KR970008185B1

KR970008185B1 - 조합된 스트랜드의 3차원 구조물

Info

Publication number: KR970008185B1
Application number: KR1019880001347A
Authority: KR
Inventors: 모리슨 콜레 폴
Original assignee: 이.아이.듀퐁 드 네모아스 앤드 캄파니; 제임스 제이. 플린
Priority date: 1987-02-12
Filing date: 1988-02-12
Publication date: 1997-05-21
Also published as: JPH01207454A; BR8800574A; CN88100683A; KR880010203A; ES2021427B3; EP0279585A2; AU1139888A; EP0279585A3; US4737399A; AU592523B2; DE3862313D1; CA1295106C; CN1011518B; IL85404A0; IL85404A; EP0279585B1

Abstract

없음.

Description

조합된 스트랜드의 3차원적 구조물

제1도는 구조물을 형성시키기 위해 조합(interlocking)시킨 본 발명에 따른 2개의 셀(cell) 구조물의 원근도이다.

제2도는 4개의 축방향 스트랜드를 포함하는 본 발명에 따른 구조물의 형성을 나타내는 운동도(motion diagram)이다.

제3도는 I빔(I beam)형태의 제2도에 따라 형성된 셀을 나타내는 도이다.

제4도는 3개의 축방향 스트랜드를 포함하는 본 발명에 따른 구조물의 형성을 나타내는 운동이다.

제5도는 I빔 형태의 제4도에 따라 형성된 셀을 나타내는 도이다.

본 발명은 조합된 스트랜드로 된 3차원 구조물에 관한 것이며, 특히 복합재료로 된 이러한 구조물에 관한 것이다.

섬유 강화 플라스틱 구조물은 이들이 대체하는 목재 또는 금속 구조물에 비해 강도가 높고, 경량이며 제조하기가 용이하기 때문에 점차 성공적으로 다년간 사용되어 왔다. 유리, 탄소, 세라믹 및 아라미드와 같은 섬유는 강화재로서 인기가 있고, 열경화성 수지뿐만 아니라 열가소성 수지도 자주 사용되는 중합체 매트릭스이다.

축방향 사를 사용하는 편직(braiding)은 위의 구조물을 제조하는 한 가지 방법이며, 일반적으로 구조물의 축에 대해 거의 평행하게 연장되는 축방향 사의 배열을 형성시키고, 서로 교착(interlacing)되고 축방향 사와도 교착되도록 이 배열을 통과시키는 패턴으로 편직 사를 교착시키는 것을 포함한다. 공지된 편직 패턴으로는 구조물의 특정 위치에 사를 위치시켜 이러한 위치가 특정한 사의 특성을 가질 수 있도록 사를 제어할 수 없다. 공지된 편직 방법은 공정 전반에 걸쳐 이동하는 스트랜드가 있기 때문에 이러한 공정으로는 위에서와 같은 제어를 할 수 없다.

본 발명은, 독특한 조합얽기 방법(interlock twining process)을 통해, 스트랜드를 조작하여 정밀한 스트랜드 배치를 갖는 복잡한 형상의 고주물을 형성시킴으로써 구조물의 소정 위치에서의 모든 성분 스트랜드가 별개의 점유대를 가질 수 있도록 하여 결과적으로 점유대는 다음 특성을 가질 수 있다;

a. 특성이 우수한 고가의 사는 고응력 위치에 한정시킬 수 있다.

b. 인장특성이 높은 사는 소정의 한 위치에 제공할 수 있고, 전단 특성이 높은 사는 다른 위치에 제공할 수 있다.

c. 내마모성이 우수한 사는 표면 위치에 한정시킬 수 있다.

d. 부피가 큰 사는 가는 사와 별개로 분리 위치시킬 수 있다.

