KR20230004742A - 중간 복합 부재, 제조 방법, 및 복합재 부품 - Google Patents

중간 복합 부재, 제조 방법, 및 복합재 부품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중간 복합 부재(200)로서, - 열경화성 폴리머 매트릭스 내에 압밀된 강화 섬유의 어셈블리를 포함하는 적어도 하나의 성형된 부분(300), - 2개의 연속적인 강화 섬유 층들 사이에 삽입된 적어도 하나의 폴리머 다공성 층을 포함하는, 강화 섬유 층의 적어도 하나의 건조 스택(400)으로서, 성형된 부분(300)은 스택의 표면에 부착되고, 여기에 결합된, 적어도 하나의 건조 스택(400)을 포함하며, 열경화성 폴리머는 성형된 부분(300)이 부착된 건조 스택(400)의 표면으로부터 건조 스택(400)의 두께의 부분 내로 침투하여, 건조 스택(400)과 성형된 부분(300) 간에 결합을 제공하는 것을 특징으로 하는, 중간 복합 부재(200)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이의 제조 공정, 이러한 부재를 사용하여 복합재 부품을 제조하는 공정, 및 얻어진 복합재 부품에 관한 것이다.

Description

중간 복합 부재, 제조 방법, 및 복합재 부품
[0001] 본 발명은 복합재 부품의 제조에 적합한 강화 재료의 기술 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 주사되거나 주입된 수지와 조합된 복합재 부품의 제조에 적합한 강화 재료의 기술 분야에 관한 것이다.
[0002] 하나 이상의 섬유 강화재뿐만 아니라 매트릭스(이는 통상적으로, 주로 열경화성 타입이고 하나 이상의 열가소성 물질을 포함할 수 있음)를 포함하는 복합재 부품은 금속 부품에 대한 대체물로서 특히 항공, 자동차 및 에너지 분야에서 그 사용이 점점 증가하고 있는데, 왜냐하면, 이러한 것들이 경량, 기계적 특성 및 내식성을 결합하기 때문이다.
[0003] 복합재 부품 또는 물품의 제조는 소위 "간접" 공정 및 소위 "직접" 또는 "액체 복합 성형"(LCM) 공정의 2가지 타입의 공정에 의해 수행될 수 있다.
[0004] 간접 공정은 이후에 압축 성형 작업에 의해 원하는 복합재 부품을 제조하도록 형상화되는 폴리머 수지로 사전함침된 섬유질 물질을 사용한다. 섬유질 프리프레그 물질은 최종 복합재 부품에 대해 원하는 양의 수지를 포함한다. 압축 성형을 위한 주요 제조 공정은 다음과 같다:
- 프리프레그의 시트가 스택의 형태로 포지셔닝되는 "시트 성형 컴파운드"(SMC) 공정;
- 수지와 혼합된 절단된 섬유가 압축 성형 작업에서 조합되는 "벌크 성형 컴파운드"(BMC) 공정.
[0005] 종래 기술은 칩, 특히, 함침된 단방향성 섬유의 어셈블리로 구성된 직사각형-형상의 칩아 사용되며, 이는 몰드에 무작위로 직접 포지셔닝될 수 있거나, 칩이 무작위로 배열되어 시트 평면 내로 실질적으로 연장되는 시트 물질을 중간에 형성하기 위해 사용될 수 있다. 이에 의해 수득된 중간 시트 재료는 몰드의 크기로 절단되고, 몰드에 적층된 다음, 압축 성형된다. 이러한 타입의 물질은 성형 작업 동안 흐르고 사용된 몰드의 모든 부분을 채울 수 있다. Hexcel Corporation(Stamford USA)은 HexMC®라는 명칭으로 시판되는 이러한 타입의 시트 물질을 제공한다.
[0006] 이러한 압축 성형 공정은 복잡한 형상을 갖는 3차원 부품의 제조에 특히 적합하지만, 그럼에도 불구하고 이러한 것들은 큰 부품의 제조에는 한계가 있다.
[0007] 직접 공정은 하나 이상의 섬유 강화제가 "건조" 상태(즉, 최종 매트릭스 없이)로 사용되며, 매트릭스로서 사용될 수지는, 예를 들어, 연속적으로 형성하기 위해 적용된, 섬유 보강재의 단일 층 각각 상에, 섬유 보강재를 함유하는 몰드 내로의 주사(수지 전달 성형(RTM) 공정)에 의해, 섬유 보강재의 두께를 통한 주입(액체 수지 주입(LRI) 공정 또는 수지 필름 주입(RFI) 공정)에 의해, 또는 심지어 롤러 또는 브러시에 의한 수동 코팅/함침에 의해 별도로 제조된다.
[0008] RTM, LRI, 또는 RFI 공정의 경우, 일반적으로 원하는 완성된 물품의 형태로 섬유질 프리폼 또는 스택을 먼저 제조한 다음, 매트릭스를 형성하기 위해 이러한 프리폼 또는 스택을 수지로 함침시키는 것이 필요하다. 수지는 소정 온도에서 압력 차이에 의해 주사 또는 주입된 다음에, 필요한 양의 수지 전체가 프리폼에 함유된 후, 어셈블리는 중합/가교 사이클을 완료하고, 이에 의해 이를 경화시키기 위해 더 높은 온도로 처리된다.
[0009] 직접 공정에 적합한 물질의 예는 섬유 보강재를 포함하며, 여기서 강화 섬유, 특히 탄소의 단방향 시트는 단방향 시트의 양면에 결합된 2개의 열가소성 섬유 베일과 조합된다. 이러한 물질은 특히 출원 EP 1,125,728호, US 6,828,016호, WO 00/58083호, WO 2007/015706호, WO 2006/121961호, US 6,503,856호, US 2008/7435693호, WO 2010/046609호, WO 2010/061114호, EP 2,547,816호, US 2008/0289743호, US 2007/8361262호, US 2011/9371604호, 및 WO 2011/048340호에 기술되어 있다.
[0010] 일반적으로 "비-크림프 직물"(NCF)로 지칭되는 다축 보강재는 또한 직접 공정에 이상적으로 적합하다. 이러한 다축 보강재는 여러 배향으로 배열되고 함께 재봉된 강화 섬유(특히, 탄소, 유리, 또는 아라미드)의 여러 단방향 층의 스택으로 구성되며, 이는 출원 EP 2 547 816호 및 WO 2010/067003호에 특히 기재되어 있다.
[0011] 따라서, 직접 공정 및 간접 공정은 다양한 물질, 디바이스, 및 공정을 사용한다.
[0012] 특히 다소 복잡한 형상을 갖는 3차원 부품의 제조를 위한 다양한 공정 또는 디바이스가 종래 기술에 제안되어 있다.
[0013] 출원 WO 2016/207309호에는 성형 동안 성형될 성형 물질의 흐름을 압축 몰드의 공동 내로 유도하여 표면 리브를 갖는 복잡한 형상을 얻을 수 있도록 하는, 가이드(guide)를 포함하는 성형 물질의 적어도 하나의 블랭크를 사용하는 프리프레그 성형 공정이 제안되어 있다. 강화 섬유 물질은 HexMC® 또는 프리프레그 타입이다. 섬유질 물질의 층을 형성하기 위해 준-등방성 배열로 구성된, 열경화성 수지로 함침된 단방향 테이프의 칩으로 구성된 HexMC® 물질은 3차원 배열로 용이하게 열성형될 수 있다.
[0014] 출원 WO 2017/029121호에는 인서트(insert)의 치수를 증가 또는 감소시키기 위해 독립적으로 이동될 수 있는 벽을 갖는 내부 인서트를 포함하는, 압축 성형에 의해 복합재 부품을 제조하기 위한 몰드로 구성된 대안적인 해결책을 기술하고 있다.
[0015] 또한, 다양한 물질 또는 중간 부재가 특정 부품을 제조하기 위해 조합되는 것이 제시되어 있으며, 여기서, 이러한 부품은 다양한 형상 또는 복잡성의 부분, 또는 심지어 다양한 응력을 받는 부분을 갖는다.
