는 상기 배출구의 평면에 수직이다.
실시예 9는 실시예 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층을 함께 가압하는 동안 상기 제 1 스프레딩 섬유층은 제 1 폭을 갖고, 그리고 상기 제 2 스프레딩 섬유층은 상기 제 1 폭과 실질적으로 동일한 제 2 폭을 갖는다.
실시예 10은 실시예 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 하류 부분 및 상류 부분을 갖는 스크레이퍼 아래에 상기 제 2 스프레딩 섬유층을 통과시키는 단계를 포함하고, 상기 제 2 스프레딩 섬유층과 상기 상류 부분 사이의 거리는 매트릭스 물질이 상기 스크레이퍼와 상기 제 2 스프레딩 섬유층 사이에 축적되도록 상기 제 2 스프레딩 섬유층과 상기 하류 부분 사이의 대응 거리보다 더 크다.
실시예 11은 실시예 10에 있어서, 상기 스크레이퍼는 상기 다이에 결합된다.
실시예 12는 실시예 1 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 상기 압출기 내의 압력이 대략 5 바(bar) 게이지 내지 대략 25 바 게이지이다.
실시예 13은 실시예 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트는 비규격 섬유를 포함한다.
실시예 14는 실시예 1 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리아미드 섬유, 현무암 섬유, 강철 섬유 또는 이들의 조합을 포함한다.
실시예 15는 실시예 14에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트는 탄소 섬유 또는 유리 섬유를 포함한다.
실시예 16은 실시예 1 내지 15 중 어느 하나에 있어서, 상기 매트릭스 물질은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리(1,4-시클로헥실리덴 시클로헥산-1,4-디카복실레이트)(PCCD), 글리콜 개질 폴리시클로헥실 테레프탈레이트(PCTG), 폴리(페닐렌 옥사이드)(PPO), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌이민 또는 폴리에테르이미드(PEI) 또는 이들의 유도체, 열가소성 엘라스토머(TPE), 테레프탈산(TPA) 엘라스토머, 폴리(시클로헥산디메틸렌테레프탈레이트)(PCT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(PA), 폴리설폰 설포네이트(PSS), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리에테르 케톤 케톤(PEKK), 아크릴로니트릴 부틸리덴 스티렌(ABS), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함하는 열가소성 물질을 포함한다.
실시예 17은 실시예 16에 있어서, 상기 열가소성 물질은 폴리카보네이트, 폴리아미드, 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
실시예 18은 실시예 1 내지 15 중 어느 하나에 있어서, 상기 매트릭스 물질은 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄, 베이클라이트(bakelite), 듀로플라스트(duroplast), 요소-포름알데히드, 디알릴-프탈레이트, 에폭시 수지, 에폭시 비닐에스테르, 폴리이미드, 폴리시아누레이트의 시아네이트 에스테르, 디시클로펜타디엔, 페놀릭(phenolic), 벤조옥사진, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물을 포함한다.
실시예 19는 실시예 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 상기 테이프는 35% 이상의 섬유 부피 분율을 갖는다.
실시예 20은 실시예 19에 있어서, 상기 섬유 부피 분율은 50%를 초과한다.
실시예 21은 실시예 20에 있어서, 상기 섬유 부피 분율은 70% 이하이고, 선택적으로 상기 섬유 부피 분율이 65% 내지 70%이다.
실시예 22는 실시예 1 내지 21 중 어느 하나에 있어서, 상기 테이프가 0.07mm 내지 0.30mm의 두께를 갖는다.
실시예 23은 실시예 22에 있어서, 상기 두께는 0.10mm 내지 0.25mm이고, 선택적으로, 상기 두께가 대략 0.15mm이다.
실시예 24는 실시예 1 내지 23 중 어느 하나에 있어서, 상기 테이프는 65 내지 90의 평균 RFAC 및 3 내지 20의 COV를 갖는다.
실시예 25는 실시예 24에 있어서, 상기 평균 RFAC는 70 내지 90이고, 상기 COV는 3 내지 15이다.
실시예 26은 실시예 25에 있어서, 상기 평균 RFAC는 75 내지 90이고, 상기 COV는 3 내지 10이다.
실시예 27은 일방향성 섬유 테이프를 제조하기 위한 방법으로서, 제 1 하나 이상의 섬유 다발의 세트를 제 1 스프레딩 섬유층으로 스프레딩하는 단계, 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트를 제 2 스프레딩 섬유층으로 스프레딩하는 단계, 압출기를 사용하여 매트릭스 물질을 상기 제 2 스프레딩 섬유층으로 도입하는 단계-상기 매트릭스 물질은 열가소성 물질을 포함함-, 및 적어도 상기 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층을 함께 가압함으로써 상기 테이프를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 테이프는 65 내지 90의 평균 RFAC 및 3 내지 20의 COV 및 0.07mm 내지 0.30mm의 두께를 갖는다.
실시예 28은 실시예 27에 있어서, 상기 평균 RFAC는 70 내지 90이고, 상기 COV는 3 내지 15이다.
실시예 29는 실시예 28에 있어서, 상기 평균 RFAC는 75 내지 90이고, 상기 COV는 3 내지 10이다.
실시예 30은 실시예 27 내지 29 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 현무암 섬유 또는 이들의 조합을 포함한다.
실시예 31은 실시예 30에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트는 탄소 섬유 또는 유리 섬유를 포함한다.
실시예 32는 일방향성 섬유 테이프를 제조하기 위한 방법으로서, 탄소 섬유를 각각 포함하는 제 1 하나 이상의 섬유 다발의 세트를 제 1 스프레딩 섬유층으로 스프레딩하는 단계, 탄소 섬유를 각각 포함하는 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트를 제 2 스프레딩 섬유층으로 스프레딩하는 단계, 압출기를 사용하여 매트릭스 물질을 상기 제 2 스프레딩 섬유층으로 도입하는 단계-상기 매트릭스 물질은 열가소성 물질을 포함함-, 및 적어도 상기 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층을 함께 가압함으로써 상기 테이프를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 테이프는 50%보다 큰 섬유 부피 분율 및 0.07mm 내지 0.30mm의 두께를 갖는다.
실시예 33은 실시예 32에 있어서, 상기 섬유 부피 분율은 70% 이하이고, 선택적으로 상기 섬유 부피 분율이 65% 내지 70%이다.
실시예 34는 실시예 27에 있어서, 상기 열가소성 물질은 폴리카보네이트를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트는 각각 탄소 섬유를 포함하고, 그리고 (1) 상기 평균 RFAC는 대략 71.6이고 상기 COV는 대략 9.4이며; 또는 (2) 상기 평균 RFAC는 대략 74.4이고 상기 COV는 대략 6.8이다.
실시예 35는 실시예 27 내지 33 중 어느 하나에 있어서, 상기 열가소성 물질은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리(페닐렌 옥사이드)(PPO), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌이민 또는 폴리에테르이미드(PEI) 또는 이들의 유도체, 열가소성 엘라스토머(TPE), 테레프탈산(TPA) 엘라스토머, 폴리(시클로헥산디메틸렌테레프탈레이트)(PCT), 폴리아미드(PA), 폴리설폰 설포네이트(PSS), 폴리아릴 에테르 케톤(PAEK), 아크릴로니트릴 부틸리덴 스티렌(ABS), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에테르 설폰(PES), 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
실시예 36은 실시예 35에 있어서, 상기 열가소성 물질은 폴리카보네이트, 폴리아미드, 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
실시예 37은 실시예 27 내지 36 중 어느 하나에 있어서, 상기 테이프의 두께는 0.10mm 내지 0.25mm이고, 선택적으로, 상기 테이프의 두께가 대략 0.15mm이다.
실시예 38은 일방향성 섬유 테이프를 제조하기 위한 시스템으로서, 배출구를 규정하는 다이를 갖는 압출기, 상기 배출구의 상류에 배치된 제 1 가이딩 요소, 및 상기 배출구의 하류에 배치된 제 2 가이딩 요소-상기 가이딩 요소들은 스프레딩 섬유층과 접촉하여 상기 배출구 아래의 제 1 방향으로 상기 섬유층을 안내하도록 구성됨-를 포함하고, 상기 압출기는 상기 다이의 배출구를 통해 매트릭스 물질을 상기 제 1 방향에 직교하거나 또는 대향하는 성분을 갖는 압출 방향으로 압출한다.
실시예 39는 실시예 38에 있어서, 상기 제 1 방향과 상기 압출 방향 사이의 각도는 대략 85도 내지 90 도이다.
실시예 40은 실시예 38 또는 39에 있어서, 상기 배출구의 하류에 위치하며, 하류 부분 및 상류 부분을 갖는 스크레이퍼를 포함하고, 선택적으로, 상기 제 2 가이딩 요소는 상기 스크레이퍼를 포함하고, 그리고 상기 스프레딩 섬유층이 상기 가이딩 요소들에 의해 가이딩될 때, 상기 스프레딩 섬유층과 상기 상류 부분 사이의 거리는 상기 스프레딩 섬유층과 상기 하류 부분 사이의 대응 거리보다 크다.
실시예 41은 실시예 40에 있어서, 상기 스크레이퍼는 상기 다이에 결합된다.
실시예 42는 실시예 38 내지 41 중 어느 하나에 있어서, 상기 가이딩 요소 중 적어도 하나는 바 또는 플레이트를 포함한다.
실시예 43은 열가소성 물질, 및 분산된 복수의 섬유를 포함하는 매트릭스 물질을 포함하는 일방향성 섬유 테이프이고, 상기 테이프는 65 내지 90의 평균 상대 섬유 면적 범위와 3 내지 20의 분산 계수 및 0.07mm 내지 0.30mm의 두께를 갖는다.
실시예 44는 실시예 43에 있어서, 상기 평균 RFAC는 70 내지 90이고, 상기 COV는 3 내지 15이다.
실시예 45는 실시예 44에 있어서, 상기 평균 RFAC는 75 내지 90이고, 상기 COV는 3 내지 10이다.
실시예 46은 실시예 43 내지 45 중 어느 하나에 있어서, 상기 섬유는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 현무암 섬유 또는 이들의 조합을 포함한다.
실시예 47은 실시예 46에 있어서, 상기 섬유는 탄소 섬유 또는 유리 섬유를 포함한다.
실시예 48은 열가소성 물질, 및 분산된 복수의 섬유를 포함하는 매트릭스 물질을 포함하는 일방향성 섬유 테이프이고, 상기 테이프는 50%보다 큰 섬유 부피 분율 및 0.07mm 내지 0.30mm의 두께를 갖는다.
