KR20200019676A - 제직 3d 섬유 보강 구조체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

제직 3d 섬유 보강 구조체 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

개선된 전단 응력 및 강성(stiffness)을 갖는 제직 3차원 (3D) 섬유 보강 구조체 및 이의 제조 방법이 개시된다. 상기 구조체는 축외(off-axis) 섬유 보강을 갖는 토우로부터 제조된다. 상기 토우는 표준 3D 제직 공정에 사용되는 경사 또는 위사 토우를 대체할 수 있다.

Description

제직 3D 섬유 보강 구조체 및 이의 제조 방법
본원은 하중 지지 구조체(load bearing structure) 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 하중 지지 구조체는 3차원 (3D) 직물로부터 제조된다.
하중 지지 구조체 (자동차, 비행기, 교량 등)에서, 종종 하중 조건 및 기하학적 제약은 재료에 상당한 전단 응력을 가하는 하중 경로를 생성한다. 예를 들어, 항공기 동체는 동체 외피(fuselage skin)에 전단 응력을 일으키는 비틀림 비행 하중을 경험할 것이다. 따라서, 이러한 구조체에 사용되는 재료가 충분한 전단 강성(stiffness) 및 강도를 갖는 것은 중요한 특징이다.
전단 강성 및 강도를 개선하기 위한 통상의 구조체는 단방향성 (일축) 또는 이축 제직 층들로부터 구성된 적층 복합체이다. 그 자체로는 약한 전단 특성을 갖는 이들 층은 다양한 각도에서 위치하여, 극적으로 개선된 전단 특성을 갖는 적층체를 생성한다. 가장 흔하게는, 단층(lamina)이 구조적 설계 요구사항을 충족시키도록 상이한 비율로 0°, 45° 또는 90° 각도에서 위치하지만, 다른 각도가 또한 가능하다.
도 1은 이축으로 제직된 3D 제직 복합체를 도시한다. 즉, 토우(tow) 및 섬유는 경사 (0°) 및 위사 방향 (90°)으로 존재한다. 3차원의 이축 제직 복합체는 도 1a에 도시된 것과 같이 다수의 층을 갖는다. 토우의 본래 약한 전단 특성과 조합하여, 다른 각도에서의 바이어스 섬유(bias fiber)의 결핍은, 순수한 전단 하중에서 또는 45°에서 하중을 받을 때 발현될 수 있는 약한 거시적 전단 강성 및 강도로 이어진다. 면내(in-plane) 전단 강성 및 강도는 특정 용도에 대해서는 약하다. 도 1b는 0° (경사), 45° (바이어스) 및 90° (위사) 방향에서 하중을 받을 때 중간 탄성률(modulus) 탄소 섬유 보강을 갖는 3D 제직 복합체에 대한 인장 강도 (응력-변형률)의 비교를 나타낸다. 여기서, COV는 변동 계수이고, IM7은 중간 탄성률 탄소 섬유 보강이다. 면내 전단 탄성률 (G12)에 대한 전형적인 값은 약 5.5 GPa이다.
일부 연구자들은 0° 및 90° 이외의 각도에서 바이어스 토우를 제직함으로써 3D 이축 제직 복합체의 전단 강도 및 강성의 이러한 면내 약함을 해결하도록 시도하였으며, 이는 제직 시스템 및 공정의 복잡성을 상당히 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 문헌 [Labanieh et al, "Conception and characterization of multiaxis 3d woven preform," 2013, TexComp Conference, Leuven, Belgium]을 참조한다.
본 개시는 3차원 (3D) 제직 구조체 및 상기 구조체의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 구조체는 특정한 방향으로의 복수의 제1 사(yarns) 및 복수의 제1 사와 교직된 또 다른 방향으로의 복수의 제2 사를 포함한다. 적어도 일부의 제2 사는 적어도 1개의 바이어스 보강사(bias reinforcement yarn)를 포함한다.
일 구현에에서, 적어도 일부의 제2 사는, 적어도 1개의 제2 사 바이어스 층을 포함하는 적어도 3개의 층을 갖는 적층 구조체이며, 적어도 1개의 제2 사 바이어스 층 각각은 제2 사 바이어스 층이 아닌 제2 사 층 내의 섬유에 대하여 0° 또는 90° 이외의 각도에 있는 섬유를 갖는다.