[0016] 특히, 종래 기술에서, 2개의 성형 부품이 접착(gluing) 또는 리벳팅(riveting)에 의해 함께 결합되는 것이 제안되었으며, 이는 계면에서 취성을 야기할 수 있고 추가적인 어셈블리 단계를 필요로 한다. 특히, 리브 또는 돌출부를 형성하는 성형된 복합재 부품은 이러한 기술을 사용하여 다른 성형된 복합재 부품에 부착될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 단순 접착은 일반적으로 특히 항공 부품에 대해 불충분한 것으로 간주되고, 리벳팅과 같은 기계적 결합에 의해 보충되어야 하며(특히 2009년 8월 9일자 US Department of Transportation Federal Aviation Administration Advisory Circular 20-107 및 Article 14 CFR § 23.573(a) 참조), 이는 적합한 툴링의 사용 및 추가 결합 단계를 필요로 한다.
[0017] 그러나, 출원 WO 2014/168701호에는 다양한 물질로부터 다중-구성요소 구조를 제조하는 것이 제안되어 있다: HexMC®-타입 열경화성 수지로 사전함침된 단방향 테이프의 칩으로 구성된 복잡한 기하학적 구조를 갖는 성형 가능한 구성요소, 및 조합되고 이후에 열경화성 수지의 경화에 의해 단일 단계로 성형되는, 열경화성 수지로 사전함침된 단방향 섬유로 구성된 구조 구성요소. 고온 성형 동안 2개의 구성요소 사이의 계면에서의 미세균열은 구조적 구성요소 및 성형 가능한 구성요소의 열팽창 계수를 선택함으로써 최소화된다. 이러한 이유로, 다양한 방향으로 배향된 연속 섬유가 구조적 구성요소 내에 압밀되는 것이 제안되어 있다. 구성요소들 각각은 25 중량% 내지 45 중량%의 열경화성 수지를 포함한다.
[0018] 다른 문헌은 매우 특정한 부품의 제조에 적합한 공정을 제안한다: 문헌 US 2019/338881호에는 강화 섬유 및 실질적으로 완전히 경화된 수지 조성물로 구성된 제1 부분, 및 수지 조성물이 침투하는 제2 부분으로서, 건조 섬유, 특히, 펠트로 구성된 제2 부분을 포함하는 라이너를 갖는 파이프라인의 재건을 위한 튜브형 패스너가 기술되어 있다. 한편, 문헌 DE 102014009446호에는 섬유 층(11)이 삽입되는 열가소성 성형 부품을 포함하는 부착 부재가 기술되어 있다. 이러한 섬유 층은 2개의 부분을 갖는다: 성형 부품에 완전히 임베딩된 부분 및 성형 부품의 외부로 연장되는 열가소성 물질로 함침되지 않은 2개의 건조 부분(11.1). 이후, 이러한 부착점을 포함하는 복합재 부품은 건조 부분을 열경화성 수지로 함침시킴으로써 수득된다.
[0019] 이러한 맥락에서, 본 발명은 특정 현장에서 이용 가능한 직접 또는 간접 디바이스에 따라 적응을 위한 더 많은 옵션을 제공하고 다양한 형상 및 치수의 부분을 제조하는 데 더욱 적합한, 신규한 복합재 부재, 이의 제조를 위한 공정, 및 복합재 부품의 제조를 위한 공정의 구현이 제시되어 있다. 특히, 본 발명은 리브 또는 돌출부를 포함하는 부품과 같은 복잡한 형상을 갖는 복합재 부품의 제조에 이상적으로 적합하다. 본 발명에 따른 공정은 다양한 타입의 복합재 부품에 용이하게 적용될 수 있고, 기계적 응력에 대한 우수한 내성을 갖는 복합재 부품을 생성할 수 있다. 특히, 본 발명은 중간 복합 부재, 및 상기 중간 복합 부재를 포함하는 복합재 부품을 제조하는 데 필요한 다양한 부분을 사용하고 이후에 이들을 2개의 부분 사이의 접합부에서 만족스러운 연결로 어셈블링하는 공정을 제안한다.
[0020] 첫째로, 본 발명은 중간 복합 부재로서,
[0021] - 열경화성 폴리머 매트릭스에 임베딩된 강화 섬유의 어셈블리를 포함하는 적어도 하나의 성형된 부분;
- 특히 2개의 연속적인 강화 섬유 충 사이에 삽입딘 적어도 하나의 다공성 폴리머 층을 포함하는, 강화 섬유 층들의 적어도 하나의 건조 스택을 포함하며, 성형된 부분은 건조 스택의 표면에 부착되고, 여기에 결합되며, 열경화성 폴리머는 성형된 부분이 부착되는 건조 스택의 표면으로부터 건조 스택의 두께를 부분적으로 침투하고, 이에 의해, 건조 스택과 성형 부품 사이에 결합을 형성함을 특징으로 하는 중간 복합 부재에 관한 것이다.
[0022] 본 발명의 맥락에서, 성형된 부분의 폴리머 매트릭스를 형성하는 열경화성 폴리머는 또한 건조 스택의 두께를 침투한다. 이러한 침투는 성형된 부분과 건조 스택 사이에 강한 결합이 형성되게 한다. 따라서, 이러한 결합을 추가적인 기계적 결합으로 보충할 필요가 없다. 또한, 유리하게는, 본 발명의 맥락에서, 성형된 부분과 건조 스택 사이의 결합은 리벳, 스크류 등과 같은 기계적 체결 장치에 의해 제공되지 않는다. 또한, 이러한 중간 복합 부재는 특히 직접 공정에 의해 건조 스택으로 침투하는 주사되거나 주입된 수지와 함께 복잡한 복합재 부품의 제조에 이상적으로 적합하다. 실제로, 열경화성 폴리머는 스택의 두께로 부분적으로만 침투하기 때문에, 후속하여 복합재 부품의 제조 동안 폴리머 매트릭스를 첨가함으로써 이러한 건조 스택을 보충할 필요가 있다. 특히, 건조 스택은 4 내지 20개의 강화 섬유 층, 바람직하게는 8 내지 16개의 강화 섬유 층을 포함하며, 건조 스택의 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 4개의 강화 섬유 층은 성형 부품에서 침투한 임의의 열경화성 폴리머를 함유하지 않는다. 이러한 층은 성형 부품에 연결된 표면 반대편에 있는 스택의 외부 부분에 위치한다.
[0023] 유리하게는, 중간 복합 부재에서, 강화 섬유 층의 건조 스택은 적어도 5 mm의 평균 두께를 가지며, 열경화성 폴리머는 적어도 2 mm의 평균 침투 깊이로 스택의 표면으로부터 스택의 두께를 부분적으로 침투한다. 이러한 침투로, 건조 스택의 두께에 관계없이, 건조 스택과 성형된 부분 사이의 결합은 만족스럽고, 중간 복합 부재로부터 수득된 최종 복합재 부품의 계면에서 우수한 전단 저항 특성을 얻는 것을 가능하게 한다. 본 발명의 맥락에서, 스택의 평균 두께 및 평균 침투 깊이는 성형된 부분과 건조 스택 사이의 계면의 평면에 대해 수직으로 10회 측정하고, 이어서 이들 측정치의 산술 평균을 계산함으로써 측정될 수 있다. 이러한 측정은 실시예에 기재된 바와 같이 중간 복합 부재를 절단함으로써 이루어질 수 있다. 열경화성 폴리머의 침투를 특성화하는 또 다른 방법은 상기 기재된 바와 같이 열경화성 폴리머가 침투한 건조 스택의 강화 섬유의 층 수를 관찰하는 것이다.
[0024] 본 발명의 맥락에서, 건조 스택은 스택의 총 중량의 최대 10%, 바람직하게는 스택의 총 중량의 0.5% 내지 10%, 및 더욱 바람직하게는 스택의 총 중량의 2% 내지 6%를 나타내는 폴리머 부분을 포함하기 때문에 "건조된" 것으로 지칭되며, 상기 폴리머 부분은 스택의 응집력에 적어도 부분적으로 기여한다. 이러한 폴리머 부분은 건조 스택에 침투한 열경화성 폴리머의 양을 포함하지 않는다.
[0025] 이러한 폴리머 부분은 특히, 열가소성 폴리머, 열가소성 부분을 포함하는 폴리머, 또는 이러한 폴리머들의 혼합물일 수 있다.