실시예 49는 실시예 48에 있어서, 상기 섬유 부피 분율은 50% 내지 70%이고, 선택적으로 상기 섬유 부피 분율이 65% 내지 70%이다.
실시예 50은 실시예 43에 있어서, 상기 열가소성 물질은 폴리카보네이트를 포함하고, 상기 섬유는 탄소 섬유를 포함하고, 그리고 (1) 상기 평균 RFAC는 대략 71.6이고 상기 COV는 대략 9.4이며; 또는 (2) 상기 평균 RFAC는 대략 74.4이고 상기 COV는 대략 6.8이다.
실시예 51은 실시예 43 내지 49 중 어느 하나에 있어서, 상기 열가소성 물질은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리(페닐렌 옥사이드)(PPO), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌이민 또는 폴리에테르이미드(PEI) 또는 이들의 유도체, 열가소성 엘라스토머(TPE), 테레프탈산(TPA) 엘라스토머, 폴리(시클로헥산디메틸렌테레프탈레이트)(PCT), 폴리아미드(PA), 폴리설폰 설포네이트(PSS), 폴리아릴 에테르 케톤(PAEK), 아크릴로니트릴 부틸리덴 스티렌(ABS), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에테르 설폰(PES), 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
실시예 52는 실시예 51에 있어서, 상기 열가소성 물질은 폴리카보네이트, 폴리아미드, 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
실시예 53은 실시예 43 내지 53 중 어느 하나에 있어서, 상기 테이프의 두께는 0.10mm 내지 0.25mm이고, 선택적으로, 상기 테이프의 두께가 대략 0.15mm이다.
"결합된(coupled)"이라는 용어는 반드시 직접적이 아니고 반드시 기계적이 아니더라도 연결된 것으로 정의된다. "결합된" 두 아이템은 서로 일체가 될 수도 있다. 단수 용어("a" 및 "an")는 본 개시가 명시적으로 달리 요구하지 않는 한 하나 이상으로 정의된다. "실질적으로"라는 용어는 당업자에게 이해되는 바와 같이 명시된 것이 반드시 전체적으로 그러한 것이 아니라 대체로 그러한 것으로 정의된다(명시된 것을 포함, 예를 들어, 실질적으로 90도는 90도를 포함하고 실질적으로 평행은 평행을 포함). 임의의 개시된 실시예에서, 용어 "실질적으로" 및 "대략"은 명시된 것의 "범위(백분율) 내"로 치환될 수 있으며, 상기 백분율은 0.1, 1, 5 및 10%를 포함한다.
"및/또는"은 및 이나 또는을 의미한다. 예로서, A, B 및/또는 C는 A 단독, B 단독, C 단독, A와 B의 조합, A와 C의 조합, B와 C의 조합, 또는 A, B 및 C의 조합을 포함한다. 다시 말하면, "및/또는"은 논리합으로 작용한다.
또한, 특정 방식으로 구성된 장치 또는 시스템은 적어도 그러한 방식으로 구성되지만, 구체적으로 설명된 것과 다른 방식으로 구성될 수도 있다.
용어 "포함한다(comprise)"("포함하다(comprise)" 및 "포함하는(comprising)"과 같은 임의의 형태), "구비하다(have)"("구비하다(has)" 및 "구비하는(having)"과 같은 임의의 형태), "포함한다(include)"("포함하다(includes)" 및 "포함하는(including)"과 같은 임의의 형태)는 개방형 연결 동사이다. 결과적으로, 하나 이상의 구성요소를 “포함하는(comprises)," "구비하는(has)," 또는 "포함하는(includes)" 장치는 하나 이상의 구성요소를 소유하지만 그러나 오직 이들 구성요소만을 소유하는 것으로 제한되지 않는다. 마찬가지로, 하나 이상의 단계를 “포함하는(comprises)," "구비하는(has)," 또는 "포함하는(includes)," 방법은 하나 이상의 단계를 소유하지만 그러나 오직 이들 단계만을 소유하는 것으로 제한되지 않는다.
상기 장치, 시스템, 및 방법 중 어느 하나의 임의의 실시예는 상기 설명된 단계, 구성요소 및/ 또는 특징 중 임의의 것으로 구성되거나 또는 상기 설명된 단계, 구성요소 및/ 또는 특징 중 임의의 것을 필수적으로 하여 구성될 수 있다(포함하다(comprise)/구비하다(have)/포함하다(include) 외에). 따라서, 임의의 청구항에서 용어 “~로 구성되다(consist of)”또는 “~을(를) 필수적으로 하여 구성되다(consisting essentially of)”는 상기 개방형 연결동사가 사용된 주어진 청구항의 범위를 변경하기 위하여 상기 나열된 개방형 연결동사에 대체될 수 있다.
본 개시 또는 실시예들의 특성에 의해 명시적으로 금지되지 않는 한, 일 실시예의 특징 또는 특징들은 설명되거나 도시되지 않았더라도 다른 실시예들에 적용될 수 있다.
실시예들과 관련된 일부 세부 사항들은 위에서 설명되었고 다른 것들이 아래에서 설명된다.
다음의 도면은 예시적인 것이며 제한적인 것은 아니다. 간결함과 명료함을 위해, 주어진 구조의 모든 특징이 해당 구조가 나타나는 모든 도면에서 항상 참조 번호가 표시되지는 않는다. 동일한 참조 번호가 반드시 동일한 구조를 나타내는 것은 아니다. 오히려, 동일한 참조 번호는 동일하지 않은 참조 번호와 같이 유사한 특징 또는 유사한 기능을 갖는 특징을 나타내는 데에 사용될 수 있다. 개략적인 도면으로 식별되지 않는 한, 각각의 도면은 축척대로 도시되어 있으며, 이는 도면에 도시된 구성요소의 크기가 적어도 도면에 도시된 실시예에서 서로에 대해 상대적으로 정확한 것을 의미한다.
도 1은 종래 기술의 UD 테이프의 단면도이다.
도 2는 UD 테이프의 평균 RFAC 및 COV를 결정하는 절차를 도시한 개략도이ㄷ다.
도 3은 본 UD 테이프의 일 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 4는 매트릭스 물질을 2개의 스프레딩 섬유층 중 하나에 도입하고, 스프레딩된 섬유층을 함께 가압하는 것을 포함하는 UD 테이프를 제조하는 본 방법의 일부 실시예의 순서도이다.
도 5는 제 1 및 제 2 섬유 다발(들)의 세트를 각각 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유츨으로 스프레딩하기 위한 본 스프레딩 시스템의 실시예의 개략적인 측면도이다.
도 6은 도 5의 스프레딩 시스템의 사시도이다.
도 7은 도 5의 스프레딩 시스템의 스프레딩 요소의 개략적인 사시도이다.
도 8은 매트릭스 물질을 스프레딩 섬유층으로 도입하기 위한 다이를 갖는 압출기를 포함하는 본 함침 시스템의 실시예의 개략적 측면도이다.
도 9 및 10은 도 8의 함침 시스템의 다이의 개략적인 측 단면도이다.
도 11은 도 8의 함침 시스템의 사시도이다.
도 12는 본 함침 시스템의 실시예의 사시도이다.
도 13은 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층을 함께 가압하기 위한 다양한 구성 요소의 개략적인 측면도이다.
도 14는 도 13의 일부 구성 요소의 사시도이다.
도 15 및 16은 테이프의 평균 RFAC 및 COV를 결정하기 위해 사용된 박스 및 섬유 카운트로 주석이 달린 본 UD 테이프의 실시예의 단면 이미지이다.
도 1은 종래 기술의 UD 테이프의 단면도이다.
도 2는 UD 테이프의 평균 RFAC 및 COV를 결정하는 절차를 도시한 개략도이ㄷ다.
도 3은 본 UD 테이프의 일 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 4는 매트릭스 물질을 2개의 스프레딩 섬유층 중 하나에 도입하고, 스프레딩된 섬유층을 함께 가압하는 것을 포함하는 UD 테이프를 제조하는 본 방법의 일부 실시예의 순서도이다.
도 5는 제 1 및 제 2 섬유 다발(들)의 세트를 각각 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유츨으로 스프레딩하기 위한 본 스프레딩 시스템의 실시예의 개략적인 측면도이다.
도 6은 도 5의 스프레딩 시스템의 사시도이다.
도 7은 도 5의 스프레딩 시스템의 스프레딩 요소의 개략적인 사시도이다.
도 8은 매트릭스 물질을 스프레딩 섬유층으로 도입하기 위한 다이를 갖는 압출기를 포함하는 본 함침 시스템의 실시예의 개략적 측면도이다.
도 9 및 10은 도 8의 함침 시스템의 다이의 개략적인 측 단면도이다.
도 11은 도 8의 함침 시스템의 사시도이다.
도 12는 본 함침 시스템의 실시예의 사시도이다.
도 13은 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층을 함께 가압하기 위한 다양한 구성 요소의 개략적인 측면도이다.
도 14는 도 13의 일부 구성 요소의 사시도이다.
도 15 및 16은 테이프의 평균 RFAC 및 COV를 결정하기 위해 사용된 박스 및 섬유 카운트로 주석이 달린 본 UD 테이프의 실시예의 단면 이미지이다.
기존의 UD 테이프는 바람직하지 않은 불균일한 밀도, 낮은 섬유 부피 분율, 및/또는 높은 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1은 매트릭스 물질(104) 내에 분산된 유리 섬유(102)를 포함하는 종래 기술의 UD 테이프(100)의 단면 이미지이다. UD 테이프(100)의 경우, 매트릭스 물질(104) 내의 섬유(102)의 분포는 불균일하다-이에 따라 테이프의 밀도도 불균일함-. 예를 들어, 섬유는 클러스터(106)로 그룹화되고, 매트릭스 물질은 클러스터 주위에 배치된 일반적으로 섬유가 없는 포켓(108)에 집중된다. 이 불균일한 밀도는 평균 RFAC 65.7 및 COV 32.4로 정량화할 수 있다(예시 2 참조). 이러한 불균일한 밀도는 UD 테이프(100)의 성능을 일관성 없고 예측할 수 없게 한다. 추가로, 매트릭스 물질(104)의 포켓(108), 특히 섬유(102)의 클러스터(106)의 위 및 아래에 위치된 포켓은 UD 테이프(100)가 바람직하지 않은 낮은 섬유 부피 분율(예를 들면, 높은 강도 및/또는 강성이 중요한 응용 분야에 사용하기에) 및 바람직하지 않은 높은 두께(예를 들면, 공간이 제한된 응용 분야 및/또는 저중량이 중요한 응용 분야에 사용하기에)를 갖도록 할 수 있다.
