KR20190025563A - 개선된 기계적 특성을 가지는 아크릴 중합체 시트를 포함하는 항공용 글레이징 - Google Patents

개선된 기계적 특성을 가지는 아크릴 중합체 시트를 포함하는 항공용 글레이징 Download PDF

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KR20190025563A
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Abstract

본 발명은 - 적어도 하나의 개질된 아크릴 시트를 포함하고, 상기 시트가 내부에서, 라미네이팅되고/거나 다중인 글레이징으로, 적어도 하나의 다른 개질된 아크릴 시트, 및/또는 캐스팅에 의해 형성된 적어도 하나의 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 시트, 및/또는 적어도 하나의 또 다른 투명 중합체 예컨대 폴리카보네이트(PC) 시트, 및/또는 적어도 하나의 특히 화학적으로 강화된 유리 시트와 연관되는 것을 특징으로 하는 항공용 글레이징; - 항공기에의 그 용도에 관한 것이다.

Description

개선된 기계적 특성을 가지는 아크릴 중합체 시트를 포함하는 항공용 글레이징
본 발명은 조류 충돌(bird strike), 외부와 내부 사이의 압력 차이, 외부 측에서의 매우 낮은 온도에의 노출과 같이 그 사용이 특히 까다로운 항공용 글레이징 유닛(aeronautical glazing unit)에 관한 것이다. 이러한 글레이징 유닛에서는, 지속적인 방식으로 보존되는 높은 수준의 기계적 강도, 투명도 및 광학적 품질을 보장할 필요가 있다.
예를 들면 시트의 평면에서 2개의 수직인 방향으로 연신하는 것(이축 연신)에 의해 아크릴, 특히 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA)와 같은 중합체 재료 시트를 물리적으로 개질함으로써, 거기에 마이크로크레이징(microcrazing)에 의한 응력 완화(stress relaxation)에 대한 내성, 다시 말하자면 저온, 기계적 마모 및 화합물에 노출시 내구성인 고도의 광학적 품질, 공기 중 수분에 대한 내성, 및 또한 운반체(vehicle)의 몸체 또는 캐빈, 프레임 또는 탑재 구조에 글레이징 유닛을 볼트고정하는 경우에 필요한 천공되는 능력, 그리고 기계적 강도의 향상(조류 충돌 등)을 제공하는 것이 알려져 있다.
그러나, 상기 연신 과정은 복잡하며, 오래 걸리고, 고가(재료의 손실, 재료 가격 등)이다. 그렇게 연신된 재료는 100 ℃ 가량을 상회하는 온도에 그것이 적용되는 경우 복귀됨으로써 열성형 과정을 제한하고 복잡하게 한다는 결점을 가지고 있어서: 재료가 열성형된 후, 재-연신되어야 하기 때문에, 블로잉(blowing) 또는 또 다른 공정에 의해 거기에 응력이 가해진다. 이에 따라 연신되는 재료는 갑작스러운 노출 사례에서의 크기지정(sizing)의 상실이라는 위험성을 가진다.
본 발명은 편평형 또는 굴곡형의 라미네이팅되고/거나 다중인 글레이징 유닛의 형태로 증가된 기계적 특성들을 가지는 복합 수송용 글레이징 유닛 적용분야에, 균열 전파를 제한하는 마이크로충전재 또는 나노충전재를 사용하여 나노구조화되어 있고/거나 그것이 보충되어 있는 블록을 그의 중합체 사슬에 포함하는 투명한 중합체, 특히 아크릴을 사용하는 것을 목표로 한다. 이러한 개질된 중합체는 복잡한 연신 과정을 필요로 하지 않아서, 열성형에 의한 성형에 있어서 더 큰 용이성을 제공하고(치수 안정성); 사전에 응력이 가해지지 않음으로써, 열에의 노출 사례에서 증가된 안전성을 가진다(예를 들면 비행기 현창(porthole)).