[0026] 본 발명에 따른 중간 복합 부재는 단일 및 응집 특성을 갖는다. 따라서, 성형된 부분과 건조 스택은 서로 결합될 뿐만 아니라, 건조 스택이 또한 고정되는 부분을 형성하는데, 즉, 건조 스택의 강화 섬유의 층(또한 섬유층으로 지칭됨)이 서로 결합된다. 이러한 결합은 하기 기재되는 바와 같이 재봉 또는 편직과 같은 기계적 결합 또는 건조 스택에 함유된 폴리머 부분에 의해 달성될 수 있다.
[0027] 일 구현예에 따르면, 강화 섬유의 층은 직물이다.
[0028] 바람직한 구현예에 따르면, 강화 섬유의 층은 바람직하게는 적어도 2개의 상이한 방향으로 배향된 강화 섬유의 단방향 시트이다.
[0029] 일 구현예에 따르면, 건조 스택은 하나 이상의 비-크림프 직물(NCF)로부터 형성되며, 각각의 NCF는 재봉 또는 편직에 의해 결합된 적어도 2개의 상이한 방향으로 배향된 강화 섬유의 복수의 단방향 시트의 어셈블리이다. 이러한 경우에, 건조 스택은 하나 이상의 NCF로부터 형성될 수 있으며, 각각의 NCF는 적어도 2개의 상이한 방향으로 배향된 강화 섬유의 여러 단방향 시트의 어셈블리이며, 하나 이상의 다공성 폴리머 층(들)은 표면 상에 또는 단방향 층들 사이에 존재할 수 있으며, 상기 어셈블리는 재봉 또는 편직에 의해 결합된다.
[0030] 섬유 층이 직물 또는, 바람직하게는 강화 섬유의 단방향 시트인 경우, 이들이 NCF의 형태인 것과 상관없이, 적어도 하나의 다공성 폴리머 층은 강화 섬유의 2개의 연속적인 직물 또는 2개의 연속적인 단방향 시트 사이에 삽입된다. 이는 이후 얻어지는 복합재 부품의 기계적 특성을 최적화하는 것을 가능하게 한다.
[0031] 특히, 건조 스택 내에 존재하는 다공성 폴리머 층(들)은, 본 발명을 구현하는 방법이 무엇이든, 다공질 필름, 그리드, 분말 코팅, 직물 또는, 바람직하게는 부직포 또는 베일이다.
[0032] 이러한 다공성 폴리머 층(들)의 사용으로, 건조 스택은 적어도 부분적으로 2개의 섬유 층 사이에 존재하는 다공성 폴리머 층(들)의 핫 택 특성의 결과로서 응집 특성을 가질 수 있다.
[0033] 일반적으로, 건조 스택 및/또는 성형 부분의 강화 섬유는 유리, 탄소, 아라미드, 또는 세라믹 섬유이며, 탄소 섬유가 특히 바람직하다.
[0034] 복잡한 성형 부품의 제조에 특히 적합한 바람직한 구현예에 따르면, 성형 부분은 바람직하게는 칩이 무작위로 배열된 중간 매트를 형성하는 열경화성 수지로 함침된 단방향 섬유의 칩을 성형함으로써 수득된다. 특히, 이러한 칩은 직사각형 또는 실질적으로 직사각형이고, 바람직하게는 1 cm 내지 10 cm의 길이, 2 mm 내지 2 cm의 폭 및 0.02 mm 내지 0.50 mm의 두께를 갖는다.
[0035] 본 발명의 맥락에서, "복잡한 부품" 및 이에 따라, 특히 "복잡한 성형 부품"은 특히 적어도 하나의 비-현상 가능한 표면, 조절된 표면에 상응하는 현상 가능한 표면, 즉, 이의 접평면을 갖는 부품이 모선(generatrix)을 따라 동일함을 의미한다. 예는 일정하지 않은 두께 또는 T-형상 부분을 갖는 부분, 또는 T-형상인 부분을 포함한다. 이러한 성형 부품은 특히 통상적인 압축 성형 기술에 의해 수득될 수 있다.
[0036] 특히, 본 발명에 따른 중간 복합 부재에서, 성형된 부분의 열경화성 폴리머는 에폭시이다.
[0037] 일반적으로, 열경화성 폴리머는 성형 부품의 적어도 25 중량%, 바람직하게는 성형 부품의 25 중량% 내지 55 중량%를 구성한다.
[0038] 유리하게는, 본 발명에 따른 중간 복합 부재에서, 건조 스택은 4 내지 20개의 강화 섬유 층, 바람직하게는 8 내지 16개의 강화 섬유 층을 포함한다.
[0039] 본 발명의 특정 구현예에 따르면, 성형된 부분은 스택의 형상과 비교하여 복잡한 형상을 갖는다. 특히, 성형된 부분은 힌지, 부착 지점, 리브, 리브드 빔, 지지체, 브라킷, 채널, 브라킷, 클레비스, 보강재, 해치 프레임, 도어 프레임, 레버 아암, 베이스, 피팅, 조인트, 소켓, 또는 피벗의 형상을 갖는다.
[0040] 본 발명의 또 다른 특징은 중간 복합 부재의 제조 공정으로서, 중간 복합 부재는
- 열경화성 폴리머 매트릭스에 임베딩된 강화 섬유의 어셈블리를 포함하는 적어도 하나의 성형된 부분,
- 강화 섬유 층의 적어도 하나의 건조 스택, 특히, 2개의 연속적인 강화 섬유 층 사이에 삽입된 적어도 하나의 다공성 폴리머 층을 포함하는 적어도 하나의 건조 스택으로서, 성형된 부분은 스택의 표면에 부착되고 이에 결합되는 건조 스택을 포함하며, 상기 제조 공정은
a- 특히, 2개의 연속적인 강화 섬유 층 사이에 배치된 적어도 하나의 다공성 폴리머 층을 포함하는, 특히 2개의 연속적인 강화 섬유 층 사이에 삽입된 적어도 하나의 다공성 폴리머 층을 포함하는, 강화 섬유 플라이(ply)의 초기 건조 스택의 표면 영역 상에, 열경화성 폴리머로 사전함침된 강화 섬유의 적어도 하나의 어셈블리를 부착시키는 단계;
b- 몰드에서, 강화 섬유 플라이의 초기 건조 스택 상에 증착된, 열경화성 폴리머로 사전함침된 강화 섬유의 어셈블리의 고온 압축 성형 작업을 수행하여, 열경화성 폴리머의 가교 및 스택의 두께 내로의 이의 부분적 침투를 야기시키는 단계;
c- 냉각시켜, 열경화성 폴리머에 임베딩된 강화 섬유의 어셈블리를 포함하는 성형된 부분을 생성하고, 성형된 부분이 고정된 스택의 표면으로부터 건조 스택의 두께 내로 열경화성 폴리머의 부분적 침투과 함께 매트릭스를 형성하며, 이에 따라, 상기 성형된 부분은 열경화성 폴리머의 이러한 침투의 결과로서, 강화 섬유 층의 건조 스택에 결합되어 수득되는 단계의
연속 단계를 포함한다.
[0041] 이러한 공정은 복잡한 형상의 부재의 제조에 특히 적합한 가열에 의해 수반되는 압축 성형 공정에 의해, 본 발명에 따른 중간 복합 부재, 및 복잡한 형상의 중간 복합 부재를 제조하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 제조 공정의 특성은 본 발명에 따른 중간 복합 부재를 수득하도록 선택되고, 따라서 본 발명의 특성에 적합화된다.
[0042] 이러한 제조 공정에서, 단계 a에서 부착된 열경화성 폴리머로 사전함침된 강화 섬유의 어셈블리가 원하는 성형 부품의 프리폼의 형태가 될 수 있다.
[0043] 일 구현예에 따르면, 단계 a에서 사용되는 초기 건조 스택을 형성하는 강화 섬유의 플라이는 적어도 한 면에서 다공성 폴리머 층과 조합된 강화 섬유 직물이며, 상기 플라이에 존재하는 다공성 폴리머 층(들)은 상기 플라이의 총 중량의 최대 10%, 바람직하게는 상기 플라이의 총 중량의 0.5% 내지 10%, 및 더욱 바람직하게는 상기 플라이의 총 중량의 2% 내지 6%를 나타내며, 적어도 하나의 다공성 폴리머 층은 2개의 연속적인 직물 사이에 삽입된다.