A. 본 개시의 UD 테이프
아래에보다 상세히 설명되는 바와 같이, 본 UD 테이프는 얇을뿐만 아니라(예를 들면, 약 0.30mm 이하의 두께를 가짐) 높은 섬유 부피 분율(예를 들면, 50% 초과) 및/또는 균일한 밀도(예를 들어, 평균 RFAC는 65 내지 90이고 COV는 3 내지 20으로 정의됨)를 가질 수 있다.
1. RFAC 및 COV 결정
추가로 도 2를 참조하면, UD 테이프(예를 들어, 200)의 평균 RFAC 및 COV는 다음 절차를 사용하여 결정된다.
1. 상기 UD 테이프의 단면 이미지(202)는 이미지의 폭(204)이 상기 UD 테이프의 폭(방향(206)으로 측정)과 정렬되고 이미지의 높이(208)가 상기 UD 테이프의 두께(210)와 정렬되도록 상기 UD 테이프의 길이에 수직으로 취해진다. 이미지(202)의 폭(204)은 각각의 박스(216a-216k)(후술 됨)가 이미지 내에 놓일 수 있을 만큼 충분히 크며, 이미지의 높이(208)는 상기 UD 테이프의 전체 두께(210)가 이미지에 의해 포착될 수 있을 만큼 충분히 크다. 예시 섹션에서 논의된 이미지를 생성하기 위해 50x 렌즈가 장착된 KEYENCE VK-X22 카메라가 사용되었다. 그러나 다른 카메라 또는 이미징 장치가 사용될 수 있다.
2. 십자선(212 및 214)은 십자선이 상기 UD 테이프의 폭 및 두께를 따라 이미지에 의해 포착된 상기 UD 테이프의 부분을 이등분하도록 이미지(202) 상에 도시된다.
3. 상기 UD 테이프의 두께(210)의 대략 80%와 동일한 측면을 갖는 제 1 정사각형 박스(216a)는 십자선(212 및 214)이 교차하는 중심에 도시되어 있다.
4. 각각 제 1 정사각형 박스(216a)와 동일한 치수를 갖는 5개의 인접한 정사각형 박스(216b-216f 및 216g-216k)의 두 세트가 이미지(202) 상에 도시되어 있는데, (a) 각각의 세트는 두께 방향 십자선(214)의 각 측면에 도시되어 있고; (b) 각 세트는 상기 제 1 정사각형 박스에 인접하고; 및 (c) 각 세트에 대해, 가 박스는 폭 방향 십자선(212)의 중앙에 위치된다. 이미지(202) 상에 총 11개의 박스(216a-216k)가 도시된다.
5. 박스들(216a-216k) 각각에 대해, 박스 내에서 섬유(218)가 차지하는 면적이 측정되고 박스의 전체 면적의 백분율로 표시되며, 면적 범위(AC)(%)로 지칭된다. 박스(예를 들면 216a-216k 중 어느 하나) 내에서 섬유(예를 들면, 218)가 차지하는 면적은 섬유의 대부분의 단면이 박스 내에 존재하는 각각의 섬유를 계수하고 그 수에 섬유의 평균 단면적(섬유 제조업체에서 제공될 수 있음)을 곱함으로써 근사될 수 있다.
6. 박스들(216a-216k) 각각에 대해, 박스의 RFAC는 박스의 AC를 이론적으로 가능한 박스의 최대 AC로 나눔으로써 결정된다. 박스 내에서 원형 단면 및 이들 섬유의 정사각형 패킹을 갖는 섬유를 가정하면, 이론적으로 가능한 최대 AC는 78.5 인 것으로 나타난다.
7. 상기 UD 테이프의 평균 RFAC는 박스(216a-216k)의 RFAC를 평균함으로써 결정된다.
8. 상기 UD 테이프의 COV는 박스(216a-216k)의 AC의 표준 편차(σ)를 박스의 AC의 평균으로 나누고 100을 곱함으로써 결정된다.
2. 물성
이 섹션에서, 본 UD 테이프의 예시적인 조성물, 치수 및 특성이 개시된다. 예시로서, 도 3은 매트릭스 물질(308) 내에 분산된 섬유(304)를 포함하는 본 UD 테이프의 일 실시예(300)의 개략적인 사시도이다.
UD 테이프에서, 섬유(304)는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 현무암 섬유, 또는 이들의 조합(예를 들면, 탄소 섬유 또는 유리 섬유)을 포함할 수 있다. UD 테이프(300)의 매트릭스 물질(308)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리(페닐렌 옥사이드)(PPO), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌이민 또는 폴리에테르이미드(PEI) 또는 이들의 유도체, 열가소성 엘라스토머(TPE), 테레프탈산(TPA) 엘라스토머, 폴리(시클로헥산디메틸렌테레프탈레이트)(PCT), 폴리아미드(PA), 폴리설폰 설포네이트(PSS), 폴리아릴 에테르 케톤(PAEK), 아크릴로니트릴 부틸리덴 스티렌(ABS), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에테르 설폰(PES), 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함하는 열가소성 물질을 포함할 수 있다(예를 들어, 폴리카보네이트, 폴리아미드(예를 들어, 폴리아미드 6, 폴리아미드 66 등), 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물).
일부 UD 테이프(예를 들어, 300)에서, 상기 UD 테이프의 매트릭스 물질(예를 들어, 308)은 예를 들어, 인산염(phosphate) 구조(예를 들어, 레조르시놀 비스(resorcinol bis)(디페닐 포스페이트)), 설폰화 염, 할로겐, 인, 활석, 실리카, 수화 산화물, 브롬화 폴리머, 염소화 폴리머, 인화 폴리머, 나노클레이, 유기점토, 폴리인산염(polyphosphonate), 폴리[포스포네이트-코-카보네이트(phosphonate-co-carbonate)], 폴리테트라플루오로에틸렌 및 스티렌-아크릴로 니트릴 공중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 메틸 메타크릴레이트 공중합체, 폴리실리산 공중합체 등과 같은 난연제를 포함할 수 있다.
일부 UD 테이프(예를 들어, 300)에서, 상기 UD 테이프의 매트릭스 물질(예를 들어, 308)은 예를 들어, 매트릭스 물질과 상기 UD 테이프의 섬유(예를 들어, 304) 사이의 접착을 촉진시키는 결합제, 산화 방지제, 열 안정제, 유동 개질제, 안정제, UV 안정제, UV 흡수제, 충격 개질제, 가교제, 착색제 또는 이들의 조합과 같은 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다.
결합제의 비제한적인 예는 DUPONT으로부터 시판되는 POLYBOND 3150 말레산 무수물 그라프팅 폴리프로필렌(maleic anhydride grafted polypropylene), DUPONT으로부터 시판되는 FUSABOND P613 말레산 무수물 그라프팅 폴리프로필렌, 말레산 무수물 에틸렌(maleic anhydride ethylene) 또는 이들의 조합을 포함한다. 유동 개질제의 비제한적인 예는 POLYVEL INC로부터 시판되는 CR20P 퍼옥시드 마스터배치(peroxide masterbatch)이다. 열 안정화제의 비제한적인 예는 BASF로부터 시판되는 IRGANOX B 225이다. UV 안정제의 비제한적 예는 간섭 아민 광 안정제(hindered amine light stabilizers), 히드록시 벤조페논(hydroxybenzophenones), 히드록시페닐 벤조트리아졸(hydroxyphenyl benzotriazoles), 시아노아크릴레이트(cyanoacrylates), 옥사닐리드(oxanilides), 히드록시페닐 트리아진(hydroxyphenyl triazines) 및 이들의 조합을 포함한다. UV 흡수제의 비제한적 예는 4-치환-2-하이드록시벤조페논 및 그의 유도체, 아릴 살리실레이트, 디페놀의 모노에스테르, 예컨대 레조르시놀 모노벤조에이트, 2-(2-하이드록시아릴)-벤조트리아졸 및 이들의 유도체, 2-(2-하이드록시아릴)-1,3,5- 트리아진 및 이들의 유도체, 또는 이들의 조합을 포함한다. 충격 개질제의 비제한적 예는 하나 이상의 매트릭스-형성 단량체(예를 들어, 벌크 HIPS, 벌크 ABS, 반응기 개질 PP, LOMOD, LEXAN EXL 등)에 용해된 엘라스토머/소프트 블록, 컴파운딩(예를 들어, 디-, 트리- 및 멀티 블록 공중합체, (기능화된) 올레핀 (공)중합체 등)에 의해 매트릭스 물질에 분산 된 열가소성 엘라스토머, 컴파운딩(예를 들어, MBS, ABS-HRG, AA, ASA-XTW, SWIM 등)에 의해 매트릭스 물질에 분포된 미리 정의된 코어-쉘(기판-그라프트) 입자, 또는 이들의 조합을 포함한다. 가교제의 비제한적인 예는 디비닐벤젠, 벤조일 퍼옥 시드, 알킬렌디올 디(메트)아크릴 레이트(예를 들면, 글리콜 비스아크릴레이트 등), 알킬렌트리올 트리(메트)아크릴레이트, 폴리에스테르 디(메트)아크릴레이트, 비스아크릴아미드, 트리알릴 시아누레이트, 트리알릴 이소시아누레이트, 알릴(메트)아크릴레이트, 디알릴 말레에이트, 디알릴 푸마레이트, 디알릴 아디페이트, 시트르산의 트리알릴 에스테르, 인산의 트리알릴 에스테르, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 UD 테이프(예를 들어, 300)에서, 이러한 첨가제는 순수한 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.
UD 테이프(300)는 임의의 적절한 길이(예를 들어, 방향(316)으로 측정됨) 및 임의의 적절한 폭(320)을 가질 수 있다. 예를 들어, UD 테이프(300)의 길이는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 70, 80, 90, or 100 미터(m) 중 어느 하나 또는 임의의 둘 사이보다 크거나 실질적으로 동일할 수 있다. 추가의 예에서, UD 테이프(300)의 폭(320)은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 70, 80, 90, or 100 센티미터(cm) 중 어느 하나 또는 임의의 둘 사이보다 크거나 실질적으로 동일할 수 있다. UD 테이프(300)는 얇다. 예를 들면, 상기 UD 테이프의 평균 두께일 수 있는 상기 UD 테이프의 두께(324)는 0.07, 0.08, 0.09, 0.10, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.20, 0.21, 0.22, 0.23, 0.24, 0.25, 0.26, 0.27, 0.28, 0.29, 또는 0.30 mm 중 어느 하나 또는 임의의 둘 사이보다 작거나 실질적으로 동일할 수 있다(예를 들어, 0.07 mm 내지 0.30 mm, 0.10 mm 내지 0.25 mm, 또는 대략 0.15 mm).