적층 구조체는 제1 방향으로의 섬유의 제2 사 제1 층 및 제2 방향으로의 섬유의 제2 사 제2 층을 포함할 수 있다. 섬유의 적어도 1개의 제2 사 바이어스 층은 제2 사 제1 층 및 제2 층 사이에 배치되고, 제2 사 제1 바이어스 층 내의 섬유는 제1 방향에 대하여 제1 각도에 있다.
적층 구조체는 또한 제2 사 제1 층 및 제2 층 사이에 배치된 섬유의 제2 사 제2 바이어스 층을 포함할 수 있으며, 제2 사 제2 바이어스 층 내의 n개의 섬유는 제1 방향에 대하여 제2 각도에 있다.
상기 적층 구조체는 또한, 적어도 1개의 제1 사 바이어스 층을 포함하는 적어도 3개의 층을 갖는 적층 구조체인 적어도 일부의 제1 사를 포함할 수 있으며, 적어도 1개의 제1 사 바이어스 층 각각은 제1 사 바이어스 층이 아닌 제1 사 층 내의 섬유에 대하여 0° 또는 90° 이외의 각도에 있는 섬유를 갖는다. 상기 적층 구조체는 또한 제3 방향으로의 섬유의 제1 사 제1 층 및 제4 방향으로의 섬유의 제1 사 제2 층을 포함할 수 있다. 섬유의 적어도 1개의 제1 사 바이어스 층은 제1 사 제1 층 및 제2 층 사이에 배치되고, 제1 사 제1 바이어스 층 내의 섬유는 제1 방향에 대하여 또 다른 제1 각도에 있다.
또 다른 구현예에서, 제2 사의 적어도 일부는 조물 토우(braided tow)이며, 조물 토우인 제1 사의 적어도 일부를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 제2 사의 적어도 일부는 다축 테이프(multiaxial tape) 이며, 다축 테이프인 제1 사의 적어도 일부를 포함할 수 있다.
본 발명의 추가의 이해를 제공하기 위해 포함되는 첨부 도면은 본 명세서에 통합되며, 본 명세서의 일부분을 구성한다. 본원에 제시된 도면은 본 발명의 상이한 구현예를 나타내며, 본 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다. 도면에서,
도 1a는 선행 기술의 겹들간(ply-to-ply) 3D 제직을 나타낸다.
도 1b는 바이어스 섬유 보강이 없는 이축 3D 제직 복합체에서의 전형적인 인장 응력-변형률 관계를 나타낸다.
도 2는 다중 방향성 다층 토우의 구조체를 나타낸다.
도 3은 3개의 샘플 구조체의 탄성 계수(elastic constant)의 그래프 비교이다.
도 4는 축외(off-axis) 섬유 보강을 함유하는 편조사(braided yarn)로 구성된 3D 제직 예비성형체(preform)의 사진이다.
도 5 및 6은 도 4의 예비성형체로부터 형성된 복합체의 사진이다.
도 7a 내지 7b는 섬유의 축외 배향을 함유하는 사의 예를 나타낸다.
도 8은 다축 토우를 포함하는 샘플에 대한 인장 탄성률 및 강도 결과의 개요를 나타낸다.
도 9는 다축 섬유 보강으로 구성된 3D 제직 복합체에 대한 면내 인장 응력-변형률 성능을 나타낸다.
도 10은 다축 보강 및 일축 보강으로 구성된 3D 제직 복합체에 대한 면내 45° 인장 반응 사이의 비교를 나타낸다.
본 개시에서 용어 "포함하는(comprising)" 및 "포함하다(comprise)"는 "포함하는(including)" 및 "포함하다(include)"를 의미할 수 있거나, 또는 미국 특허법에서 용어 "포함하는(comprising)" 또는 "포함하다(comprise)"에 통상적으로 주어진 의미를 가질 수 있다. 용어 "~로 본질적으로 이루어지는" 또는 "~로 본질적으로 이루어지다"는 청구범위에 사용되는 경우, 미국 특허법에서의 이들에 부여된 의미를 갖는다. 본 발명의 다른 측면은 하기 개시에 기술되어 있거나 또는 하기 개시로부터 (및 본 발명의 영역 내에서) 자명하다.