[0044] 바람직한 구현예에 따르면, 단계 a에서 사용되는 초기 건조 스택을 형성하는 강화 섬유의 플라이는 다공성 폴리머 층을 갖는 이들의 적어도 하나의 면과 조합된 강화 섬유의 단방향 시트이며, 상기 플라이의 총 중량의 최대 10%, 바람직하게는 상기 플라이의 총 중량의 0.5% 내지 10%, 및 더욱 바람직하게는 상기 플라이의 총 중량의 2% 내지 6%를 나타내며, 적어도 하나의 다공성 폴리머 층은 강화 섬유의 2개의 연속적인 단방향 층 사이에 삽입된다.
[0045] 이러한 경우에, 특히 바람직하게는, 단계 a에서 사용되는 초기 건조 스택을 형성하는 강화 섬유의 플라이는 이의 양면에 다공성 폴리머 층과 조합된, 강화 섬유의 단방향 시트로 구성될 수 있으며, 강화 섬유의 단방향 시트의 양면 상에 존재하는 다공성 폴리머 층들은 동일하다.
[0046] 상기 플라이에 존재하는 다공성 폴리머 층(들)은 핫 택 특성을 가질 수 있고, 단방향 시트 또는 직물과 상기 적어도 하나의 다공성 폴리머 층을 조합하여 다공성 폴리머 층의 핫 택 특성의 결과로서 이전에 수득된 플라이를 형성할 수 있다. 이러한 플라이는 종래 기술에서 건식 보강의 수단으로 통상적으로 사용된다.
[0047] 또한, 단계 a에서 사용되는 강화 섬유 플라이의 초기 건조 스택은 존재하는 다공성 폴리머 층(들)의 핫 택 특성의 결과로서 응집 특성을 가질 수 있다. 이러한 응집은 제조 공정 동안 이의 취급 및 구현을 용이하게 한다. 이러한 경우, 특히 이러한 건조 스택이 단순히 평판이 아닌 경우, 단계 a에서 사용되는 강화 섬유 플라이의 초기 건조 스택이 예비형성되는 것이 또한 가능하다.
[0048] 또 다른 변형예는 단계 a에서 사용된 강화 섬유 플라이의 초기 건조 스택이, 존재하는 다공성 폴리머 층(들)의 핫 택 특성의 결과로서, 단계 b의 마지막에 이의 응집력이 얻어지기 때문에, 응집성이 없다는 것이다.
[0049] 유리하게는, 단계 a에서 사용된 초기 건조 스택의 상기 플라이에 선택적으로 존재하는 다공성 폴리머 층(들)은 열가소성 폴리머 또는 열가소성 부분을 포함하는 폴리머를 포함하거나 이로 구성된다.
[0050] 특히, 단계 a에서 사용된 초기 건조 스택의 상기 플라이에 존재하는 다공성 폴리머 층(들)은 다공성 필름, 그리드, 분말 코팅, 직물, 또는 바람직하게는 부직포 또는 베일이다.
[0051] 또 다른 변형예에 따르면, 초기 건조 스택을 형성하는 강화 섬유의 플라이는 재봉 또는 편직에 의해 결합된, 적어도 2개의 상이한 방향으로 배향된 강화 섬유의 단방향 시트이다. 이러한 경우, 건조 스택은 복수의 NCF로부터 형성될 수 있으며, 각각의 NCF는 적어도 2개의 상이한 방향으로 배향된 복수의 단방향 시트의 어셈블리이며, 하나 이상의 다공성 폴리머 층(들)은 표면 상에 또는 단방향 시트들 사이에 존재할 수 있으며, 상기 어셈블리는 재봉 또는 편직에 의해 결합된다. 통상적으로, NCF의 분야에서, 재봉 또는 편직은 유리, 탄소, 현무암, 실리카 또는 폴리에스테르 얀 또는 열가소성 폴리머로 제조된 얀, 특히 5 dTex 내지 150 dTex, 및 바람직하게는 5 dTex 내지 30 dTex의 범위의 역가를 갖는 열가소성 폴리머로 제조된 얀으로 수행될 수 있다.
[0052] 본 발명에 따른 제조 방법에서, 건조 스택 및/또는 프리프레그 강화 섬유의 어셈블리의 강화 섬유 플라이는 일반적으로 유리, 탄소, 아라미드, 또는 세라믹 섬유이며, 탄소 섬유가 특히 바람직하다.
[0053] 일 구현예, 특히 복잡한 형상의 성형 부재의 제조에 이상적으로 적합한 일 구현예에 따르면, 성형된 부분을 형성하는 데 사용되는 어셈블리를 형성하는 열경화성 폴리머로 사전함침된 강화 섬유는 바람직하게는 칩이 무작위로 배열된 중간 매트를 형성하는, 열경화성 폴리머로 사전함침된 단방향 섬유의 칩이다. 유리하게는, 칩은 직사각형 또는 실질적으로 직사각형이고, 바람직하게는 1 cm 내지 10 cm의 길이, 2 mm 내지 2 cm의 폭, 및 0.02 mm 내지 0.50 mm의 두께를 갖는다.
[0054] 바람직하게는, 성형된 부분을 형성하는 데 사용되는 어셈블리의 열경화성 폴리머는 에폭시이다. 일반적으로, 성형된 부분을 형성하는 데 사용되는 어셈블리의 열경화성 폴리머는 상기 어셈블리의 적어도 25 중량%, 바람직하게는 상기 어셈블리의 25 중량% 내지 55 중량%를 나타낸다.
[0055] 본 발명의 맥락에서, 압축 성형의 단계 b는 최종 열경화성 상태에서 성형 부품과의 계면 영역에서 스택의 두께를 부분적으로 침투하는, 열경화성 폴리머의 확산을 초래한다. 대부분의 경우, 생성된 강화 섬유 층의 건조 스택은 적어도 5 mm의 평균 두께를 가지며, 열경화성 폴리머는 스택의 표면으로부터 적어도 2 mm의 평균 침투 깊이까지 스택의 두께를 부분적으로 침투한다. 성형 작업을 위한 조건, 특히, 압력, 온도 및 시간은 이러한 침투를 달성하기 위해 당업자에 의해 조정되어야 한다.
[0056] 일반적으로, 단계 a에서, 강화 섬유 플라이의 초기 건조 스택은 4개 내지 20개 플라이, 바람직하게는 8개 내지 16개 플라이를 포함하며, 유리하게는, 단계 b 후에, 얻어진 건조 스택의 강화 섬유의 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 4개 층은 성형 부품으로부터 침투된 임의의 열경화성 폴리머를 함유하지 않는다.
[0057] 특정 구현예에 따르면, 단계 a에서 사용되는 건조 스택은 적어도, 열경화성 폴리머로 사전함침된 강화 섬유의 어셈블리가 부착되는 표면의 영역에서 절개부(cut-out) 또는 천공(perforation)을 갖는다. 이러한 절개부 또는 천공은 건조 스택에 대한 사전함침된 강화 섬유의 어셈블리의 접착, 및 궁극적으로 수득된 최종 중간 복합 부재를 형성하는 두 부분 사이의 결합에 유리하다.
[0058] 제조 공정의 대안적인 구현예와 무관하게 적용 가능한 특정 구현예에서, 단계 b에서 적절한 형상의 몰드가 사용되어 스택의 형상과 비교하여 복잡한 형상을 갖는 성형된 부분을 수득한다.
[0059] 특히, 본 발명의 맥락에서, 수득된 중간 복합 부재는 힌지, 부착점, 리브, 리브드 빔, 지지체, 브라킷, 채널, 패스너, 클레비스, 스티프너, 해치 프레임, 도어 프레임, 레버 아암, 베이스, 피팅, 조인트, 소켓, 또는 피벗을 형성하기 위해 사용된다.