UD 테이프(300)는 높은 섬유 부피 분율 및/또는 균일한 밀도를 가질 수 있다. 예를 들어, UD 테이프(300)의 섬유 부피 분율은 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 또는 70%(예를 들어, 50 % 초과, 50 % 초과 및 70 % 미만, 또는 65 내지 70 %) 중 어느 하나 또는 임의의 둘 사이보다 크거나 실질적으로 동일할 수 있다. 더 높은 섬유 부피 분율을 갖는 UD 테이프(예를 들어, 300)는 더 낮은 섬유 부피 분율을 갖는 UD 테이프(예를 들어, 100)보다 더 높은 강도 및/또는 강성을 가질 수 있다. 추가 예시로서, UD 테이프(300)는 65 내지 90의 평균 RFAC 및 3 내지 20의 COV, 보다 바람직하게는 70 내지 90의 평균 RFAC 및 3 내지 15의 COV, 더욱 더 바람직하게는 75 내지 90의 평균 RFAC 및 3 내지 10의 COVfmf 가질 수 있다. 보다 균일한 밀도를 갖는 UD 테이프(예를 들어, 300)는 덜 균일한 밀도를 갖는 UD 테이프(예를 들어, 100)보다 더 일관되고 예측 가능하게 기능할 수 있다.
적어도 얇고 높은 섬유 부피 분율 및/또는 균일한 밀도를 가짐으로써, UD 테이프(300)는 기존의 UD 테이프보다 구조적으로 더 효과적일 수 있다. 예를 들면, UD 테이프(300)는 유사한 강도 및/또는 강성의 기존 UD 테이프보다 작은 크기 및/또는 무게를 가질 수 있고, 유사한 크기 및/또는 무게의 기존 UD 테이프보가 높은 강도 및/또는 강성을 가질 수 있다. UD 테이프의 이러한 바람직한 특성은 UD 테이프의 제조 동안 섬유의 효과적인 스프레딩 및 이들 섬유에 대한 매트릭스 물질의 효과적인 함침에 의해 적어도 부분적으로 얻어질 수 있다. 이러한 효과적인 스프레딩 및 함침을 달성하기 위한 방법 및 시스템의 비제한적인 예시는 하기에 개시되어있다.
B. UD 테이프를 생산하기 위한 방법 및 시스템
도 4는 UD 테이프를 제조하기 위한 본 방법의 실시예를 도시한다. 후술되는 바와 같이, UD 테이프는 제 1 및 제 2 하나 이상의 섬유 다발 세트를 각각 제1 및 제 2 스프레딩 섬유층에 스프레딩하는 단계(404 및 408), 상기 제 2 스프레딩 섬유층으로 매트릭스 물질을 도입하는 단계(412), 및 상기 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층을 함께 가압하는 단계(416)를 통해 제조될 수 있다. 본 스프레딩 시스템(예를 들면, 500, 도 5 내지 7) 및 함침 시스템(예를 들면, 800, 도 8 내지 11)이 도 4의 방법을 설명하기 위하여 아래에서 참조된다. 그러나, 이들 시스템은 이러한 방법에 제한을 가하지 않으며, 이러한 방법은 임의의 적합한 시스템을 사용하여 수행될 수 있다.
도 5 내지 7을 추가적으로 참조하면, 일부 방법은 제 1 하나 이상의 섬유 다발 세트(예를 들면, 504a)를 제 1 스프레딩 섬유층(예를 들면, 508a)으로 스프레딩하는 단계(404), 제 2 하나 이상의 섬유 다발 세트(예를 들면, 504b)를 제 2 스프레딩 섬유층(예를 들면, 508b)으로 스프레딩하는 단계(408)를 포함한다. 상기 섬유 다발은 섬유의 가닥(strands), 로빙(rovings), 및/또는 토우(tow)로 특징지워질 수 있고, 예를 들어, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리아미드 섬유, 현무암 섬유, 강철 섬유, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 적합한 섬유를 포함할 수 있다. 일부 방법에서, 섬유 다발(예를 들어, 504a 및 504b)은 비규격(unsized) 섬유를 포함할 수 있다. 이러한 비규격 섬유는 코팅되지 않을 수 있고 및/또는 예를 들면, 에폭시, 폴리에스테르, 나일론, 폴리우레탄, 우레탄, 결합제(예를 들면, 알콕시실란), 윤활제, 대전 방지제, 계면 활성제 등과 같은 사이징(sizing) 물질을 포함하지 않을 수 있다. 비규격 섬유를 갖는 섬유 다발(예를 들어, 504a 및 504b)은 사이즈(sized) 섬유를 갖는 섬유 다발보다 스프레딩 섬유층(예를 들어, 508a 및 508b)로 보다 쉽게 스프레딩될 수 있다(예를 들어, 사이징 물질은 섬유가 서로 달라 붙는 경향을 증가시킬 수 있음).
섬유 다발 각각은 임의의 적합한 수의 섬유를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 섬유 다발은 250 내지 610,000개의 섬유를 포함할 수 있고, 섬유 다발은 1K, 3K, 6K, 12K, 24K, 30K, 50K, 또는 더 큰 섬유 다발 등일 수 있다. 섬유 다발은 릴 상에 제공되어 풀어질 수 있고 상기 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층으로 섬유 다발을 스프레딩하기 위한 스프레딩 시스템(예를 들어, 500)으로 제공될 수 있다.
예시로서 제공되는 바와 같이, 스프레딩 시스템(500)은 제 1 섬유 다발(들)(504a)을 제 1 스프레딩 섬유층(508a)으로 스프레딩하기 위한 제 1 스프레딩 요소 세트(512a-512f) 및 제 2 섬유 다발(들)(504b)을 제 2 스프레딩 섬유층(508b)으로 스프레딩하기 위한 제 2 스프레딩 요소 세트(512g-512l)을 포함할 수 있다.
예시하기 위해, 상기 제 1 하나 이상의 섬유 다발(들) 세트는 임의의 적합한 수의 섬유 다발(들)(예를 들면, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9개 이상의 섬유 다발(들))을 포함할 수 있고, 이는 섬유 다발(들)을 상기 제 1 스프레딩 섬유층 내로 스프레딩하기 위해 상기 제 1 스프레딩 요소 세트의 스프레딩 요소의 아래 및 위로 함께 통과될 수 있다. 유사하게, 상기 제 2 하나 이상의 섬유 다발(들) 세트는 임의의 적합한 수의 섬유 다발(들)(예를 들면, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9개 이상의 섬유 다발(들))을 포함할 수 있고, 이는 섬유 다발(들)을 상기 제 2 스프레딩 섬유층 내로 스프레딩하기 위해 상기 제 2 스프레딩 요소 세트의 스프레딩 요소의 아래 및 위로 함께 통과될 수 있다.
각각의 스프레딩 요소(512a-512l)는 상기 스프레딩 요소에 의해 스프레딩되는 섬유 다발(들)(제 1 세트의 섬유 다발(들)(504a) 또는 제 2 세트의 섬유 다발 (들)(504b))에 실질적으로 직각으로 배향될 수 있다. 예를 들어, 스프레딩 요소는 각각 섬유 다발(들)과 접촉하고 섬유 다발(들)에 실질적으로 수직인 종축(예를 들어, 도 7의 702)을 갖는 연장된 몸체(예를 들면, 바 또는 플레이트)를 포함할 수있다. 스프레딩 시스템(500)은 하나 이상의 스프레딩 요소가 결합되는 프레임(516)을 포함할 수 있다.
스프레딩 요소(512a-512l)는 각각 섬유 다발(들)과 접촉하여 섬유 다발(들)을 스프레딩하는 곡면(704)을 정의할 수 있다. 스프레딩 시스템(500)에서, 각각의 스프레딩 요소의 곡면(704)은 원통형일 수 있다. 예를 들어, 각각의 스프레딩 요소는 바(bar)를 포함할 수 있으며, 여기서 섬유 다발(들)과 접촉하는 바의 일부는 직선이고 직경이 실질적으로 일정한 원형 단면을 갖는다. 섬유 다발(들)을 스프레딩하는 동안, 원통형 곡면(예를 들어, 704)과 같이 적어도 섬유 다발(들)에 수직인 방향으로 기울기를 거의 갖지 않음으로써 섬유에 가해지는 힘을 감소시켜 섬유의 파손을 완화시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고, 다른 실시예에서, 하나 이상의 스프레딩 요소 각각의 곡면은 구형, 타원형, 쌍곡선 형, 원뿔형 및/또는 기타일 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 스프레딩 요소는 각각 그 곡면을 정의하는 -바 (bar)와 반대로- 곡면 플레이트를 포함할 수 있다.
이러한 곡면(예를 들어, 704)는 임의의 적절한 반경(예를 들면, 708)을 가질 수 있으며, 예를 들어, 반경은 5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 8.0, 8.5, 9.0, 9.5, 10.0, 11.0, 12.0, 13.0, 14.0, 15.0, 16.0, 17.0, 18.0, 19.0, 20.0, 21.0, 22.0, 23.0, 24.0, 25.0, 26.0, 27.0, 28.0, 29.0, 또는 30.0mm 중 어느 하나 또는 임의의 둘 사이보다 크거나 실질적으로 동일할 수 있다. 예시하기 위해, 각각의 스프레딩 요소(512a-512c 및 512g-512i)의 곡면(704)은 약 6.30mm의 반경(708)을 가질 수 있고, 각각의 스프레딩 요소(512d-512f 및 512j-512l)의 곡면(704)은 대략 25.4mm의 반경(708)을 가질 수 있다.
각각의 스프레딩 요소(512a-512l)에 대해, 곡면(704)은 저마찰 표면일 수 있다. 예를 들어, 스프레딩 요소는 저마찰 물질(예를 들어, 강철과 같은 열 또는 화학적으로 처리된 금속)을 포함할 수 있고, 스프레딩 요소는 저마찰 코팅 및/또는 도금 등을 포함할 수 있다. 저마찰 도금의 비제한적인 예는 TOPOCROM으로부터 시판되는 것과 같은 경질 크롬 도금이다. 섬유 다발(들)의 스프레딩 동안, 이러한 저마찰 곡면(예를 들어, 704)은 섬유에 가해지는 힘을 감소시켜 섬유의 파손을 완화시킬 수 있다.