용어 "실(thread)", "섬유" 및 "사"는 하기 설명에서 상호교환가능하게 사용된다. 본원에 사용된 "실", "섬유" 및 "사"는 모노필라멘트, 멀티필라멘트사(multifilament yarn), 가연사(twisted yarn), 텍스쳐사(textured yarn), 코팅사(coated yarn), 2성분사, 뿐만 아니라 당업계의 통상의 기술자에게 공지되어 있는 임의의 재료의 연신 파단 섬유(stretch broken fiber)로부터 제조된 사를 지칭할 수 있다. "토우"는 다수의 섬유로 구성되고, 본원에서 토우, 멀티필라멘트 토우, 다중섬유 토우 및 조물 토우로서 상호교환가능하게 지칭되며, 이들의 구조체를 포함한다. 섬유는 탄소, 나일론, 레이온, 유리 섬유, 면(cotton), 세라믹, 아라미드, 폴리에스테르, 금속, 폴리에틸렌, 유리, 및/또는 목적하는 물리적, 열적, 화학적 또는 다른 특성을 나타내는 다른 재료로 제조될 수 있다.
용어 "접힌(folded)"은 본원에서 "형성하는(forming)"을 의미하도록 광범위하게 사용되며, 펼침(unfolding), 굽힘(bending), 및 직물의 형상을 조작하기 위한 다른 이러한 용어를 포함한다. 용어 "바이어스"는 "축외"와 상호교환가능하게 사용되며, 언급된 지시대상에 대하여 0° 및 90° 이외의 각도임을 의미한다.
본 발명 및 이의 사용에 의해 달성되는 이의 이점 및 목적을 보다 잘 이해하기 위해 첨부되는 설명 사항을 참조하며, 이에는 본 발명의 비제한적인 구현예가 첨부 도면에 예시되고, 이 도면에서 상응하는 성분이 동일한 참조 번호에 의해 확인된다.
본 발명의 개시는, 기존 3D 제직 장비 및 공정을 사용하여 제직될 수 있는, 개선된 전단 특성을 갖는 토우를 사용함으로써 제직 구조체에 대한 면내 전단 특성을 개선하기 위한 제품 및 상기 제품의 제조 방법을 기술한다. 상기 논의된 것과 같이, 이축 직물은 면내 전단 특성을 개선하기 위해 적층 바이어스 층을 이용할 수 있지만, 본 개시는 축외 (바이어스) 보강을 갖도록 자체적으로 구성된 토우를 제직함으로써 면내 전단 특성의 개선을 제공한다. 즉, 토우는 토우 축방향에 대하여 다양한 방향에서 섬유 보강을 함유한다. 토우는 다층화될 수 있거나 (예컨대, 적층 테이프, 다축 테이프), 또는 다축, 예컨대 조물일 수 있으며 (이는 하나의 층임), 단방향성 층을 함유하지 않는다. 본원에 개시된 토우는 직물의 임의의 또는 모든 방향에서 토우의 일부 또는 전부에 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 토우는 직물의 경사 및 위사 방향 중 어느 하나 또는 둘 모두에서 토우의 일부 또는 전부에 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 토우는 경사 또는 위사 방향 중 어느 하나에서 토우의 일부 또는 전부에 사용될 수 있으며, 일축 토우는 나머지 위사 또는 경사 방향에 사용된다. 상기 토우가 또한 적층 직물의 바이어스 층에 사용될 수 있다는 것이 고려된다.