이에 따라, 본 발명의 한 가지 주제는 적어도 하나의 개질된 아크릴 시트를 포함하는 항공용 글레이징 유닛에 있어서, 이러한 시트는 라미네이팅되고/거나 다중인 글레이징 유닛으로서, 적어도 하나의 다른 개질된 아크릴 시트, 및/또는 적어도 하나의 캐스팅된 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 시트, 및/또는 적어도 하나의 또 다른 투명 중합체 예컨대 폴리카보네이트(PC) 시트, 및/또는 특히 화학적으로 강화된 적어도 하나의 유리 시트와 조합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 의미 내에서, "개질된 아크릴"은 하기의 특징을 가지는, 그의 기계적 특성을 개선하기 위하여 화학적으로 개질된 투명한 아크릴 중합체를 의미하는 것으로 이해된다:
- 밀도 < 1.2;
- 굽힘 모듈러스 > 2000, 바람직하게는 2300 MPa;
- 비노치 샤피 충격 강도(unnotched Charpy impact strength) > 35, 바람직하게는 40 kJ/m2;
- 광 투과율(가시 스펙트럼 파장) > 90 %;
- 탁도 < 1;
- 열 팽창 계수 ≤ 70 ppm/°K;
- 화학적 내성: 미국 미군 표준 MIL-P-25690에 따른 톨루엔/이소부틸 아세테이트 습포제와의 접촉에서의 마이크로크레이징에 대한 내성 > 17 MPa.
캐스팅된 PMMA는 압출된 PMMA 대비 최고 광학 품질의 투명도를 제공하는 것으로 알려져 있다.
라미네이팅된 글레이징 유닛은 하기에서 상세하게 기술되는 층간 접착제 층에 의해 서로 연결된 수개의 무기(유리) 및/또는 유기(중합체 재료) 투명 경질 시트를 포함한다.
다중 글레이징 유닛은 건조 기체 또는 공기로 충전된 공간에 의해 서로 분리된 수개의 무기 및/또는 유기인 일체형 및/또는 라미네이트형 투명 경질 시트를 포함한다.
이러한 모든 시트들은 편평형이거나 굴곡형이다.
바람직하게는, 개질된 아크릴이 균열 전파를 제한하는 마이크로충전재 또는 나노충전재를 사용하여 나노구조화되어 있고/거나 그것이 보충되어 있는 블록을 그의 중합체 사슬에 포함하는, 개선된 기계적 특성을 가지는 아크릴 중합체이다.
본 발명의 바람직하나 비-필수적인 일 실시예에서, 캐스팅된 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA)는 마이크로크레이징에 의한 응력 완화를 견디도록 물리적으로 개질된다. 상기 물리적 개질은 특히 이축 연신으로 구성되는데; 그것은 PMMA 시트에서의 미세균열 형성 없이도 PMMA를 천공하는 것, 아니면 PMMA 시트에서의 미세균열 형성 없이도 저온 또는 기계적 마모에 적용되는 글레이징 유닛의 외부 면상에 이와 같은 PMMA가 존재하는 것을 가능케 한다는 점에서 유리하다.
본 발명의 항공용 글레이징 유닛의 다른 바람직한 특징들에 따르면:
- 개질된 아크릴 시트가 아크릴과 반응하는 어떠한 가소제도 없는 폴리비닐 부티랄(PVB), 또는 열가소성 폴리우레탄(TPU)에 의해 또 다른 개질된 아크릴 시트 또는 캐스팅된 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 시트, 아니면 유리 시트에 접착 결합되며;
- 개질된 아크릴 시트가 열가소성 폴리우레탄(TPU)에 의해 폴리카보네이트(PC) 시트에 접착 결합되고;
- 또 다른 시트에 접착 결합되기 전에, 개질된 아크릴 또는 캐스팅된 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 시트의 표면이 프라이밍(priming) 처리되며; 상기 프라이밍은 접착제 결합의 품질 및 내구성을 향상시키는 효과를 가지는데; 또 다른 시트에 결합될 때, 특히 많은 화합물에 의해 그것이 분해되기 때문에 결코 프라이밍되지 않는 폴리카보네이트 시트와 달리, 특히 화학적으로 강화-강인화된 유리 역시 프라이밍될 수 있고;
- 특히 이와 같은 재료의 고도의 기계적 품질이 볼트고정 등에 의해 글레이징 유닛을 정합시키거나, 아니면 핀칭(pinching)에 의해 글레이징 유닛을 정합시킬 목적으로 돌출 부분을 천공하는 것에 기인하는 경우, 적어도 하나의 개질된 아크릴 시트가 또 다른 재료로 형성되는 글레이징 유닛 시트에 대해 돌출되며;
- 그것이 굴곡형이다.
본 발명의 또 다른 주제는 공중 운반체(airborne vehicle), 특히 그것이 수송 운반체(transport vehicle), 전투용 운반체(combat vehicle) 또는 전투기(fighter aircraft)인지에 상관없이, 헬리콥터 또는 비행기를 위한 글레이징 유닛으로서 상술한 바와 같은 항공용 글레이징 유닛의 용도이다.