스프레딩 요소로 섬유 다발(들)의 스프레딩이 이루어지는 동안 스프레딩 요소(512a-5121) 중 적어도 하나가 섬유 다발(들)(제 1 섬유 다발 세트(504a) 또는 제 2 섬유 다발 세트(504b))에 대해 이동될 수 있다. 예를 들어, 스프레딩 요소 중 적어도 하나는 종축(702)과 정렬되는 방향(712)으로 섬유 다발(들) 및/또는 프레임(516)에 대해 진동될 수 있다. 이러한 진동은 스프레딩 요소에 결합된 모터와 같은 구동부(예를 들어, 520)를 사용하여 달성될 수 있다. 더욱 상세하게, 스프레딩 시스템(500)에서, 스프레딩 요소(512b, 512e, 512h 및 512k)가 그렇게 진동될 수 있다. 이러한 진동은 임의의 적절한 진폭으로 이루어질 수 있는데, 진폭은 예를 들어, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, 10.0, 11.0, 12.0, 13.0, 14.0, 15.0, 16.0, 17.0, 18.0, 19.0, 또는 20.0mm 중 어느 하나 또는 임의의 둘 사이보다 크거나 실질적으로 동일할 수 있고(예를 들어, 0.1mm 내지 20.0mm, 0.1mm 내지 10mm, 0.5mm 내지 8.0mm, 또는 1.0mm 내지 5.0mm) 이러한 진동은 임의의 적절한 주파수로 이루어질 수 있는데, 주파수는 예를 들어, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 또는 5.0 헤르츠(Hz) 중 어느 하나 또는 임의의 둘 사이보다 크거나 실질적으로 동일할 수 있다(예를 들어, 0.1Hz 내지 5.0Hz 또는 0.5Hz 내지 2.0Hz). 스프레딩 요소(예를 들어, 512a 내지 512l 중 임의의 것)의 이러한 진동은 예를 들어, 섬유의 병치(juxtaposition)를 촉진함으로써 스프레딩 요소와 함께 섬유 다발(들)의 스프레딩을 촉진할 수 있다.
추가의 예로서, 스프레딩 요소(512a-512l) 중 적어도 하나는 스프레딩 요소를 통해 섬유 다발(들)의 스프레딩이 이루어지는 동안 종축(702)을 중심으로 한 방향(716)으로 섬유 다발(들) 및/또는 프레임(516)에 대해 회전될 수 있다. 이러한 회전은 스프레딩 요소에 결합된 모터와 같은 구동부(예를 들어, 520)를 통해 달성될 수 있다. 이러한 회전은 임의의 적합한 진폭으로 진동하는 방식으로 수행될 수 있는데, 진폭은 예를 들어, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, 10.0, 12.0, 14.0, 16.0, 18.0, 또는 20도 중 어느 하나 또는 임의의 둘 사이보다 크거나 실질적으로 동일할 수 있고, 이러한 회전은 예를 들어 앞서 언급한 임의의 적절한 주파수로 이루어질 수 있다. 회전 가능하지 않은 스프레딩 요소 중 하나는 프레임(316)에 대해 회전 가능하게 고정될 수 있다.
제 1 및 제 2 섬유 다발(들)의 세트(504a 및 504b)을 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층(508a 및 508b)으로 스프레딩하는 동안, 스프레딩 요소(512a-512l) 중 적어도 하나는 가열될 수 있다. 예를 들어, 스프레딩 요소의 온도는 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 또는 200°C 중 어느 하나 또는 임의의 둘 사이보다 크거나 실질적으로 동일할 수 있다(예를 들어, 대략 100℃와 대략 180℃ 사이). 스프레딩 요소(예를 들어, 512a-512l 중 임의의 것)의 가열은 예를 들어 스프레딩 요소에 연결된 가열 요소(예를 들어, 524)를 통해 임의의 적절한 방식으로 달성될 수 있다. 스프레딩 시스템(500)에서, 적외선 히터와 같은 열원(528)은 섬유 다발이 스프레딩 섬유층으로 스프레딩될 때 섬유 다발을 가열하도록 위치될 수 있다. 열원(528)의 온도는 임의의 적합한 온도, 예를 들어 가열된 스프레딩 요소에 대해 전술한 임의의 온도일 수 있다. 섬유 다발(들)의 가열은 섬유 다발(들)의 스프레딩 섬유층으로의 스프레딩을 촉진하고 및/또는 스프레딩 섬유층의 매트릭스 물질로의 함침을 향상시킬 수 있다.
도 8 내지 12를 추가적으로 참조하면, 일부 방법은 매트릭스 물질을 제 2 스프레딩 섬유층(예를 들어, 508b)에 도입하는 단계(412)를 포함한다. 매트릭스 물질은 열가소성 물질 또는 열경화성 물질을 포함할 수 있다. 이러한 열가소성 물질은 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리(1,4-시클로헥실리덴 시클로헥산-1,4-디카복실레이트)(PCCD), 글리콜 개질 폴리시클로헥실 테레프탈레이트(PCTG), 폴리(페닐렌 옥사이드)(PPO), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌이민 또는 폴리에테르이미드(PEI) 또는 이들의 유도체, 열가소성 엘라스토머(TPE), 테레프탈산(TPA) 엘라스토머, 폴리(시클로헥산디메틸렌테레프탈레이트)(PCT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(PA), 폴리설폰 설포네이트(PSS), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리에테르 케톤 케톤(PEKK), 아크릴로니트릴 부틸리덴 스티렌(ABS), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 이러한 열경화성 물질은 예를 들어, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄, 베이클라이트(bakelite), 듀로플라스트(duroplast), 요소-포름알데히드, 디알릴-프탈레이트, 에폭시 수지, 에폭시 비닐에스테르, 폴리이미드, 폴리시아누레이트의 시아네이트 에스테르, 디시클로펜타디엔, 페놀릭(phenolic), 벤조옥사진, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 매트릭스 물질은 위에서 언급된 난연제 및/또는 첨가제 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시하기 위해, 매트릭스 물질은 압출기(804)를 사용하여 제 2 스프레딩 섬유 층으로 도입될 수 있다(예를 들어, 용융계 함침 기술의 예). 더욱 상세하게, 제 2 스프레딩 섬유층은 매트릭스 물질이 배출구를 통해 압출되는 동안 압출기의 다이(808)의 배출구(812) 아래로 이동될 수 있다. 압출기(804)(예를 들어, 다이(808)) 내의 압력은 임의의 적합한 압력이 될 수 있는데, 예를 들어, 압력은 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 또는 25 바 게이지(bar gauge) 중 어느 하나 또는 임의의 둘 사이보다 크거나 실질적으로 동일할 수 있다(예를 들면, 약 5바 게이지와 약 25바 게이지). 압출기(804)(예를 들어, 다이 (808)) 내의 온도는 매트릭스 물질의 조성에 기초하여 선택될 수 있다.
다이(808)로부터의 매트릭스 물질은 시트 또는 필름으로서 제공될 수 있다. 예를 들면, 배출구(812)는 긴 슬릿이 될 수 있다. 예시하기 위해, 배출구(812)는 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 또는 0.6mm 중 어느 하나 또는 임의의 둘 사이보다 작거나 실질적으로 동일할 수 있다(예를 들어, 대략 0.2mm와 대략 0.6mm 사이). 배출구(812)의 길이(폭(814)에 수직으로 측정됨)는 배출구 아래에 있는 제 2 스프레딩 섬유층의 일부의 폭과 실질적으로 동일할 수 있다. 다이(808)는 출구(812)로 연장되고 매트릭스 물질이 배출구에 제공될 수 있는 내부 통로(820)를 포함할 수 있다. 내부 통로(820)는 다이(808)의 매니폴드 또는 도관(816)과 유체 연통하여 매트릭스 물질이 매니폴드 또는 도관으로부터 내부 통로를 통해 배출구(812)로 제공될 수 있다. 매트릭스 물질을 제 2 스프레딩 섬유층 내로 도입하는 동안, 제 2 스프레딩 섬유층은 다이(808) 더욱 상세하게, 배출구(812)를 규정하는 다이의 부분과 접촉하거나 근접할 수 있다(예를 들어, 다이의 1, 2, 3, 4 또는 5mm 이내). 다이(808)에 대한 제 2 스프레딩 섬유층의 이러한 배치는 압출기(804)가 매트릭스 물질을 제 2 스프레딩 섬유층 내로 배출하는 것을 용이하게 하여, 제 2 스프레딩 섬유층의 함침을 향상시킬 수 있다.
매트릭스 물질을 제 2 스프레딩 섬유층 내로 도입하는 동안, 제 2 스프레딩 섬유층은 배출구(812) 아래에서 제 1 방향(824)으로 이동될 수 있고, 매트릭스 물질은 제 1 방향과 직교하거나 또는 제 1 방향과 대향되는 구성 요소(832)를 갖는 압출 방향(828)으로 배출구를 통해 압출될 수 있다. 압출 방향(828)은 내부 통로(820)의 종축(836)에 평행하고 및/또는 배출구(812)의 평면(840)에 수직일 수 있다 (예를 들어, 배출구의 둘레의 적어도 대부분이 놓여있는 평면). 예시하기 위해, 제 1 방향(824)과 압출 방향(828) 사이의 각도(834)는 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 또는 90도 중 어느 하나 또는 임의의 둘 사이보다 작거나 실질적으로 동일할 수 있다(예를 들면, 대략 85도와 90도 사이). 적어도 이러한 방식으로, 다이(808)에 대한 제 2 스프레딩 섬유층의 이동은 다이를 빠져 나가는 매트릭스 물질의 제 2 스프레딩 섬유층으로의 가압을 촉진(또는 적어도 방해하지 않음)하기 위해 사용될 수 있다.