도 2는 4개의 층을 갖는 다축 다층 토우(200)의 일 구현예의 단면도를 나타낸다. 외측 층(202) 내의 섬유는 특정한 방향 (참조의 목적으로 이는 0°로서 지칭될 것임)으로 배향된다. 외측 층(202) 내의 섬유에 대하여, 제1 중간 층(204) 내의 섬유는 +45°에서 배향되고, 제2 중간 층(206) 내의 섬유는 -45°에서 배향된다. 섬유가 중간 층에서 +/-45°인 것으로 토우가 도시되어 있지만, 다른 고려사항으로 인하여 +/-30° 또는 +/-60°를 포함하는 다른 각도가 바람직할 수 있다. 또한, 바이어스 일축 층에 대해 도시되고 논의된 각도는 오직 예시의 목적이며, 설계 필요에 따라 서로에 대하여 각도를 이룰 수 있다. 설계 필요에 따라 더 많거나 또는 더 적은 층이 사용될 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
층(202, 204, 206) 각각은 목적하는 두께 D를 갖도록 동일한 배향의 섬유의 다수의 층을 가질 수 있다. 각각의 층의 두께는 설계 요구사항에 의해 요구되는 바에 따라 다른 층과 동일하거나 또는 상이할 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 각각의 층의 예시적인 두께는 0.01" (0.025 cm) 내지 0.075" (0.190 cm)의 범위이며, 0.0625" (0.159 cm)가 공칭 두께이다.
토우(200)는 목적하는 테이프 폭 W으로 제조되거나 또는 시트로 제조되어 목적하는 폭 W의 테이프로 길게 잘라질 수 있다. 다층 및 다중 방향성 비크림프 직물 (non-crimp fabric; NCF)은 제1 층 및 최종 층(202)의 외측 표면의 어느 하나 또는 둘 모두 상에서 열가소성 베일(veil)로 처리될 수 있으며, 이어서 자동식 테이프 레이업 (Automated Tape Layup; ATL) 또는 이 경우 3D 제직 적용을 위해 테이프 폭 W으로 길게 잘라질 수 있다.
토우의 예시적인 테이프 폭 W은 0.02" (0.051 cm) 내지 0.75" (1.905 cm) 범위이며, 0.25" (0.635 cm)가 공칭 폭이다. 여하튼, 본원에 기술된 것과 같이 구성된 다중 방향성 다층 토우는 목적하는 구성(configuration)의 3D 이축 제직 예비성형체를 제조하는 데 사용된다.
3D 이축 제직 예비성형체는, 예비성형체 내에 다수의 분기를 가져, 다수의 층을 갖는 3D 제직 시트에 더하여 Pi, T, H, O, I 및 통상의 기술자에게 공지되어 있는 다른 형상을 포함하는 다양한 단면 형상을 갖는 예비성형체를 낳도록 제직될 수 있다. 3D 이축 제직 예비성형체는 후속으로 수지로 함침되어 복합 구조체를 형성할 수 있다.
토우는, 이에 한정되지 않지만, 셔틀 및 래피어 직기를 사용하는 자카드 또는 도비 제직을 포함하는 임의의 공지되어 있는 제직 기술에 사용될 수 있다. 도 2는 적층 구조체인 토우를 나타낸다. 그러나, 미도시된 추가적인 접결 섬유(binding fibers)가 통상의 기술자에게 공지되어 있는 것과 같이 적층 구조체에 첨가될 수 있다.
이러한 제조 방법은, 적층 복합체 또는 자동식 테이프 레이업 (ATL) 제조에 직접 사용될 수 있는 Hi-테이프®와 유사한 얇은 비크림프 직물 (NCF) 및/또는 수지 처리된 재료를 생성한다.
나타낸 것과 같이, 토우(200)는 실질적으로 직사각형의 단면 형상을 갖는 적층체 (이는 적층 테이프로서 지칭될 수 있음)이다. 그러나, 다른 형상이 가능하며, 상기 토우는, 예를 들어 축외 섬유 또는 섬유들을 갖는 편평한 조물(flattened braid), 예를 들어 도 7a에 도시된 조물 토우(braided tow) 또는 도 7b에 도시된 다축 테이프일 수 있다.