본 발명은 모두 본 발명에 따른 항공용 글레이징 유닛의 다양한 실시예들을 개략적으로 나타내고 있는 첨부된 도 1 내지 도 12의 관점에서 더 잘 이해될 것이다.
동일한 용어에 의해 하기에서 지칭되는 모든 재료들은 동일한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 항공용 이중 글레이징 유닛은 하기로 구성된다:
- 아르케마(Arkema) 사에 의해 알투글라스(Altuglas)® 쉴드 업(Shield Up)이라는 등록 상표하에 시판되고 있는, 1 mm, 바람직하게는 1.5 mm 이상, 25 mm, 바람직하게는 12 mm 이하의 두께를 가지는 개질된 아크릴 시트(1),
- 공기 공간(10), 및
- 에보니크(Evonik)® 사에 의해 GS 249라는 참조번호로 시판되고 있는 항공용 등급의 아크릴 중합체로써, 임의적으로 예컨대 연신에 의해 물리적으로 개질된 0.5 mm, 바람직하게는 3 mm 이상, 25 mm, 바람직하게는 8 mm 이하의 두께를 가지는 캐스팅된 PMMA 시트(2).
개질된 아크릴 시트(1)는 바람직하게는 글레이징 유닛의 외부 면, 즉 외부 대기에 노출되는 것을 구성하지만, 이와 반대로 그것이 그의 내부 면을 구성하는 것이 배제되지는 않는데, 이와 같은 경우 항공용 등급의 아크릴 중합체 시트가 글레이징 유닛의 외부 면을 구성한다.
도 2에 나타낸 항공용 글레이징 유닛은 그것이 2개의 개질된 아크릴 시트(1) 및 (1')로 구성된다는 점, 및 글레이징 유닛의 외부 면을 구성하는 시트(1)가 여기에서는 0.5 mm, 바람직하게는 3 mm 이상, 25 mm, 바람직하게는 8 mm 이하의 두께를 가지며, 시트(1')가 도 1의 시트(1)와 동일하다는 점에서 도 1의 것과 다르다.
도 3은 3개의 구성요소(1, 3, 2), 공기 공간(10) 및 캐스팅된 PMMA 시트(2')를 포함하는 라미네이팅된 글레이징 유닛으로 구성되는 항공용 이중 글레이징 유닛을 나타낸다.
개질된 아크릴 시트(1)는 도 1의 시트(1)와 동일하다. 2개의 캐스팅된 PMMA 시트(2, 2')는 0.8 mm, 바람직하게는 1.5 mm 이상, 80 mm, 바람직하게는 12 mm 이하의 두께를 가진다.
개질된 아크릴 시트(1)와 캐스팅된 PMMA 시트(2)는 0.1 mm, 바람직하게는 0.38 mm 이상, 20 mm, 바람직하게는 2.5 mm, 특히 1.25 mm 이하의 두께를 가지는 층간 접착제(3)에 의해 접착 결합된다.
제1 변형에 따라, 층간 접착제(3)는 헌츠만(Huntsman) 사에 의해 크리스탈플렉스(Crystalflex)® PE 399 또는 499라는 등록 상표하에 시판되고 있는 열가소성 폴리우레탄(TPU)으로 구성되며, 개질된 아크릴 시트(1) 및 캐스팅된 PMMA 시트(2)는 라미네이트로서의 조립 전에 다우 코닝(DOW CORNING)® Z-6011 실란(SILANE) 및 다우 코닝 Z-6020® 실란이라는 각 명칭하에 시판되고 있는 메틸 메타크릴레이트, 그리고 1-프로판아민,3-(트리에톡시실릴) 및 1,2-에탄디아민, N-[3-(트리메톡시실릴)-프로필] 유기실란을 기재로 하는 조성물에 의해 프라이밍된다.
제2 변형에 따라, 층간 접착제(3)는 이스트만 솔루티아(Eastman Solutia) 사에 의해 PVB DB 31 또는 PVB DS 31이라는 명칭하에 시판되고 있는 아크릴과 반응하지 않는 가소제를 갖는 폴리비닐 부티랄로 구성되며, 개질된 아크릴 시트(1) 및 캐스팅된 PMMA 시트(2)는 라미네이트로서의 조립 전에 메틸 메타크릴레이트를 기재로 하는 조성물에 의한 프라이밍된다.