본 발명의 제품은 구조물의 종방향으로 연장되는 축방향 사의 배열과 구조물을 통해 나선상 경로로 둘러 감기는 복수의 교합 사(interwining yarn)를 포함하는 사 구조물에 있어서, 한 가닥 이상의 교합사가 제1셀을 형성하는 하나 보다 많은 면에 배치된 3가닥 이상의 축방향 사로 이루어진 제1조에 둘러 감기는 동시에 인접한 제2셀(여기서, 인접한 제2셀은, 세 가닥 이상의 축방향의 사로 이루어진 제2조와 제1셀 중의 한 가닥 이상의 축방향 사에 나선상 경로로 둘러감긴 한 가닥 이상의 다른 교합 사에 의해 형성된 축방향 사의 제2조로 이루어진다)중의 한 가닥 이상의 축방향 사 주위에 둘러 감김으로써 인접하는 셀끼리 교합사로 조합됨을 특징으로 하는 조합된 사 구조물이다. 위의 제품 안의 스트랜드는 주로 직선 배향을 취하거나 각을 이룬 배향을 취할 수 있다. 횡곡력(lateral bending force)에 대한 저항성을 최대화하기 위해서 제품 표면을 따라 스트랜드의 연속 쇄를 제공할 수 있다. 필요한 경우, 작은 셀을 사용함으로써, 다른 경우에서 처럼 미세한 구성의 필요없이, 형태를 정교하게 개선시킬 수 있다.

제품 중량 감소는 구조적 완전성을 손상시키지 않고 중공 셀 또는 속이 빈 셀을 제공함으로써 실현시킬 수 있다. 이러한 빈 공간 주위의 구조는 완전히 조합시킨다. 이것은 공간이 형성될 경우 지지되지 않는 사가 공간 주위에 무익한 장력을 받을 수 있는 편직 수단과는 대조된다. 요약하면, 하나의 스트랜드가 다른 스트랜드 주위를 나선상으로 둘러 감음으로써 제품 성형시 다른 셀과 조합시키기 위한 요소를 모두 지닌 스트랜드들의 교착된 조합으로 정의될 수 있는 셀이 형성된다. 선행기술에는 이들 셀에 대응하는 공지된 것이 없다. 전체 제품은 목적하는 형태를 제공하기 위해 배열된 조합된 셀의 집합체이다. 소정의 제품내의 셀은 다양한 특성을 지닐 수 있다. 사의 성분들은 상이할 수 있다. 셀은 다수의 상이한 패턴으로 조립할 수 있는 건축용 블록(building block)과 유사하며, 몇몇 셀은 중심에 빈 공간을 가질 수 있고, 다른 셀은 강도 또는 본체를 위해 빈 공간을 통해 축방향으로 배향된 스트랜드를 가질 수 있다.

유리, 탄소, 세라믹 및 아라미드 사와 같은 섬유는 스트랜드로서 통상적으로 사용되며, 열경화성 수지 뿐만 아니라 열가소성 수지도 통상 사용되는 중합체 매트릭스이다.

매트릭스 물질을 본 발명으로 제조한 어떠한 구조물에 첨가하여 경질 복합재료를 형성시킬 수 있다. 예를 들면, 3차원으로 편직된 구조물은 T-빔(beam)으로서 성형시키고 경화시켜 구조 부재를 형성시킬 수 있다.

제1도에 있어서, 본 발명의 구조물은 2종의 필수적인 부류의 스트랜드, 즉, 일반적인 축방향으로 정렬된 스트랜드(10, 12, 14, 16, 18 및 20)와 스트랜드(10 내지 20) 주변의 경로를 따라 나선상으로 둘러감긴 스트랜드(11 및 13)를 포함한다. 스트랜드(11 및 13)의 경로는 스트랜드(16 및 14)의 주위에서 중복되어 축방향사(10 내지 20) 주위에서 조합이 이루어진다. 축방향 사는 수직적으로 이동하여 구조물(22)를 형성하지만, 다른 방향에서도 마찬가지로 작용한다. 축방향 스트랜드(10 내지 20)가 이동하는 속도에 따라 스트랜드(11 및 13)에 의해 형성된 나선의 피치(pitch)가 결정된다.