상기 논의된 것과 같이, 사(yarn)는 1개 이상의 바이어스 층을 갖는 적층 테이프 구조체를 가질 수 있다. 즉, 바이어스 층은 바이어스 층이 아닌 층에 대하여 0도 또는 90도 이외의 각도에 있는 섬유로부터 제조된 층이다. 도 2에서 외측 층이 동일한 방향으로 섬유를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 이에 제한되지 않는다. 실제로, 적층 구조체의 층은 설계 필요에 따른 임의의 목적하는 배열일 수 있다. 따라서, 적층 스택(laminated stack) 내에서 다른 층에 대하여 바이어스 층이 어디에 위치하는지에 대해서는 제한이 없다. 또한, 바이어스 층 내의 섬유의 각 방향(angular direction)은 다른 바이어스 층 내의 섬유의 각 방향과 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 또한, 바이어스 층 내의 섬유는 서로에 대하여 0도 또는 90도일 수 있다.
도 8은 0° (경사), 45° (바이어스) 및 90° (위사) 방향으로 하중을 받을 때 3D 섬유 보강 다축 토우를 포함하는 샘플에 대한 인장 탄성률 및 강도의 실험적인 시험 결과의 개요를 나타낸다.
시험은 하기 조건을 사용하여 수행하였다:
토우 유형: Toray® T300 탄소 섬유
토우 크기(들): 1K - 토우당 필라멘트의 수
토우의 수: 24 - 조물 보강재를 제직하는 데 사용된 토우의 수.
직선형 대(vs) 각도를 갖는 토우의 수: 8개 대 16개의 토우: 8개의 토우는 축방향으로 사용된다. 나머지 16개의 토우는 편조 공정(braiding process)을 통해 교착(interlace)된다.
의도된 조물 각도: 45° (실제 ~55°)
최종 패널 FV (섬유 부피): ~55%
편평한 조물 토우는 다축 토우를 시뮬레이션할 수 있다는 것이 고려된다. 균질화된 토우 특성은 단층(lamina) 58% 섬유 부피 (이는 총 복합 섬유 부피가 46%가 되게 함)를 기반으로 한다. 복합체의 G12는 조물 토우를 사용하여 개선된다 (~17 GPa 대 예상치 4 내지 5GPa).
도 9는 다축 조물 토우 보강으로 구성된 3D 제직 복합체의 면내 인장 응력-변형률 성능에 대한 실험적인 결과를 나타낸다. 바이어스, 위사 및 경사 방향의 탄성률 (선의 기울기)은 매우 유사하다는 것을 주목한다. 이는 3D 제직 공정 동안 사용된 조물 토우 내의 축외 섬유 보강을 통합한 결과이다.
볼 수 있는 것과 같이, 도 9의 탄성률은 도 8의 다축 보강의 탄성률과 유사한 반면, 선행기술 도 1b에 도시된 이미지는 경사, 위사 및 바이어스 (45°) 방향으로 하중을 받을 때 상기 복합체와는 매우 상이한 반응을 갖는다.
도 10은 다축 보강 및 일축 보강으로 구성된 3D 제직 복합체에 대한 면내 45° 인장 반응 사이의 비교를 나타낸다. 다축 보강과 관련된 탄성률은 일축 보강의 탄성률보다 상당히 더 크다.
도 4는 편평한 테이프보다는 축외 섬유를 갖는 편조사를 갖는 3D 제직 예비성형체(400)의 사진이다. 경사 및 위사 방향 둘 모두로 제직된 편조사 내의 축외 섬유는 폭을 가로지르는 중간 섹션(410)이다. 상부 1/3(420) 및 하부 1/3(430)은 경사 방향으로의 다중 방향성 편조사 및 위사 방향으로의 표준 일축 토우로 제직된다. 이는, 성능 요구사항을 충족시키도록 표준 및 다축 토우를 혼합하여 혼성 예비성형체가 제직될 수 있음을 나타낸다. 편조사는 단지 축외 섬유라기보다는 다중 방향성 토우이다. 이는 축상(on-axis) 및 축외 보강을 제공한다. 조물 토우는 축외 섬유에 더하여 축상 섬유를 가질 수 있다.
도 5 및 6은 도 4의 3D 제직 직물의 복합체의 사진이다.