개질된 아크릴레이트 시트(1)는 공중 운반체 외부상의 글레이징 유닛 면을 구성한다.
도 4에 나타낸 것은 0.1 mm, 바람직하게는 0.55 mm 이상, 20 mm, 바람직하게는 8 mm 이하의 두께를 가지는 2개의 화학적으로 강인화된 유리 시트(4, 4')가 열가소성 폴리우레탄으로 이루어진 도 3의 것과 동일한 층간 접착제 층(3, 3')에 의해 도 1의 것과 동일한 개질된 아크릴 시트(1)의 양 측상에 접착 결합된 대칭형의 라미네이팅된 항공용 글레이징 유닛이다.
도 5의 항공용 글레이징 유닛은 개질된 아크릴 시트(1)가 돌출된다는 점에서만 도 4의 것과 다르다. 이와 같은 시트의 돌출 부분은 볼트고정에 의해 글레이징 유닛을 정합시키거나, 아니면 특히 이와 같은 돌출 부분의 핀칭에 의해 글레이징 유닛을 정합시킬 목적으로 천공될 수 있다.
도 6의 항공용 글레이징 유닛은 비대칭으로써, 개질된 아크릴 시트(1)의 일 측상의 유리 시트 및 그와 관련된 층간 접착제 층의 생략에서 도 5의 것과 다르다. 상기 측은 글레이징 유닛의 외부 및 내부 면 모두를 구성할 수 있다.
각각 유리 시트(4, 4')의 라미네이트 내부 면상에서의 기능성인 얇은 층(20)의 추가에서만 각각 도 7의 항공용 글레이징 유닛은 도 6의 것과 다르며, 도 8의 것은 도 5의 것과 다르다. 상기 기능성 층(20)은 예를 들면 방빙 및/또는 김서림제거 기능을 가지는 예컨대 주석-도핑된 산화 인듐 ITO(산화 인듐 주석)으로 이루어진 가열 층, 또는 (태양광 방사선을 반사하는) 태양광 보호 층과 같은 열 조절 층이다.
도 9는 하나만이 아닌 유리 시트(4, 4') 모두가 그의 내부 면상에 기능성 층(20, 21)을 보유한다는 점에서만 도 8과 다르다.
도 10은 프라이밍 처리된 후 상기한 방식으로 층간 접착제 층(3, 3')에 의해 서로 접착 결합된 수개의 개질된 아크릴 시트(1, 1', 1")를 가지는 라미네이팅된 항공용 글레이징 유닛을 나타낸다. 여기에서 나타낸 모든 글레이징 유닛에서, 각 개질된 아크릴 시트(1, 1', 1")는, 각 유리 시트(4, 4')가 PVB 등의 층간 접착제 층에 의해 서로 결합된 수개 유리 시트의 라미네이트로 대체될 수 있는 것과 마찬가지로, 도 10의 것과 유사한 라미네이트로 대체될 수 있다.
도 11에서, 라미네이팅된 항공용 글레이징 유닛은 2개의 개질된 아크릴 시트(1, 1')가 상기한 제1 변형에 따라 프라이밍된 후 열가소성 폴리우레탄(TPU)(폴리카보네이트를 공격할 수 있을지 모를 가소제는 포함하지 않음)의 층간 접착제 층(3, 3')에 의해 1 mm, 바람직하게는 2.5 mm 이상, 12 mm 이하의 두께를 가지는 폴리카보네이트 시트(5)의 양 측에 접착 결합된, 2개의 개질된 아크릴 시트(1, 1')로 구성된다.
본 발명은 개질된 아크릴 시트(1') 및 TPU 층(3')을 그로부터 제거하고, 그렇게 개방된 폴리카보네이트 시트(5)의 표면을 특히 폴리실록산 유형인 경질의 비-긁힘 코팅 또는 니스로 코팅하는 것에 의해 도 11의 것으로부터 수득되는 구조를 포함하는 라미네이트로도 확장된다. 비-긁힘 코팅을 사용하여 일 면상에서 코팅되는 폴리카보네이트 시트의 예로는, 사빅 이노베이티브 플라스틱스(Sabic Innovative Plastics) 사에 의해 렉산(Lexan)® 마르가르드(Margard)® HLGA3이라는 등록 상표하에 시판되고 있는 시트를 언급할 수 있다. 경질 비-긁힘 코팅으로 코팅되는 폴리카보네이트 면은 바람직하게는 공중 운반체 승객 칸의 내부 대기에 노출되는 것을 목적으로 하는 라미네이팅된 글레이징 유닛의 외부 면을 구성한다.