위에 기술한 바와 같이, 한 스트랜드가 다른 스트랜드 주위에 나선상으로 감김으로써 셀이 형성되고, 이 셀은 다른 셀과 조합되어 전체적인 구조물을 형성한다. 소정의 구조물 내의 셀은 다양한 특성을 가질 수 있다. 예를 들면, 스트랜드 성분들은 상이한 사일 수 있다. 구조는, 제2도에 나타낸 바와 같이, 4원 구조일 수 있고, 여기서 축방향 스트랜드(10, 12, 14 및 16) 주위의 실선(11)은 점선(13)에 의해 인접한 셀(26)의 부분(22b)에 조합된 셀(24)의 부분(22a)의 형성을 나타낸다. 제3도는 I빔 형태의 4원 구조를 나타낸다. 마찬가지로, 3원 구조라고 하는 구조를 제4도에 나타내었으며, 여기서 축방향 사(12', 14', 16' 및 18') 주위의 실선(11')은 점선(13')에 의해 셀(26')의 부분(22b')에 조합된 셀(24')의 부분(22a')이 형성되는 것을 나타낸다. 선(11' 및 13')은 나선형으로 감기는 스트랜드를 나타낸다. 또한, (24')와 같은 단일 셀은 숫자(30)로 나타낸 바와 같은 중공 상태로 형성될 수 있고, 빈 공간은 축방향 스트랜드(12', 40, 41, 42, 43, 44 및 45) 주위에서 스트랜드(11')가 나선상으로 감김으로써 셀 속에 갇힌 축방향 스트랜드(32)를 포함할 수 있다. 제5도는 I빔 형태의 3원 구조를 나타낸다.

실시예

축방향 사로서 9,000데니어의 나일론 코오드인 경사 180가닥, 교합 사로서의 8,200데니어의 올레핀사인 경사 84가닥 및 셀이 형성될 때 셀 안에 갇히는 축방향 사로서의 216,000데니어의 로프(rope)인 경사 21가닥을 사용하여 I빔 구조물을 제조한다.

제4도에 나타낸 3원 구조와 관련하여 위에서 자세히 설명한 바와 같이 손을 움직여 얽는다. 제5도의 완전한 운동 패턴을 사용하여 길이가 14in인 I빔이 형성될 때 까지 얽기를 계속한다.

I빔 구조물의 외부 표면에 스패튤라를 사용하여 에폭시 수지를 두껍게 피복시키고 I빔 구조물의 형태에 맞는 클램프를 고정된 목형(clamped wood form)안에 넣는다. 실온에서 24시간 동안 경화시킨 후, 목형을 제거한다. 쇠톱을 사용하여 I빔 구조물을 단면절단한다. 절단면을 검사한 결과 에폭시 침투성이 우수한 것으로 나타났다.

Claims

구조물의 종방향으로 연장되는 축방향 사의 배열과 구조물을 통해 나선상 경로로 둘러 감기는 복수의 교합사를 포함하는 사 구조물에 있어서, 한 가닥 이상의 교합사가 제1셀을 형성하는 하나보다 많은 면에 배치된 3가닥 이상의 축방향 사로 이루어진 제1조에 둘러 감기는 동시에 인접한 제2셀(여기서, 인접한 제2셀은, 세가닥 이상의 축방향 사로 이루어진 제2도와 제1셀 중의 한 가닥 이상의 축방향 사에 나선상 경로로 둘러 감긴 한 가닥 이상의 다른 교합사에 의해 형성된 축방향 사의 제2조로 이루어진다)중의 한 가닥 이상의 축방향 사 주위에 둘러 감김으로써 인접하는 셀끼리 교합사로 조합됨을 특징으로 하는 조합된 사 구조물.
제1항에 있어서, 네 가닥의 축방향 사가 각각의 셀을 형성하는 사 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 구조물이 셀의 중심에 배치된 축방향 사를 추가로 포함하는 사 구조물.
제1항에 있어서, 축방향 사와 교합사가 중합체로 함침된 연속 필라펜트의 사 구조물.
제1항에 있어서, 구조물이 중합체로 함침된 사 구조물.
제4항 또는 제5항에 있어서, 구조물이 I빔이고 중합체가 열경화성 수지인 사 구조물.
제4항 또는 제5항에 있어서, 구조물이 내부에 빈 공간을 포함하는 사 구조물.
축방향 사의 배열을 구조물의 종방향으로 이동시키면서, 한 가닥 이상의 교합사를 제1셀을 형성시키기 위해 하나보다 많은 면에 배치된 3가닥 이상의 축방향 사의 제1조의 주위에 나선상 경로로 둘러 감는 동시에 하나보다 많은 면에 배치된 3가닥 이상의 축방향 상의 제2조와 제1셀 중의 한 가닥 이상의 축방향 사를 나선상으로 둘러 감은 한 가닥 이상의 다른 교합사에 의해 형성된 축방향 사의 제2조로 이루어진 인접한 제2셀 중의 한 가닥 이상의 축방향 사 주위에 나선상으로 둘러 감아 인접한 셀들을 조합시킴으로써 구조물을 형성시킴을 포함하는 조합된 사 구조물의 제조방법.