함침 시스템(800)은 다이 배출구(812)의 하류에 배치되고 그 아래에 제 2 스프레딩 섬유층이 통과 될 수 있는 스크레이퍼(844)를 포함할 수 있다(도 10). 스크레이퍼(844)는 상류 부분(856a) 및 하류 부분(856b)을 포함할 수 있고, 제 2 스프레딩 섬유층과 상류 부분 사이의 거리(860a)는 제 2 스프레딩 섬유층과 하류 부분 사이의 대응하는(즉, 동일한 방향으로 측정) 거리(860b)보다 더 크다. 제 2 스프레딩 섬유층은 스크레이퍼(844)와 접촉하거나 근접할 수 있다(예를 들어, 스크레이퍼의 1, 2, 3, 4 또는 5mm 이내). 이러한 방식으로, 매트릭스 물질은 스크레이퍼(844)와 제 2 스프레딩 섬유층 사이에 축적될 수 있고, 제 2 스프레딩 섬유층에 대한 스크레이퍼의 경사진 배향을 통해 제 2 스프레딩 섬유층으로 가압된다. 도시된 바와 같이, 스크레이퍼(844)는 다이(808)에 결합된다(예를 들어, 일부를 형성). 그러나, 다른 실시예에서, 스크레이퍼 및 다이는 별도의 구성 요소일 수 있다. 함침 시스템(800)에서, 제 2 스프레딩 섬유층을 향하는 스크레이퍼(844)의 표면은 평면이다. 그러나, 다른 실시예들에서, 이러한 스크레이퍼의 표면은 만곡될 수 있다(예를 들어, 오목하거나 볼록).
함침 시스템(800)은 다이(808)에 대해 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층을 가이딩하기 위한 하나 이상의 가이딩 요소(864a-864d)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가이딩 요소(864c 및 864d)는 다이의 배출구(812) 아래에서 제 2 스프레딩 섬유층을 가이딩할 수 있고, 가이딩 요소(864a-864c)는 제 1 스프레딩 섬유층을 다이 위로 가이딩할 수 있다. 이러한 가이딩 요소는 바, 플레이트, 롤러 등을 포함할 수 있다. 가이딩 요소(864a 및 864d)는 스프레딩 요소일 수 있고, 스프레딩 요소(512a-512l)와 관련하여 전술한 특징 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 또한, 가이딩 요소(864a 및 864d)는 스프레딩 시스템(예를 들어, 500)의 구성 요소로 간주될 수 있다. 가이딩 요소(864c)는 가압 요소일 수 있고 가압 요소(1304a-1304f)와 관련하여 후술되는 특징 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 스크레이퍼(844)는 다이(808) 아래의 제 2 스프레딩 섬유층의 경로에 영향을 미치는 정도까지 가이딩 요소로서 특성화 될 수 있다.
가이딩 요소(864a-864d) 중 적어도 하나는 가열될 수 있다(예를 들어, 스프레딩 요소(512a-512l)와 관련하여 전술한 바와 동일하거나 유사한 방식으로). 예를 들어, 가이딩 요소의 온도는 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 또는 200°C 중 어느 하나 또는 임의의 둘 사이보다 크거나 실질적으로 동일할 수 있다(예를 들어, 대략 100℃와 대략 180℃ 사이). 함침 시스템(800)에서, 적외선 히터와 같은 열원(876)은 스프레딩 섬유층을 가열하도록 배치될 수 있으며, 이는 스프레딩 섬유층의 함침을 향상시킬 수 있다. 열원(876)의 온도는 예를 들어, 가열된 가이딩 요소에 대해 전술한 온도와 같은 임의의 적합한 온도일 수 있다.
일부 방법은 적어도 제 1 스프레딩 섬유층(예를 들어, 508a)과 제 2 스프레딩 섬유층(예를 들어, 508b)을 함께 가압함으로써 UD 테이프(예를 들어, 1302)를 제조하는 단계(416)를 포함한다. 예를 들어, 제 1 스프레딩 섬유층(508a) 및 제 2 스프레딩 섬유층(508b)은 제 1 스프레딩 섬유층이 제 2 스프레딩 섬유층과 가이딩 요소 사이에 배치되도록 가이딩 요소(864c)(가압 요소가 될 수 있음) 아래에 배치되거나 접촉할 수 있다. 이러한 방식으로, 매트릭스 물질에 도입된 제 2 스프레딩 섬유층은 스프레딩 섬유층이 함께 가압될 때 제 1 스프레딩 섬유층에 매트릭스 물질을 함침시킬 수 있다.
제 2 스프레딩 섬유층은 제 1 스프레딩 섬유층보다 적어도 10%(예를 들어, 적어도 20%) 더 많은 섬유를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 섬유 다발(들) 세트(504b)은 제 1 섬유 다발(들) 세트(504a)보다 적어도 하나 이상의 섬유 다발을 더 포함할 수 있고, 및/또는 제 2 섬유 다발(들) 세트의 섬유 다발(들)은 각각 제 1 섬유 다발(들) 세트의 섬유 다발(들)보다 더 많은 섬유를 포함할 수 있다. 제 2 스프레딩 섬유층에 더 많은 섬유를 제공하는 것은 그것의 함침 동안 매트릭스 물질의 손실(예를 들어, 드립으로부터)을 감소시킬 수 있고, 제 1 스프레딩 섬유층에 더 적은 섬유를 제공하는 것은 그것의 투과성을 증가시킬 수 있으며, 이는 제 1 스프레딩 섬유층이 제 2 스프레딩 섬유층과 함께 가압될 때 제 1 스프레딩 섬유층의 함침을 촉진할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 제 1 스프레딩 섬유층보다 많은 섬유를 갖는 제 2 스프레딩 섬유층에도 불구하고, 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층은 실질적으로 동일한 폭을 가질 수 있다(예를 들어, 각각 도 12의 1204a 및 1204b).
도 13 및 14를 추가적으로 참조하면, 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층을 함께 가압하는 것은 스프레딩 섬유층을 하나 이상의 가압 요소(예를 들면, 1304a-1304f)의 위 및/또는 아래에 통과시킴으로써 수행될 수 있다. 가압 요소(들) 각각은 예를 들어, 바, 플레이트, 롤러 등을 포함할 수 있다. 예시하기 위해, 가압 요소(1304a-1304e)는 각각 막대 또는 롤러를 포함할 수 있고, 가압 요소(1304f)는 플레이트를 포함할 수 있다. 이러한 가압 요소(들)는 함침 시스템(예를 들어, 800)의 구성 요소(들)로 간주될 수 있으며, 예를 들어, 가압 요소(1304a)는 가이딩 요소(864c)일 수 있다.
스프레딩 섬유층이 가압 요소(들) 위 및/또는 아래로 통과함에 따라, 스프레딩 섬유층은 예를 들어, 강화를 용이하게 하기 위해 가열될 수 있다. 먼저, 가압 요소(들) 중 적어도 하나가 가열될 수 있으며, 이는 스프레딩 요소(512a-512l)에 관해 전술한 바와 동일하거나 유사한 방식으로 달성될 수 있다. 예시하기 위해, 가압 요소(들) 중 적어도 하나의 온도는 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 또는 200°C 중 어느 하나 또는 임의의 둘 사이보다 크거나 실질적으로 동일할 수 있다(예를 들어, 대략 100℃와 대략 180℃ 사이). 둘째, 적외선 히터와 같은 열원(1316)은 적어도 일부의 가압 요소(들) 위에(또는 아래 또는 옆에) 위치될 수 있다. 셋째로, 가압 요소(들) 중 적어도 일부는 가열된 플레이트(1308) 사이에 배치될 수 있으며, 이는 절연층(1312)에 의해 절연될 수 있다.
스프레딩 섬유 층은 제 1 캘린더링(calendaring) 롤 세트(1320a) 및 제 2 캘린더링 롤 세트(1320b)와 같은 세트 캘린더링 롤을 통과할 수 있다(그와 같은 순서로). 제 1 캘린더링 롤 세트(1320a)는 예를 들어, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290, 또는 300°C 중 어느 하나 또는 임의의 둘 사이보다 크거나 실질적으로 동일한 상대적으로 높은 온도일 수 있다(예를 들어, 약 250°C). 이러한 비교적 높은 온도는 스프레딩 섬유층의 강화를 촉진할 수 있다. 그리고, 제 2 캘린더링 롤 세트(1320b)는 예를 들어, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 또는 120°C 중 어느 하나 또는 임의의 둘 사이보다 작거나 실질적으로 동일한 상대적으로 낮은 온도일 수 있다(예를 들어, 80 내지 90°C). 이러한 비교적 낮은 온도는 스프레딩 섬유층의 냉각을 촉진할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나의 캘린더링 롤 세트 만 사용되며, 그 캘린더링 롤 세트는 제 1 캘린더링 롤 세트(1320a)에 대해 전술 한 것을 포함하여 임의의 적절한 온도일 수 있다.
본 방법은 임의의 적절한 라인 속도를 사용하여 수행될 수 있는데, 예를 들어, 라인 속도는 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 8.0, 8.5, 9.0, 9.5, 10.0, 11, 12, 13, 14, 또는 15(m/min) 중 어느 하나 또는 임의의 둘 사이보다 크거나 실질적으로 동일할 수 있다(예를 들어, 2m/min 내지 15m/min 또는 2m/min 내지 6m/min). 라인 속도는 스프레딩 시스템(500)을 통과하는 제 1 및 제 2 섬유 다발(들) 세트(504a 및 504b)의 속도를 지칭할 수 있고, 함침 시스템(800)을 통과하는 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층(508a 및 508b)의 속도 등을포함한다.
본 방법을 사용하여 제조된 UD 테이프(예를 들어, 1302)는 UD 테이프(300)에 대해 전술한 두께, 섬유 부피 분율 및 평균 RFAC 및 COV를 가질 수 있다.
예
본 발명은 특정 예를 통해 보다 상세하게 설명될 것이다. 하기 예는 단지 예시의 목적으로 제공되며 어떠한 방식으로든 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 당업자는 본질적으로 동일한 결과를 생성하도록 변경되거나 수정될 수 있는 다양한 비임계 파라미터를 쉽게 인식할 것이다.
예 1
본 개시의 샘플 UD 테이프
2 개의 샘플 UD 테이프(S1 및 S2)는 상기 기재된 스프레딩 및 함침 시스템의 실시예를 사용하여 제조되었다. S1 및 S2의 경우: (1) 섬유는 열가소성 1% 사이징을 갖는 고강도, 일반 모듈러스 탄소 섬유이고; 및 (2) 매트릭스 물질은 폴리카보네이트를 포함하고 52.6 cm3/10min의 용융 부피-유속을 가졌다(300℃ 및 1.2kg에서 글로벌 테스트 방법에 따른 ASTM D 1238). S1 및 S2 각각을 생성하기 위해, 다이의 온도는 290℃였다. S1을 제조하는데 사용된 라인 속도는 4m/min이고, S2를 제조하는데 사용된 라인 속도는 4.5m/min이었다.