본 발명의 다중 방향성 다층 토우를 사용하는 3D 제직 복합 구조체의 3개의 구성을, Albany Engineered Composites (AEC)의 3D Composite Studio™ 소프트웨어에 내장된 마이크로공학 균질화 기능(micromechanics homogenization capabilities)을 사용하여 비교하였다:
실시예 1:
Hexcel Hi-테이프®와 유사한 섬유 함량 및 치수를 갖는 일축 테이프로 제조된 3D 제직 복합체. 토우 패킹률(packing factor)은 60%이며, 이는 50%의 전체 섬유 부피를 낳는다. 복합체에서 0°, ±45° 및 90° 방향으로의 섬유 함량은 각각 50%, 0% 및 50%이다. 복합체 탄성 특성을 계산하기 위해 저각도 상호맞물린 섬유 아키텍처(low-angle interlock fiber architecture)가 선택되었다.
실시예 2:
Hexcel Hi-테이프®와 유사한 섬유 함량 및 치수를 갖지만, 이들의 구성은 C-Ply™ 재료와 더 유사한 다중 방향성 테이프로 제조된 3D 제직 복합체. 토우 패킹률은 60%이며, 이는 50%의 전체 섬유 부피를 낳는다. 복합체에서 0°, ±45° 및 90° 방향으로의 섬유 함량은 각각 25%, 50% 및 25%이다. 각각의 토우는 50%, 50%, 0% 섬유 분포를 갖는다. 복합체 탄성 특성을 계산하고, 기계적 특성에서의 변화를 정량화하기 위해, 실시예 1과 동일한 저각도 상호맞물린 섬유 아키텍처가 선택되었다.
실시예 3:
50% 섬유 부피 및 (25%, 50%, 25%) 섬유 분포를 갖는 표준 준등방성(quasi-isotropic) 적층체 구성. 이는, 표준 3D 제직 복합체 (실시예 1)의 보다 약한 전단 특성을 나타내고, 본 발명 (실시예 2)의 개선을 정량화하기 위한 기준선으로서 선택되었다.
상기 3개의 실시예를 비교하는 결과는 하기 표 1 및 도 3에 요약되어 있다. 실시예 2는 실시예 1을 능가하여 전단 강성 (Gxy)에서의 3.83배의 개선을 나타내며, 준등방성 적층체의 전단 강성의 20% 이내이다. 축방향 탄성률 (Exx 및 Eyy)은 실시예 1과 비교하여 실시예 2에서 약 33%만큼 상당히 감소되었지만, 이들은 실시예 3의 4% 이내이다.
　 실시예 1
일축 테이프로
3D 제직됨
(50%, 0%, 50%)		 실시예 2
다중 방향성 테이프로 3D 제직됨
(25%, 50%, 25%)		 실시예 3
2D 준등방성
적층체
(25%, 50%, 25%)
Exx 78.8 52.9 53.1
Eyy 75.1 51.2 53.1
Gxy 4.2 16.1 20.1
Nuxy 0.037 0.209 0.322
FV 50% 50% 50%
표 1 - 상기 실시예들의 복합체 특성 및 탄성 계수의 비교. 0°, ±45° 및 90°에서의 섬유 백분율을 각각의 구성에 대해 나타냈다. Exx, Eyy 및 Gxy에 대한 값은 단위가 GPa이다.
이들 결과로부터, 본 개시에 기술된 것과 같은 다중 방향성 보강을 사용함으로써, 개선된 관통 두께(through thickness) 강성 및 강도, 손상 허용 및 에너지 흡수 특성의 추가적인 이점을 가지며 산업 표준 준등방성 적층체와 매우 유사한 면내 강성 특성을 갖는 3D 제직 복합체를 제조하는 것이 가능하다고 결론지어질 수 있다.
상기 3D 다층 다중 방향성 직물은 매트릭스 재료로 함침될 수 있다. 매트릭스 재료는 에폭시, 비스말레이미드, 폴리에스테르, 비닐-에스테르, 세라믹, 탄소 및 다른 이러한 재료를 포함한다.
다른 구현예는 하기 청구범위의 범위 내에 있다.