[0060] 본 발명은 또한 열경화성 수지, 열가소성 수지, 또는 이러한 수지의 혼합물과 함께, 복합재 부품의 제조를 위한, 본 발명에 따른 중간 복합 부재 또는 본 발명의 맥락에 기재된 제조 공정에 의해 수득된 중간 복합 부재의 용도에 관한 것이다. 이러한 공정은 직접 공정으로 지칭된다. 수지 또는 수지들의 혼합물은 중간 복합 부재의 건조 스택에 주사되거나 주입되며, 상기 주입 또는 주사 후에 냉각되며, 열경화성 수지 및 열경화성 수지들의 혼합물의 사용이 바람직하다. 열경화성 수지 또는 열경화성 수지를 함유하는 혼합물이 사용되는 경우, 주입 또는 주사는 열경화성 수지의 가교를 야기하는 조건 하에 수행된다.
[0061] 따라서, 본 발명은 또한 본 발명의 맥락에서 기술된 중간 복합 부재를 사용하여 복합재 부품을 제조하기 위한 소위 직접 공정에 관한 것이다.
[0062] 이러한 공정에서, 중간 복합 부재는 유리하게는 다른 건조 보강재와 함께 사용된다. 제1 바람직한 변형예에 따르면, 본 발명은 하기 단계들을 포함하는 복합재 부품의 제조 공정에 관한 것이다:
[0063] A1- 본 발명에 따른 중간 복합 부재 또는 본 발명에 따른 제조 공정에 의해 제조된 중간 복합 부재를 제공하는 단계,
A2- 중간 복합 부재의 건조 스택이 추가적인 건조 스택에 인접하도록, 추가적인 건조 스택으로 지칭되는 강화 섬유 플라이의 건조 스택의 표면의 적어도 일부에 상기 중간 복합 부재를 부착하는 단계,
A3- 열경화성 수지, 열가소성 수지, 또는 이러한 수지들의 혼합물을, 중간 복합 부재의 건조 스택 및 추가적인 건조 스택 둘 모두에, 열경화성 수지가 사용되는 경우에 이의 가교를 야기시키는 조건 하에서 주입 또는 주사하는 단계로서, 상기 주입 또는 주사 이후에 냉각시켜 원하는 최종 복합 부품을 수득하는 단계.
[0064] 본 발명의 맥락에서, 중간 복합 부재와 추가적인 건조 스택 사이에는 매우 우수한 결합이 존재하는데, 이는 이러한 결합이 동일한 타입이고 중간 복합 부재의 건조 스택 및 추가적인 건조 스택 둘 모두에 주입/주사되는 수지에 의해 제공되기 때문이다. 중간 복합 부재 및 추가적인 건조 스택. 이러한 결합은 추가적인 건조 스택과 접촉하여 중간 복합 부재의 전체 표면에 제공된다. 이는, 중간 복합 부재의 건조 스택 내로 성형된 부분을 형성하는 폴리머의 침투에 의해 얻어진 결합 이외에, 이를 형성하는 다양한 부품의 계면에서 우수한 결합을 갖는 부품을 생성한다. 따라서, 이러한 결합을 추가적인 기계적 결합으로 보충할 필요는 없다. 또한, 유리하게는, 본 발명의 맥락 내에서, 최종 복합재 부품에서, 성형된 부분에 상응하는 부품의 부재와 중간 복합 부재의 건조 스택 사이의 결합뿐만 아니라 중간 복합 부재와 추가적인 건조 스택 사이의 결합은 리벳, 스크류 등과 같은 기계적 체결 부재에 의해 제공되지 않는다.
[0065] 추가적인 건조 스택을 형성하는 강화 섬유 플라이는 중간 복합 부재의 건조 스택을 형성하는 것과 구조적으로 동일할 수 있다. 이러한 선택은 추가적인 건조 스택과 중간 복합 부재 사이의 상용성을 선호하고 계면에서의 결합을 촉진할 수 있지만, 반드시 필요한 것은 아니다. 실제로, 수지의 주입/주사에 의해 결합된 다양한 타입의 건조 보강재의 사용은 일반적으로 두 가지 타입의 보강재의 계면에서 매우 우수한 응집/결합을 초래한다.
[0066] 또한, 본 발명에 따른 공정은 소위 간접 기술, 특히, 압축 성형에 의해 더 작은 크기 및 보다 복잡한 형상을 갖는 중간 복합 부재를 제조하고, 이러한 부품을 더 큰 크기를 갖는 추가적인 건조 스택에 부착시키고, 이후에 최종 복합 부품을 제조하기 위해 예를 들어, 진공 백 타입의 다른 디바이스를 필요로 하는 소위 직접 공정을 구현하는 것을 가능하게 하므로, 특히 유리하다.
[0067] 또한, 본 발명의 특정 구현예에 따르면, 중간 복합 부재는 추가적인 건조 스택의 형상과 비교하여 복잡한 형상을 갖는다. 특히, 중간 복합 부재는, 얻어진 최종 복합재 부품에서, 힌지, 부착점, 리브, 리브드 빔, 지지체, 브라킷, 채널, 타이, 클레비스, 스티프너, 해치 프레임, 도어 프레임, 레버 아암, 베이스, 피팅, 조인트, 소켓, 또는 피벗을 형성한다.
[0068] 유리하게는, 추가적인 건조 스택은 중간 복합 부재의 적어도 하나의 치수보다 큰 적어도 하나의 치수, 특히 중간 복합 부재의 적어도 하나의 치수의 적어도 2배, 바람직하게는 적어도 4배 크기를 갖는다. 특히, 추가적인 건조 스택은 중간 복합 부재가 부착되는 면적의 적어도 10배 크기의 면적을 갖는다.
[0069] 본 발명의 맥락에서, 단계 A2에서 사용되는 추가적인 건조 스택이 예비형성될 수 있다.
[0070] 또한, 유리하게는, 중간 복합 부재가 부착되는 추가적인 건조 스택의 표면은 특히 추가적인 건조 스택을 미리 예비형성함으로써 수득될 수 있는 리브 또는 돌출부와 같은 하나 이상의 표면 불규칙성을 갖는다. 이러한 경우, 성형 부품보다 큰 변형 용량을 갖는 추가적인 건조 스택과의 계면에서의 중간 복합 부재의 건조 스택의 존재는 중간 복합 부재 및 추가적인 건조 스택의 상대적 위치의 덜 제한적인 조정을 가능하게 한다. 성형된 부분과의 직접 어셈블리의 경우보다 덜 구속적인 설정 및 이에 따라 더 빠른 맞물림이 이용될 수 있다. 이에 의해, 이들 2개의 부재의 조합/어셈블리가 용이해진다.
[0071] 본 발명의 바람직한 변형예는 아니지만, 중간 복합 부재가 임의의 추가적인 강화 부재 없이, 직접 공정에서 사용되는 것이 또한 가능하다. 따라서, 본 발명은 또한 하기 단계들을 포함하는 복합재 부품의 제조 공정에 관한 것이다:
B1- 본 발명에 따른 중간 복합 부재 또는 본 발명의 맥락에 기재된 공정에 의해 수득된 중간 복합 부재를 제공하는 단계,
B2- 열경화성 수지, 열가소성 수지, 또는 이러한 수지들의 혼합물을, 열경화성 수지가 사용되고 이후에 냉각되어 원하는 최종 복합재 부품을 수득하는 경우 가교를 야기하는 조건 하에, 중간 복합 부재의 건조 스택에 주입 또는 주사하는 단계.
[0072] 본 발명에 따른 복합재 부품의 제조를 위한 공정에서, 중간 복합 부재 또는 이들의 제조를 위한 공정과 관련하여 기재된 것과 동일한 특성이 바람직하게는, 특히 성형 부품, 및/또는 건조 스택에 대해 구현되는 것으로 이해된다.
[0073] 열경화성 수지, 특히 에폭시 수지는 유리하게는 복합재 부품의 제조를 위한 공정의 단계 A3 또는 B2에서 각각 주사되거나 주입된다.
[0074] 당업자에게 잘 알려진 통상적인 기술을 사용하여, 단계 A3 또는 B2는 각각 바람직하게는 개방 몰드에서, 예를 들어, 진공 백 주입 기술을 이용하여 주입에 의해 수행될 수 있다.