도 15는 S1의 단면 이미지이다. 도 16은 S2의 단면 이미지이다. S1 및 S2의 특성은 표 1에 나타나 있다.
| 샘플 | 두께 (mm) | 섬유 부피 분율 (%) | 평균 RFAC | COV |
| 1 | 0.15 | 65.9 | 71.6 | 9.4 |
| 2 | 0.16 | 60.6 | 74.4 | 6.8 |
S1 및 S2의 평균 RFAC 및 COV를 결정하는데 사용된 데이터는 각각 표 2 및 표 3에 제공된다.
| 박스(Box) |
섬유 수
(Fiber Count) |
섬유 면적(Fiber Area)(cm 2 ) | 박스 면적(box Area)(cm 2 ) | 면적 범위(Area Coverage) |
| 1 | 167 | 6.43E-05 | 0.0001 | 64.3 |
| 2 | 143 | 5.50E-05 | 0.0001 | 55.0 |
| 3 | 121 | 4.66E-05 | 0.0001 | 46.6 |
| 4 | 140 | 5.39E-05 | 0.0001 | 53.9 |
| 5 | 154 | 5.93E-05 | 0.0001 | 59.3 |
| 6 | 164 | 6.31E-05 | 0.0001 | 63.1 |
| 7 | 141 | 5.43E-05 | 0.0001 | 54.3 |
| 8 | 131 | 5.04E-05 | 0.0001 | 50.4 |
| 9 | 141 | 5.43E-05 | 0.0001 | 54.3 |
| 10 | 155 | 5.97E-05 | 0.0001 | 59.7 |
| 11 | 150 | 5.77E-05 | 0.0001 | 57.7 |
| 박스(Box) | 섬유 수(Fiber Count) | 섬유 면적(Fiber Area)(cm 2 ) | 박스 면적(Box Area)(cm 2 ) | 면적 범위(Area Coverage) |
| 1 | 151 | 5.81E-05 | 0.0001 | 58.1 |
| 2 | 150 | 5.77E-05 | 0.0001 | 57.7 |
| 3 | 133 | 5.12E-05 | 0.0001 | 51.2 |
| 4 | 156 | 6.00E-05 | 0.0001 | 60.0 |
| 5 | 160 | 6.16E-05 | 0.0001 | 61.6 |
| 6 | 147 | 5.66E-05 | 0.0001 | 56.6 |
| 7 | 151 | 5.81E-05 | 0.0001 | 58.1 |
| 8 | 163 | 6.27E-05 | 0.0001 | 62.7 |
| 9 | 167 | 6.43E-05 | 0.0001 | 64.3 |
| 10 | 137 | 5.27E-05 | 0.0001 | 52.7 |
| 11 | 155 | 5.97E-05 | 0.0001 | 59.7 |
예 2
비교 UD Tape
시판되는 유리 섬유 UD 테이프(C1)를 분석하였다. C1의 단면 이미지가 도 1에 도시되어 있다. C1은 65.7의 평균 RFAC 및 32.4의 COV를 가진다. 이 평균 RFAC 및 COV를 결정하는 데 사용된 데이터는 표 4에 제공된다.
| 박스(Box) | 섬유 수(Fiber Count) | 섬유 면적(Fiber Area)(cm 2 ) | 박스 면적(Box Area)(cm 2 ) | 면적 범위(Area Coverage) |
| 1 | 28 | 6.36E-05 | 0.0001 | 63.6 |
| 2 | 16 | 3.63E-05 | 0.0001 | 36.3 |
| 3 | 30 | 6.81E-05 | 0.0001 | 68.1 |
| 4 | 11 | 2.5E-05 | 0.0001 | 25.0 |
| 5 | 21 | 4.77E-05 | 0.0001 | 47.7 |
| 6 | 28 | 6.36E-05 | 0.0001 | 63.6 |
| 7 | 29 | 6.58E-05 | 0.0001 | 65.8 |
| 8 | 25 | 5.67E-05 | 0.0001 | 56.7 |
| 9 | 29 | 6.58E-05 | 0.0001 | 65.8 |
| 10 | 23 | 5.22E-05 | 0.0001 | 52.2 |
| 11 | 10 | 2.27E-05 | 0.0001 | 22.7 |
위의 명세서 및 예는 예시적인 실시예의 구조와 사용의 완전한 설명을 제공한다. 특정 실시예들이 어느 정도 특정되어 또는 하나 이상의 개별적인 실시예를 참조하여 기술되었지만, 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 개시된 실시예를 다수 변경시킬 수 있다. 이와 같이, 방법 및 시스템의 다양한 예시적인 실시예들은 개시된 특정 형태로 제한되도록 의도되지 않는다. 오히려, 이들은 청구 범위의 범주 내에 속하는 모든 수정 및 대안을 포함하고, 도시된 것 이외의 실시 예는 도시된 실시 예의 특징 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 요소들은 생략되거나 또는 단일 구조로서 조합될 수 있고, 및/또는 연결들이 대체될 수 있다. 또한, 적절한 경우, 기술된 임의의 예의 양태는 설명된 임의의 다른 예의 양태와 조합되어 비교 가능하거나 상이한 특성 및/또는 기능을 가지며 동일하거나 상이한 문제를 해결하는 추가의 예를 형성할 수 있다. 유사하게, 위에서 설명된 이점 및 장점은 일 실시예에 관련될 수 있거나 몇몇 실시예에 관련될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
그러한 제한이 청구범위에서 각각 "~를 위한 수단(means for)" 또는 "~를 위한 단계(step for)"라는 문구를 사용하여 명시적으로 언급되지 않는 한, 청구범위는 기능적(means-plus- or step-plus-function) 한정을 포함하는 것을 의도하지 않으며 그렇게 해석되어서도 안된다.
Claims (42)
- 일방향성 섬유 테이프를 제조하기 위한 방법으로서,
제 1 하나 이상의 섬유 다발의 세트를 제 1 스프레딩(spreaded) 섬유층으로 스프레딩(spreading)하는 단계;
제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트를 상기 제 1 스프레딩 섬유층보다 적어도 10% 더 많은 섬유를 갖는 제 2 스프레딩 섬유층으로 스프레딩하는 단계;
적어도 다음에 의해 상기 제 2 스프레딩 섬유층으로 매트릭스 물질을 도입하는 단계:
압출기의 다이의 배출구 아래에서 상기 제 2 스프레딩 섬유층을 이동시키는 단계; 및
상기 배출구를 통해 매트릭스 물질을 압출하는 단계; 및
적어도 상기 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층을 함께 가압함으로써 상기 테이프를 제조하는 단계를 포함하는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트는 상기 제 1 하나 이상의 섬유 다발의 세트보다 적어도 하나 이상의 섬유 다발을 더 포함하는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 스프레딩 섬유층으로 매트릭스 물질을 도입하는 단계는:
상기 제 2 스프레딩 섬유층은 상기 다이의 배출구 아래에서 제 1 방향으로 이동하고; 그리고
매트릭스 물질은 상기 제 1 방향에 직교하거나 또는 대향하는 성분을 갖는 압출 방향으로 상기 배출구를 통해 통해 압출되며 수행되는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 일방향성 섬유 테이프를 제조하기 위한 방법으로서,
제 1 하나 이상의 섬유 다발의 세트를 제 1 스프레딩 섬유층으로 스프레딩하는 단계;
제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트를 제 2 스프레딩 섬유층으로 스프레딩하는 단계;
적어도 다음에 의해 상기 제 2 스프레딩 섬유층으로 매트릭스 물질을 도입하는 단계:
압출기의 다이의 배출구 아래에서 제 1 방향으로 상기 제 2 스프레딩 섬유층을 이동시키는 단계; 및
상기 제 1 방향과 직교하거나 또는 대향하는 요소를 갖는 압출 방향으로 상기 배출구를 통해 매트릭스 물질을 압출하는 단계; 및
적어도 상기 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층을 함께 가압함으로써 상기 테이프를 제조하는 단계를 포함하는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 2 스프레딩 섬유층이 상기 제 1 스프레딩 섬유층보다 적어도 10% 많은 섬유를 갖는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트는 상기 제 1 하나 이상의 섬유 다발의 세트보다 적어도 하나 이상의 섬유 다발을 더 포함하는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다이의 배출구를 통해 매트릭스 물질을 압출하는 단계는 상기 다이의 내부 통로를 통해 매트릭스 물질을 상기 배출구로 이송하는 단계를 포함하고; 그리고
상기 압출 방향은 상기 내부 통로의 종축에 평행하고 및/또는 상기 배출구의 평면에 수직인 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 방향과 상기 압출 방향 사이의 각도는 대략 85도 내지 90 도인 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층을 함께 가압하는 동안:
상기 제 1 스프레딩 섬유층은 제 1 폭을 갖고; 그리고
상기 제 2 스프레딩 섬유층은 상기 제 1 폭과 실질적으로 동일한 제 2 폭을 갖는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
하류 부분 및 상류 부분을 갖는 스크레이퍼 아래에 상기 제 2 스프레딩 섬유층을 통과시키는 단계;를 포함하고,
상기 제 2 스프레딩 섬유층과 상기 상류 부분 사이의 거리는 매트릭스 물질이 상기 스크레이퍼와 상기 제 2 스프레딩 섬유층 사이에 축적되도록 상기 제 2 스프레딩 섬유층과 상기 하류 부분 사이의 대응 거리보다 더 큰 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 스크레이퍼는 상기 다이에 결합되는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압출기 내의 압력이 대략 5 바(bar) 게이지 내지 대략 25 바 게이지인 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트는 비규격(unsized) 섬유를 포함하는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리아미드 섬유, 현무암 섬유, 강철 섬유 또는 이들의 조합을 포함하는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트는 탄소 섬유 또는 유리 섬유를 포함하는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 매트릭스 물질은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리(1,4-시클로헥실리덴 시클로헥산-1,4-디카복실레이트)(PCCD), 글리콜 개질 폴리시클로헥실 테레프탈레이트(PCTG), 폴리(페닐렌 옥사이드)(PPO), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌이민 또는 폴리에테르이미드(PEI) 또는 이들의 유도체, 열가소성 엘라스토머(TPE), 테레프탈산(TPA) 엘라스토머, 폴리(시클로헥산디메틸렌테레프탈레이트)(PCT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(PA), 폴리설폰 설포네이트(PSS), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리에테르 케톤 케톤(PEKK), 아크릴로니트릴 부틸리덴 스티렌(ABS), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함하는 열가소성 물질을 포함하는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 열가소성 물질은 폴리카보네이트, 폴리아미드, 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함하는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 매트릭스 물질은 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄, 베이클라이트(bakelite), 듀로플라스트(duroplast), 요소-포름알데히드, 디알릴-프탈레이트, 에폭시 수지, 에폭시 비닐에스테르, 폴리이미드, 폴리시아누레이트의 시아네이트 에스테르, 디시클로펜타디엔, 페놀릭(phenolic), 벤조옥사진, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물을 포함하는 열경화성 물질을 포함하는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 테이프는 35% 이상의 섬유 부피 분율을 갖는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 섬유 부피 분율은 50%를 초과하는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 섬유 부피 분율은 70% 이하이고, 선택적으로 상기 섬유 부피 분율이 65% 내지 70%인 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 테이프가 0.07mm 내지 0.30mm의 두께를 갖는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 두께는 0.10mm 내지 0.25mm이고, 선택적으로, 상기 두께가 대략 0.15mm인 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 테이프는 65 내지 90의 평균 상대 섬유 면적 범위(RFAC)(%) 및 3 내지 20의 분산 계수(COV)(%)를 갖는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 24 항에 있어서,