도 12에 나타낸 항공용 글레이징 유닛은 개질된 아크릴 시트(1, 1')가 폴리카보네이트 시트(5)보다 돌출된다는 점에서 도 11의 것과 다르다. 후자는 취약해서, 천공될 수가 없다. 폴리카보네이트 시트(5) 주변부의 빈 공간은 예를 들면 기계적 및 화학적 모두에 있어서 폴리카보네이트 시트의 가장자리를 보호하는 데에 적합한 복합재인 열경화성 폴리에스테르-메틸 메타크릴레이트, 에폭시-유리 섬유 등으로 형성된 보상 블록(30, 31)에 의해 막힌다.
해당 정합 환경에 글레이징 유닛을 고정하기 위해서는, 2개의 개질된 아크릴 시트(1, 1')의 돌출 부분 및 또한 보상 블록(30, 31)이 천공되며, 볼트, 너트 등과 같은 적합한 스크류 고정 수단이 사용된다. 나타내지는 않았으나, 개질된 아크릴 시트(1, 1')가 파괴되는 것을 방지하기 위하여, 보상 블록(30, 31)에 천공되는 구멍으로는 하중-보유 부싱(bushing)이 삽입된다.
본 발명에 따른 항공용 글레이징 유닛은 항공 적용분야용으로, 또는 심지어는 모든 수송 운반체(지상-기반, 수중 또는 공중)용으로, 또는 심지어는 안전성, 강절도-방지 또는 침입-방지 요건을 가지는 건축물용으로 완전하게 적합하다. 특히, 그것은 핀칭-정합되고, 볼트고정되고/거나 김서림제거 및/또는 방빙성인 모든 크기의 비행기 또는 헬리콥터용으로 뛰어난 글레이징 유닛을 형성한다.

Claims (9)

  1. 적어도 하나의 개질된 아크릴 시트를 포함하는 항공용 글레이징 유닛에 있어서, 이 시트는 라미네이팅되고/거나 또는 다중인 글레이징 유닛으로서, 적어도 하나의 다른 개질된 아크릴 시트, 및/또는 적어도 하나의 캐스팅된 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 시트, 및/또는 적어도 하나의 또 다른 투명 중합체 예컨대 폴리카보네이트(PC) 시트, 및/또는 특히 화학적으로 강화된 적어도 하나의 유리 시트와 조합되는 것을 특징으로 하는 항공용 글레이징 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 개질된 아크릴인 균열 전파를 제한하는 마이크로충전재 또는 나노충전재를 사용하여 나노구조화되어 있고/거나 그것이 보충되어 있는 블록을 그의 중합체 사슬에 포함하는 개선된 기계적 특성을 가지는 아크릴 중합체인 것을 특징으로 하는 항공용 글레이징 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 캐스팅된 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA)가 마이크로크레이징에 의한 응력 완화를 견디도록 물리적으로 개질되는 것을 특징으로 하는 항공용 글레이징 유닛.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 개질된 아크릴 시트가 아크릴과 반응하는 어떠한 가소제도 없는 폴리비닐 부티랄(PVB), 또는 열가소성 폴리우레탄(TPU)에 의해 또 다른 개질된 아크릴 시트 또는 캐스팅된 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 시트, 아니면 유리 시트에 접착 결합되는 것을 특징으로 하는 항공용 글레이징 유닛.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 개질된 아크릴 시트가 열가소성 폴리우레탄(TPU)에 의해 폴리카보네이트(PC) 시트에 접착 결합되는 것을 특징으로 하는 항공용 글레이징 유닛.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 또 다른 시트에 접착 결합되기 전에, 개질된 아크릴 또는 캐스팅된 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 시트의 표면이 프라이밍 처리되는 것을 특징으로 하는 항공용 글레이징 유닛.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 개질된 아크릴 시트가 또 다른 재료로 형성되는 글레이징 유닛 시트에 대해 돌출되는 것을 특징으로 하는 항공용 글레이징 유닛.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 굴곡형인 것을 특징으로 하는 항공용 글레이징 유닛.
  9. 공중 운반체, 특히 헬리콥터 또는 비행기를 위한 글레이징 유닛으로서, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 항공용 글레이징 유닛의 용도.
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