[0075] 본 발명은 또한 본 발명의 맥락에 기재된 복합재 부품을 제조하기 위한 공정들 중 하나에 의해 수득될 수 있는 복합재 부품에 관한 것이다.
[0076] 이러한 부품은 특히 항공, 자동차, 우주, 방위, 산업, 또는 에너지 분야에서 사용되는 복합재 부품에 해당한다. 본 발명은 특히 복잡한 형상의 3차원 부품의 제조에 적합하다.
[0077] 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 하기 상세한 설명으로부터 더 잘 이해될 것이다. 본 명세서에 인용된 문헌은 참조를 위해 동봉된다.
[0078] [도 1] 도 1은 본 발명에 따른 중간 복합 부재의 개략 단면도이다.
[0079] [도 2] 도 2는 본 발명에 따른 복합재 부품의 개략 단면도이다.
[0080] [도 3] 도 3은 본 발명에 따른 중간 복합 부재의 제조에 관여된 단계들의 개략도이다.
[0081] [도 4] 도 4는 본 발명에 따른 복합재 부품의 제조를 위한 공정의 제1 변형예에 따른, 본 발명에 따른 중간 복합 부재로부터 복합재 부품의 제조에 수반되는 단계들의 개략도이다.
[0082] [도 5] 도 5는 본 발명에 따른 복합재 부품의 제조를 위한 공정의 제2 변형예에 따른, 본 발명에 따른 중간 복합 부재로부터 복합재 부품의 제조에 수반되는 단계의 개략도이다.
[0083] [도 6a] 도 6a는 복잡한 형상의 중간 복합 부재 및 일련의 리브로 형상화된 추가적인 건조 스택(부분적으로만 도시됨)을 사시도로 개략적으로 도시한다.
[0084] [도 6b] 도 6b는 최종 부품을 형성하기 위해 수지를 첨가하기 전에 중간 복합물 요소가 추가적인 건조 스택에 부착된 동일한 2개의 부재를 도시한다.
[0085] [도 6c] 도 6c는 성형된 부분과 건조 스택 사이의 계면 및 건조 스택의 두께로의, 성형 부품의 매트릭스를 또한 형성하는 열경화성 폴리머의 부분 침투를 나타내는 중간 복합 부재의 일부의 확대도이다.
[0086] [도 7] 도 7은 중간 복합 부재의 부분 단면도에 상응하는 사진을 도시하며, 이는 성형된 부분의 매트릭스를 형성하는 폴리머가 건조 스택으로 침투하는 것을 보여준다.
중간 복합 부재
[0087] 제1 특징에 따르면, 본 발명은 주사되거나 주입된 수지와 함께 복합재 부품의 제조에 사용되는 중간 복합 부재에 관한 것이다. 본 발명에 따른 중간 복합 부재(2)는 도 1에 개략적으로 도시되어 있다: 이는 적어도 하나의 성형된 부분, 및 예시된 실시예에서 단일의 성형된 부분(3), 및 적어도 하나의 건조 스택, 및 예시된 실시예에서 섬유층(5)의 단일의 건조 스택(4)을 포함하며, 성형된 부분(3) 및 건조 스택(4)은 서로 결합되어 있다. 성형된 부분(3)은 건조 섬유 스택(4)의 큰 측면들 중 하나 상에 포지셔닝되며, 성형된 부분(3)과 건조 스택(4) 사이의 접합 영역에 상응하는 계면(6)은 도 1에 도시된 실시예에서와 같이, 성형된 부분(3)이 배치된 건조 스택(4)의 측면의 전체 표면에 상응할 수 있지만, 또한, 이러한 표면의 단지 일부분에 해당할 수 있다.
[0088] 성형된 부분(3)은 강화 섬유가 분포되어 있는 하나 이상의 열경화성 폴리머(들)의 매트릭스로 구성된다. 본 발명의 맥락에서, 용어 "열경화성 폴리머"는 완전 열경화성 폴리머 또는 심지어 완전히 열경화되지 않은 열경화성 폴리머를 의미하는 데 사용된다. 특히, 열경화성 수지 비율은 100% 미만, 그러나 일반적으로 70% 초과인 것이 가능하다. 또한, 성형 부품에서, 열경화성 폴리머는 일부 열 가교성 작용기를 함유할 수 있지만, 폴리머는 열경화성 특성을 유지하는데, 즉, 가열될 경우에도 이의 원래 액체 또는 페이스트 형태로 되돌아갈 수 없다.
[0089] 열경화성 폴리머 매트릭스는 열경화성 폴리머 또는 열경화성 폴리머들의 혼합물을 중합/가교시킴으로써 수득된다. 이러한 성형된 부분은 열경화성 폴리머 또는 열경화성 폴리머들의 혼합물로 사전함침된 강화 섬유의 어셈블리를 압축 성형함으로써 수득된다. 강화 섬유는 통상적으로 유리, 탄소, 아라미드 또는 세라믹 섬유이며, 탄소 섬유가 특히 바람직하다. 강화 섬유는 당업자에게 잘 알려져 있고 성형된 복합재 부품의 제조에 사용되는 임의의 타입의 배열로 발견될 수 있다. 이들은 섬유의 직조, 부직, 단방향 시트, 또는 바람직하게는 단방향 섬유로 제조된 절단 섬유 또는 칩일 수 있다. 특히, 열경화성 폴리머로 함침된 단방향 섬유의 칩은 성형 부품을 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 칩을 사용하면 우수한 크리프(creep)를 허용하고 복잡한 성형 부품의 제조에 특히 적합하다. 특히, 성형된 부분은 바람직하게는 1 cm 내지 10 cm의 길이, 2 mm 내지 2 cm의 폭 및 0.02 mm 내지 0.50 mm의 두께를 갖는 직사각형 또는 실질적으로 직사각형인 칩으로부터 제조될 수 있다. 열경화성 폴리머로 함침된 단방향 섬유의 이러한 칩은 특히 단방향 섬유 로빙을 함침시킨 후 절단하거나 단방향 섬유로 함침된 시트를 절단함으로써 수득된다. 이러한 칩은 이후 무작위로 평평하게 놓여지고 시트로 프레싱되어 중간 매트를 형성할 수 있다. 함침된 단방향 섬유의 칩으로부터 제조된 이러한 중간 매트는, 예를 들어, Hexcel Corporation(Stamford USA)에 의해 시판되는 HexMC® 물질에 상응한다. 단방향성 섬유로 구성된 칩이 사용되는 경우, 성형 부품 내에서, 칩을 형성하는 단방향성 강화 섬유는 칩이 압축 성형 작업 전에 무작위로 배열된 경우 3차원으로 무작위로 배향되거나, 칩이 적층되고 압축 성형 작업으로 처리되는 중간 매트로서 배열된 경우에 주로 2차원으로만 무작위적으로 배향된다.
[0090] 열경화성 매트릭스는 열경화성 상태의 임의의 타입의 열경화성 폴리머, 즉, 에폭시, 페놀, 비스말레이미드, 또는 시아네이트 수지, 또는 이러한 수지들의 혼합물에 해당할 수 있으며, 에폭시 수지가 바람직하다. 성형된 부분은 최종 복합재 부품에 요망되는 양의 열경화성 폴리머를 함유한다. 특히, 열경화성 폴리머 매트릭스는 성형 부품의 적어도 25 중량%, 바람직하게는 성형 부품의 25 중량% 내지 55 중량%를 구성한다.