상기 평균 RFAC는 70 내지 90이고, 상기 COV는 3 내지 15인 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 25 항에 있어서,
상기 평균 RFAC는 75 내지 90이고, 상기 COV는 3 내지 10인 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 일방향성 섬유 테이프를 제조하기 위한 방법으로서,
제 1 하나 이상의 섬유 다발의 세트를 제 1 스프레딩 섬유층으로 스프레딩하는 단계;
제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트를 제 2 스프레딩 섬유층으로 스프레딩하는 단계;
적어도 다음에 의해 상기 제 2 스프레딩 섬유층으로 매트릭스 물질을 도입하는 단계:
압출기를 사용하여 매트릭스 물질을 상기 제 2 스프레딩 섬유층으로 도입하는 단계-상기 매트릭스 물질은 열가소성 물질을 포함함-; 및
적어도 상기 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층을 함께 가압함으로써 상기 테이프를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 테이프는;
65 내지 90의 평균 RFAC 및 3 내지 20의 COV; 및
0.07mm 내지 0.30mm의 두께를 갖는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 27 항에 있어서,
상기 평균 RFAC는 70 내지 90이고, 상기 COV는 3 내지 15인 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 28 항에 있어서,
상기 평균 RFAC는 75 내지 90이고, 상기 COV는 3 내지 10인 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 27 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 현무암 섬유 또는 이들의 조합을 포함하는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 30 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트는 탄소 섬유 또는 유리 섬유를 포함하는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 일방향성 섬유 테이프를 제조하기 위한 방법으로서,
탄소 섬유를 각각 포함하는 제 1 하나 이상의 섬유 다발의 세트를 제 1 스프레딩 섬유층으로 스프레딩하는 단계;
탄소 섬유를 각각 포함하는 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트를 제 2 스프레딩 섬유층으로 스프레딩하는 단계;
압출기를 사용하여 매트릭스 물질을 상기 제 2 스프레딩 섬유층으로 도입하는 단계-상기 매트릭스 물질은 열가소성 물질을 포함함-; 및
적어도 상기 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층을 함께 가압함으로써 상기 테이프를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 테이프는;
50%보다 큰 섬유 부피 분율; 및
0.07mm 내지 0.30mm의 두께를 갖는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 32 항에 있어서,
상기 섬유 부피 분율은 70% 이하이고, 선택적으로 상기 섬유 부피 분율이 65% 내지 70%인 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 27 항에 있어서,
상기 열가소성 물질은 폴리카보네이트를 포함하고;
상기 제 1 및 제 2 하나 이상의 섬유 다발의 세트는 각각 탄소 섬유를 포함하고; 그리고
상기 평균 RFAC는 대략 71.6이고 상기 COV는 대략 9.4이며; 또는
상기 평균 RFAC는 대략 74.4이고 상기 COV는 대략 6.8인 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 27 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열가소성 물질은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리(페닐렌 옥사이드)(PPO), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌이민 또는 폴리에테르이미드(PEI) 또는 이들의 유도체, 열가소성 엘라스토머(TPE), 테레프탈산(TPA) 엘라스토머, 폴리(시클로헥산디메틸렌테레프탈레이트)(PCT), 폴리아미드(PA), 폴리설폰 설포네이트(PSS), 폴리아릴 에테르 케톤(PAEK), 아크릴로니트릴 부틸리덴 스티렌(ABS), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에테르 설폰(PES), 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함하는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 35 항에 있어서,
상기 열가소성 물질은 폴리카보네이트, 폴리아미드, 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함하는 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 제 31 항에 있어서,
상기 테이프의 두께는 0.10mm 내지 0.25mm이고, 선택적으로, 상기 테이프의 두께가 대략 0.15mm인 일방향성 섬유 테이프 제조 방법. - 일방향성 섬유 테이프를 제조하기 위한 시스템으로서,
배출구를 규정하는 다이를 갖는 압출기;
제 1 스프레딩 섬유층을 상기 다이 위로 안내하도록 상기 제 1 스프레딩 섬유층과 접촉하도록 구성된 제 1 가이딩 요소 세트;
다음을 포함하는 제 2 가이딩 요소 세트:
상기 배출구의 상류에 배치된 제 1 가이딩 요소; 및
상기 배출구의 하류에 배치된 제 2 가이딩 요소;
-이때, 상기 제 1 및 제 2 가이딩 요소는 상기 제 2 스프레딩 섬유층과 접촉하여 상기 배출구 아래의 제 1 방향으로 상기 제 2 스프레딩 섬유층을 안내하도록 구성됨-
상기 다이의 하류에 배치되고 상기 제 1 및 제 2 스프레딩 섬유층을 함께 가압하도록 구성된 하나 이상의 가압 요소;
-이때, 상기 압출기는 상기 다이의 배출구를 통해 매트릭스 물질을 상기 제 1 방향에 직교하거나 또는 대향하는 성분을 갖는 압출 방향으로 압출함-
를 포함하는 일방향성 섬유 테이프 제조 시스템. - 제 38 항에 있어서,
상기 제 1 방향과 상기 압출 방향 사이의 각도는 대략 85도 내지 90 도인 일방향성 섬유 테이프 제조 시스템. - 제 38 항 또는 제 39 항에 있어서,
상기 배출구의 하류에 위치하며, 하류 부분 및 상류 부분을 갖는 스크레이퍼;를 포함하고,
선택적으로, 상기 제 2 가이딩 요소는 상기 스크레이퍼를 포함하고; 그리고
상기 제 2 스프레딩 섬유층이 상기 제 2 가이딩 요소 세트에 의해 가이딩될 때, 상기 제 2 스프레딩 섬유층과 상기 상류 부분 사이의 거리는 상기 제 2 스프레딩 섬유층과 상기 하류 부분 사이의 대응 거리보다 큰 일방향성 섬유 테이프 제조 시스템. - 제 40 항에 있어서, 상기 스크레이퍼는 상기 다이에 결합되는 일방향성 섬유 테이프 제조 시스템.
- 제 38 항 또는 제 39 항에 있어서,
상기 가이딩 요소 중 적어도 하나는 바 또는 플레이트를 포함하는 일방향성 섬유 테이프 제조 시스템.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201762470866P | 2017-03-13 | 2017-03-13 | |
| US62/470,866 | 2017-03-13 | ||
| PCT/IB2018/051673 WO2018167671A1 (en) | 2017-03-13 | 2018-03-13 | Methods and system for producing unidirectional fiber tapes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190125451A true KR20190125451A (ko) | 2019-11-06 |
Family
ID=61768363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020197029885A KR20190125451A (ko) | 2017-03-13 | 2018-03-13 | 일방향성 섬유 테이프를 제조하기 위한 방법 및 시스템 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20200086528A1 (ko) |
| EP (1) | EP3595858A1 (ko) |
| JP (1) | JP2020512211A (ko) |
| KR (1) | KR20190125451A (ko) |
| CN (1) | CN110582386A (ko) |
| WO (1) | WO2018167671A1 (ko) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB201904264D0 (en) * | 2019-03-27 | 2019-05-08 | Univ Limerick | Improvements in and relating to composite manufacturing |
| JP2023533612A (ja) * | 2020-07-01 | 2023-08-03 | ミツビシ ケミカル カーボン ファイバー アンド コンポジッツ，インコーポレイティド | 機械部品を接続するための圧縮引張部品 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4640861A (en) * | 1984-06-07 | 1987-02-03 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Fiber reinforced thermoplastic material |
| FI83490C (fi) * | 1989-05-10 | 1991-07-25 | Neste Oy | Foerfarande och anordning foer framstaellning av ett fiberstaerkt material. |
| FI83491C (fi) * | 1989-05-10 | 1991-07-25 | Neste Oy | Foerfarande och anordning foer framstaellning av ett fiberstaerkt material. |
| KR20190107753A (ko) * | 2015-03-10 | 2019-09-20 | 화이바 레인포스드 써모플라스틱스 비.브이. | 일방향성 섬유-강화 테이프의 제조방법 |
-
2018
- 2018-03-13 WO PCT/IB2018/051673 patent/WO2018167671A1/en active Search and Examination
- 2018-03-13 JP JP2019550141A patent/JP2020512211A/ja active Pending
- 2018-03-13 KR KR1020197029885A patent/KR20190125451A/ko unknown
- 2018-03-13 CN CN201880028956.9A patent/CN110582386A/zh active Pending
- 2018-03-13 EP EP18713361.6A patent/EP3595858A1/en not_active Withdrawn
- 2018-03-13 US US16/494,017 patent/US20200086528A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20200086528A1 (en) | 2020-03-19 |
| JP2020512211A (ja) | 2020-04-23 |
| CN110582386A (zh) | 2019-12-17 |
| WO2018167671A1 (en) | 2018-09-20 |
| EP3595858A1 (en) | 2020-01-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7285287B2 (ja) | 一方向繊維強化テープを作製するための開繊機要素 | |
| KR102265768B1 (ko) | 유동층에서 열가소성 중합체로 사전함침된 섬유 재료의 제조 방법 | |
| US20190240934A1 (en) | Fiber-reinforced composites, laminates including the same, and systems and methods for making such laminates | |
| KR20190125451A (ko) | 일방향성 섬유 테이프를 제조하기 위한 방법 및 시스템 | |
| EP4083118A1 (en) | Composite material member, composite material, mobile object, and method for manufacturing composite material film |