Claims (37)

  1. 3차원 (3D) 제직 구조체로서,
    특정한 방향으로의 복수의 제1 사(yarn);
    상기 복수의 제1 사와 교직된 또 다른 방향으로의 복수의 제2 사를 포함하며,
    적어도 일부의 제2 사는 적어도 1개의 바이어스 보강사(bias reinforcement yarn)를 포함하는, 3차원 제직 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 일부의 제2 사가, 적어도 1개의 제2 사 바이어스 층을 포함하는 적어도 3개의 층을 갖는 적층 구조체이며, 상기 적어도 1개의 제2 사 바이어스 층 각각은 제2 사 바이어스 층이 아닌 제2 사 층 내의 섬유에 대하여 0° 또는 90° 이외의 각도에 있는 섬유를 갖는, 3차원 제직 구조체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 적층 구조체가
    제1 방향으로의 섬유의 제2 사 제1 층;
    제2 방향으로의 섬유의 제2 사 제2 층을 포함하고;
    섬유의 상기 적어도 1개의 제2 사 바이어스 층은 상기 제2 사 제1 층 및 제2 층 사이에 배치되고,
    제2 사 제1 바이어스 층 내의 섬유는 상기 제1 방향에 대하여 제1 각도에 있는, 3차원 제직 구조체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 방향이 동일한 3차원 제직 구조체.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 사 제1 층 및 제2 층 사이에 배치된 섬유의 제2 사 제2 바이어스 층을 포함하며,
    상기 제2 사 제2 바이어스 층 내의 섬유는 상기 제1 방향에 대하여 제2 각도에 있는, 3차원 제직 구조체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 각도가 30 내지 60도이고, 상기 제2 각도가 -30 내지 -60도인 3차원 제직 구조체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 각도가 45도이고, 상기 제2 각도가 -45도인 3차원 제직 구조체.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 각도가 30도이고, 상기 제2 각도가 -60도인 3차원 제직 구조체.
  9. 제3항에 있어서, 상기 적어도 일부의 제2 사가 제2 사 제1 베일(veil)을 상기 제2 사 제1 층의 외측 표면 상에 포함하고, 제2 사 제2 베일을 상기 제2 사 제2 층의 외측 표면 상에 포함하는, 3차원 제직 구조체.
  10. 제3항에 있어서, 적어도 일부의 제1 사가, 적어도 1개의 제1 사 바이어스 층을 포함하는 적어도 3개의 층을 갖는 적층 구조체이며, 상기 적어도 1개의 제1 사 바이어스 층 각각은 제1 사 바이어스 층이 아닌 제1 사 층 내의 섬유에 대하여 0° 또는 90° 이외의 각도에 있는 섬유를 갖는, 3차원 제직 구조체.
  11. 제10항에 있어서, 상기 적층 구조체가
    제3 방향으로의 섬유의 제1 사 제1 층;
    제4 방향으로의 섬유의 제1 사 제2 층; 및
    상기 제1 사 제1 층 및 제2 층 사이에 배치된 섬유의 상기 적어도 1개의 제1 사 바이어스 층을 포함하고,
    제1 사 제1 바이어스 층 내의 섬유는 상기 제1 방향에 대하여 또 다른 제1 각도에 있는, 3차원 제직 구조체.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제3 및 제4 방향이 동일한 3차원 제직 구조체.
  13. 제12항에 있어서, 상기 3D 제직 구조체가 Pi, H, T, O 및 I로 이루어지는 군으로부터 선택된 단면 형상을 갖는 예비성형체(preform)로 형성된, 3차원 제직 구조체.
  14. 제1항에 있어서, 상기 3D 제직 구조체 Pi, H, T, O 및 I로 이루어지는 군으로부터 선택된 단면 형상을 갖는 예비성형체로 형성된, 3차원 제직 구조체.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제2 사의 적어도 일부가 조물 토우(braided tow)인 3차원 제직 구조체.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 사의 적어도 일부가 조물 토우인 3차원 제직 구조체.
  17. 제1항에 있어서, 상기 제2 사의 적어도 일부가 다축 테이프(multiaxial tape)인 3차원 제직 구조체.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 사의 적어도 일부가 다축 테이프인 3차원 제직 구조체.