[0091] 한편, 건조 스택(4)은 강화 섬유 층(5)들의 어셈블리로 구성되며, 상기 층들은 서로의 상부에 포지셔닝된다. 건조 스택(4)은 응집성이며, 즉, 이를 구성하는 강화 섬유 층(5)은 함께 결합된다. 스택은 복합재 부품의 제조를 위해, 열가소성 또는 열경화성 수지, 또는 이러한 수지들의 혼합물, 및 특히 열경화성 수지와 조합되어야 하기 때문에, "건식"으로 기술된다. 그럼에도 불구하고, 건조 스택은 또한 폴리머 부분을 포함할 수 있지만, 이러한 폴리머 부분은 건조 스택의 총 중량의 최대 15%, 바람직하게는 최대 10%를 나타내고, 보다 바람직하게는 건조 스택의 총 중량의 0.5% 내지 10%, 및 바람직하게는 2% 내지 6%를 나타낸다. 이러한 폴리머 부분은 열경화성 폴리머, 특히 에폭시, 열가소성 폴리머, 열가소성 부분을 포함하는 폴리머 또는 이러한 폴리머들의 혼합물일 수 있다. 폴리머 부분은 특히 2개의 강화 섬유 층(5) 사이에 삽입된 하나 이상의 다공성 층의 형태이다. 이는 또한 건조 스택(4) 및/또는 재봉 또는 편직 얀의 표면에 포지셔닝된 하나 이상의 다공성 층을 포함할 수 있다. 유리하게는, 건조 스택(4)은 강화 섬유 층(5)의 응집을 보장할 수 있게 하고 건조 스택(4)에 단일 특성을 부여하는 폴리머 부분을 함유한다.
[0092] 건조 스택(4)의 섬유층(5)은 직접 공정에 의한 복합재 부품의 제조에 적합한 임의의 타입의 강화 섬유 층, 특히 직물, 부직포, 또는 단방향 시트일 수 있다. 바람직하게는, 건조 스택(4)을 형성하는 강화 섬유 층(5)은 모두 강화 섬유 직물이거나, 더욱 더 바람직하게는 모두 강화 섬유의 단방향 층이다.
[0093] 건조 스택(4) 내에서, 섬유층(5)은 다양할 수 있거나, 바람직하게는 모두 동일하다. 여기서 다시, 섬유층(5)의 강화 섬유는 통상적으로 유리, 탄소, 아라미드, 또는 세라믹 섬유이며, 탄소 섬유가 특히 바람직하다. 본 발명의 맥락에서, 건조 스택(4)은, 특히 상기 폴리머의 핫 택 특성의 결과로서 스택의 응집력을 보장하기 위해, 강화 섬유 층(5) 사이에 삽입되는 하나 이상의 다공성 폴리머 층을 포함한다. 또한 스택의 응집력은 스택의 다양한 섬유층 또는 이들의 적어도 일부를 함께 결합하는, 재봉 또는 편직 얀에 의해 보장되거나 부분적으로 보장될 수 있다.
[0094] "다공성 층"은 복합재 부품이 형성될 때 이를 함유하는 스택을 통해 주사되거나 주입되는 수지와 같은 액체의 통과를 허용하는 투과성 층을 의미한다. 특히, 출원 WO 2011/086266호에 기재된 공정에 따라 결정된 이러한 층의 개방도 인자는 1% 내지 70%의 범위, 바람직하게는 30% 내지 60%의 범위이다. 다공성 층의 예에는 다공질 필름, 얀을 인터레이스함으로써 제조된 그리드, 분말-코팅된 층, 직물, 및 부직포가 있다. 다공성 층은 폴리머 또는 폴리머들의 혼합물로 구성되기 때문에 폴리머성으로 지칭된다. 특히, 다공성 폴리머 층은 하나 이상의 열가소성 폴리머, 하나 이상의 열경화성 폴리머, 또는 열경화성 폴리머들 또는 열가소성 폴리머들의 혼합물로 제조될 수 있다. 건조 스택에서(따라서 존재하는 다공성 층(들)의 형성을 위해) 통상적으로 사용되는 열가소성 폴리머의 예로서, 폴리아미드(예를 들어, PA: PA6, PA12, PA11, PA6.6 , PA 6.10, PA 6.12), 코폴리아미드(CoPA), 폴리아미드 - 에테르 또는 에스테르 블록(PEBAX, PEBA), 폴리프탈아미드(PPA), 폴리에스테르(폴리에틸렌 테레프탈레이트(예를 들어, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(예를 들어, PBT), 코폴리에스테르(CoPE), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리아세탈(예를 들어, POM), 폴리올레핀(예를 들어, PP, HDPE, LDPE, LLDPE), 폴리에테르설폰(PES), 폴리설폰(예를 들어, PSU), 폴리페닐렌 설폰(예를 들어, PPSU), 폴리에테르에테르 케톤(PEEK), 폴리에테르 케톤 케톤(PEKK), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에테르이미드(PEI), 열가소성 폴리이미드, 액정 폴리머(LCP), 페녹시, 스티렌-부타디엔-메틸메타크릴레이트(SBM) 코폴리머, 메틸 메타크릴레이트-부틸 에타크릴레이트(MAM) 코폴리머와 같은 블록 코폴리머, 및 이들의 혼합물로부터 선택된 것이 포함된다. 또한, 출원 WO 2019/102136호에 기재된 바와 같이, 다공성 폴리머 층은 부분적으로 가교된 열가소성 폴리머로 구성되거나 이를 함유하는 것이 가능하다. 건조 스택의 폴리머 부분의 구성 폴리머(들)의 선택은 복합재 부품의 후속 제조 동안 주사되거나 주입되는 수지의 선택에 기초하여 당업자에 의해 변형될 수 있다. 유리하게는, 건조 스택의 폴리머 부분(및 이에 따라 그 안에 존재하는 다공성 폴리머 층(들))은 열가소성 폴리머 또는 열가소성 부분을 포함하는 폴리머 또는 이러한 폴리머들의 혼합물을 포함하거나 이로 구성된다.
[0095] 중간 복합 부재(2)를 형성하기 위해, 성형된 부분(3) 및 건조 스택(4)이 함께 결합된다. 성형된 부분(3)과 건조 스택(4) 사이의 계면(6)에서, 결합은 건조 스택(4)을 침투하는 열경화성 매트릭스에 의해 형성된다. 계면(6)에도 존재할 수 있는 건조 스택에 존재하는 폴리머 부분은 또한 이러한 결합의 형성에 기여할 수 있다.
[0096] 본 발명의 맥락에서, 성형된 부분(3)과 건조 스택(4) 사이의 결합은 성형된 부분이 부착되는 스택의 표면(6)으로부터 스택의 두께로의 열경화성 매트릭스의 부분적인 침투에 의해 강화되고, 이에 의해 스택과 성형 부품 사이의 결합을 강화시킨다. 이러한 침투는 하기에 설명되는 바와 같이 중간 복합 부재(2)의 제조 동안 일어난다.
[0097] 유리하게는, 중간 복합 부재에서, 건조 스택(4)은 적어도 2개의 강화 섬유 층(5)을 포함하며, 열경화성 폴리머는 건조 스택(4)의 적어도 2개의 강화 섬유 층(5)을 침투한다. 특히, 건조 스택(4)은 4 내지 20개의 강화 섬유 층(5), 바람직하게는 8 내지 16개의 강화 섬유 층(5)을 포함하며, 열경화성 폴리머는 건조 스택(4)의 적어도 2개의 강화 섬유 층(5), 바람직하게는 적어도 4개의 강화 섬유 층(5)을 침투한다.
중간 복합 부재의 제조 공정
[0098] 본 발명에 따른 중간 복합 부재의 제조를 위한 공정은 도 3에 예시되어 있고, 하기 연속 단계들을 포함한다:
[0099] a- 강화 섬유 플라이(50)의 초기 건조 스택(40)의 표면 영역(70) 상에 열경화성 폴리머로 사전함침된 강화 섬유의 적어도 하나의 어셈블리(60)를 부착하는 단계,
b- 몰드(80)에서, 강화 섬유 플라이의 건조 스택(40) 상에 침착된 열경화성 폴리머로 사전함침된 강화 섬유의 어셈블리(60)의 고온 압축 성형 작업을 수행하여, 열경화성 폴리머의 가교 및 스택의 두께로의 이의 부분 침투를 야기시키는 단계,
c- 냉각시켜, 열경화 후 열경화성 폴리머에 상응하는, 매트릭스에 임베딩된 강화 섬유의 어셈블리를 포함하는 성형된 부분(300)을 제조하는 단계로서, 상기 성형된 부분은 또한 침투된 열경화성 폴리머에 의해 이에 따라 수득된 강화 섬유 층의 스택(400)에 결합되는 단계.