  19. 3차원 (3D) 제직 구조체의 형성 방법으로서,
    특정한 방향으로의 복수의 제1 사를 상기 복수의 제1 사와 교직된 또 다른 방향으로의 복수의 제2 사와 제직하는 단계를 포함하며,
    적어도 일부의 제2 사는 적어도 1개의 바이어스 보강사를 포함하는, 형성 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 적어도 일부의 제2 사가, 적어도 1개의 제2 사 바이어스 층을 포함하는 적어도 3개의 층을 갖는 적층 구조체이며, 상기 적어도 1개의 제2 사 바이어스 층 각각은 제2 사 바이어스 층이 아닌 제2 사 층 내의 섬유에 대하여 0° 또는 90° 이외의 각도에 있는 섬유를 갖는, 형성 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 적층 구조체가
    제1 방향으로의 섬유의 제2 사 제1 층;
    제2 방향으로의 섬유의 제2 사 제2 층을 포함하고;
    섬유의 상기 적어도 1개의 제2 사 바이어스 층은 상기 제2 사 제1 층 및 제2 층 사이에 배치되고;
    제2 사 제1 바이어스 층 내의 섬유는 상기 제1 방향에 대하여 제1 각도에 있는, 형성 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제1 및 제2 방향이 동일한, 형성 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    섬유의 제2 사 제2 바이어스 층을 상기 제2 사 제1 층 및 제2 층 사이에 배치하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 사 제2 바이어스 층 내의 섬유는 상기 제1 방향에 대하여 제2 각도에 있는, 형성 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제1 각도가 30 내지 60도이고, 상기 제2 각도가 -30 내지 -60도인 형성 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제1 각도가 45도이고, 상기 제2 각도가 -45도인 형성 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 제1 각도가 30도이고, 상기 제2 각도가 -60도인 형성 방법.
  27. 제21항에 있어서, 상기 적어도 일부의 제2 사가 제2 사 제1 베일을 상기 제2 사 제1 층의 외측 표면 상에 포함하고, 제2 사 제2 베일을 상기 제2 사 제2 층의 외측 표면 상에 포함하는, 형성 방법.
  28. 제21항에 있어서, 적어도 일부의 제1 사가, 적어도 1개의 제1 사 바이어스 층을 포함하는 적어도 3개의 층을 갖는 적층 구조체이며, 상기 적어도 1개의 제1 사 바이어스 층 각각은 제1 사 바이어스 층이 아닌 제1 사 층 내의 섬유에 대하여 0° 또는 90° 이외의 각도에 있는 섬유를 갖는, 형성 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 적층 구조체가
    제3 방향으로의 섬유의 제1 사 제1 층;
    제4 방향으로의 섬유의 제1 사 제2 층을 포함하고;
    섬유의 상기 적어도 1개의 제1 사 바이어스 층은 상기 제1 사 제1 층 및 제2 층 사이에 배치되고;
    제1 사 제1 바이어스 층 내의 섬유는 상기 제1 방향에 대하여 또 다른 제1 각도에 있는, 형성 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 제3 및 제4 방향이 동일한, 형성 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 3D 제직 구조체를 Pi, H, T, O 및 I로 이루어지는 군으로부터 선택된 단면 형상을 갖는 예비성형체로 형성하는 단계를 포함하는 형성 방법.
  32. 제19항에 있어서,
    상기 3D 제직 구조체를 Pi, H, T, O 및 I로 이루어지는 군으로부터 선택된 단면 형상을 갖는 예비성형체로 형성하는 단계를 포함하는 형성 방법.
  33. 제19항에 있어서, 상기 제2 사의 적어도 일부가 조물 토우인 형성 방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 제1 사의 적어도 일부가 조물 토우인 형성 방법.
  35. 제19항에 있어서, 상기 제2 사의 적어도 일부가 다축 테이프인 형성 방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 제1 사의 적어도 일부가 다축 테이프인 형성 방법.
  37. 하기 단계를 포함하는, 3차원 제직 복합체의 형성 방법:
    제21항 또는 제29항에 따라 3차원 제직 구조체를 형성하는 단계; 및
    상기 3차원 제직 구조체를 매트릭스 재료로 함침시키는 단계.
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