[0100] 성형 작업은 당업자에게 잘 알려진 임의의 통상적인 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 다양한 부재는 도 3에 도시된 바와 같이, 열경화성 폴리머로 함침된 강화 섬유의 어셈블리(60) 및 강화 섬유 플라이(50)의 초기 건조 스택(40)을 포함하며, 이들 모두는 압축 성형 작업으로 처리된다.
[0101] 이를 위해, 개별 요소는 통상적으로 개방 몰드(20) 또는 개방 몰드의 일부에 포지셔닝된다. 강화 섬유 플라이(50)의 초기 건조 스택(40)은 개별 플라이를 침착시킴으로써 몰드에서 직접 형성되거나 초기 건조 스택(40)이 단일 작업으로 사전에 형성되고 몰드에 침착될 수 있다.
[0102] 유사하게, 열경화성 폴리머로 사전함침된 강화 섬유의 어셈블리(60)는 초기 건조 스택(40) 상에 선택된 프리프레그를 침착시킴으로써 몰드에서 직접 형성될 수 있거나, 열경화성 폴리머로 사전함침된 강화 섬유의 어셈블리(60)는 프리폼의 형태로 사전에 형성되고, 사전에 몰드(20)에 이미 존재하는, 초기 건조 스택(40) 상에 단일 작업으로 침착될 수 있다.
[0103] 예를 들어, 프리프레그 강화 섬유의 어셈블리(60)는 강화 섬유 프리프레그 물질의 시트 형태, 특히 프리프레그 직물 또는 프리프레그 단방향 시트, BMC(벌크 몰딩 컴파운드), 또는 SMC(시트 몰딩 컴파운드) 형태의 프리프레그 물질의 스택을 포함하는, 긴 섬유, 짧은 섬유, 또는 스테이플 섬유의 프리프레그 어셈블리에 해당할 수 있다. 특히, HexPly® 범위의 프리프레그 직물 및 프리프레그 단방향 시트는 Hexcel Corporation(Stamford USA)으로부터 입수 가능하다.
[0104] 유리하게는, 프리프레그 강화 섬유의 열경화성 폴리머 어셈블리(60)는 바람직하게는 1 cm 내지 10 cm의 길이, 2 mm 내지 2 cm의 폭, 및 0.02 mm 내지 0.50 mm의 두께를 갖는 직사각형 또는 실질적으로 직사각형 칩으로부터 제조될 수 있다. 열경화성 폴리머로 함침된 단방향 섬유의 이러한 칩은 특히 단방향 섬유 로빙을 함침시킨 후 절단하거나 단방향 섬유로 함침된 시트를 절단함으로써 수득된다. 이러한 칩은 이후 무작위로 평평하게 놓여지고 시트로 프레싱되어 중간 매트를 형성할 수 있다. 함침된 단방향 섬유의 칩으로부터 제조된 이러한 중간 매트는, 예를 들어, Hexcel Corporation(Stamford USA)에 의해 시판되는 HexMc® 물질에 상응한다. 단방향 섬유로 구성된 칩이 사용되는 경우, 성형 부품 내에서, 칩을 형성하는 단방향 강화 섬유는 칩이 압축 성형 작업 전에 무작위로 배열된 경우 3차원으로 무작위로 배향되거나, 칩이 적층되고 압축 성형 작업으로 처리되는 중간 매트로서 배열된 경우에 주로 단지 2차원으로 배향된다. 이러한 타입의 물질에 적합한 열압착 조건 및 소성 사이클은, 예를 들어, 추가 세부사항에 대해 참조될 수 있는 출원 WO 2016/207309호에 기재되어 있다.
[0105] "섬유-강화 플라이"는 하나 이상의 층으로 구성된 물질을 의미하며, 상기 물질은 단일 또는 응집 특성을 가지며, 즉, 다양한 층이 함께 결합된다. 섬유-강화 플라이(50) 내에, 적어도 하나의 강화 섬유 층이 존재한다. 이러한 강화 섬유 층은 강화 섬유로 제조된 직물, 단방향 시트, 또는 부직포의 형태일 수 있다. 바람직한 구현예에 따르면, 각각의 플라이는 강화 섬유의 단방향 시트를 포함하며, 이러한 다양한 강화 섬유의 단방향 시트는 당해 분야에서 통상적인 바와 같이 건조 스택(40)에서 상이한 방향으로 배향된다.
[0106] 강화 섬유 층이 직물인 플라이를 사용하는 것이 또한 가능하다.
[0107] 건조 스택(40)은 중간 복합 부재(2)에서 건조 스택(4)에 상응할 것이고, 따라서 후자의 전구체 스택으로 간주될 수 있다. 따라서, 섬유 강화 플라이(50)의 초기 건조 스택(40)은 2개의 강화 섬유 층 사이에 삽입된 적어도 하나의 다공성 폴리머 층을 포함한다.
[0108] 강화 섬유는 특히 유리, 탄소, 아라미드 또는 세라믹 섬유이며, 탄소 섬유가 특히 바람직하다. 섬유-강화 플라이(50)는 또한 초기 건조 스택(40)의 건조 특성을 유지하기 위해 소량으로 폴리머 부분을 함유할 수 있다. 특히, 섬유-강화 플라이가 폴리머 부분을 갖는 경우, 폴리머 부분은 섬유-강화 플라이의 총 중량의 최대 15%, 바람직하게는 최대 10%, 및 바람직하게는 섬유-강화 플라이의 총 중량의 0.5% 내지 10%, 및 더욱 바람직하게는 2% 내지 6%를 나타낸다. 이러한 경우에, 섬유질 강화 플라이는 특히, 서로 압밀된(회합된) 강화 섬유의 층 및 다공성 폴리머 층을 포함할 수 있다. 폴리머 부분이 섬유 보강재에 결합되는 경우, 이는 섬유-강화 플라이의 일부인 것으로 간주된다. 폴리머 부분이 섬유 강화 플라이에 결합되지 않은 경우, 이는 분명히 초기 건조 스택(40)의 일부이지만, 또한 섬유 강화 플라이 상에 침착되거나 2개의 섬유 강화 플라이 사이에 삽입된 것으로 간주된다. 따라서, 건조 스택(40)은 2개의 연속적인 플라이(50) 사이에 삽입된 적어도 하나의 다공성 폴리머 층 또는 하나의 플라이(50)에 소가는 적어도 하나의 다공성 폴리머 층을 포함하고, 건조 스택(40)에서 다른 플라이(50)와 접촉하게 포지셔닝된다. 그러나, 결국, 초기 건조 스택(40)은 섬유-강화 플라이의 총 중량의 최대 15%, 바람직하게는 최대 10%를 나타내고, 바람직하게는이의 총 중량의 0.5% 내지 10%, 및 더욱 바람직하게는 2% 내지 6%를 나타내는 폴리머 부분을 포함한다.
[0109] 제1 대안적인 구현예에 따르면, 초기 건조 스택(40)을 형성하는 강화 섬유 플라이(50)는 섬유 보강재, 특히, 이들의 측면 중 적어도 하나에 다공성 폴리머 층과 조합된 강화 섬유의 단방향성 시트이며, 상기 플라이에 존재하는 다공성 폴리머 층 또는 층들은 상기 플라이의 총 중량의 최대 10%, 바람직하게는, 상기 플라이의 총 중량의 0.5% 내지 10%, 및 더욱 바람직하게는 상기 플라이의 총 중량의 2% 내지 6%이며, 적어도 하나의 다공성 폴리머 층은 2개의 연속적인 섬유 보강재, 및 특히 강화 섬유의 2개의 연속적인 단방향 시트 사이에 삽입된다.
[0110] 또한, 초기 건조 스택(40)을 형성하는 강화 섬유 플라이(50)는 이들의 측면 중 적어도 하나가 다공성 폴리머 층과 조합된 강화 섬유 직물일 수 있으며, 상기 플라이에 존재하는 다공성 폴리머 층 또는 층들은 상기 플라이의 총 중량의 최대 10%, 바람직하게는 상기 플라이의 총 중량의 0.5% 내지 10%, 및 더욱 바람직하게는 상기 플라이의 총 중량의 2% 내지 6%를 나타내며, 적어도 하나의 다공성 폴리머 층은 2개의 연속적인 직물 사이에 삽입된다.
[0111] "이의 측면들 중 적어도 하나 상에서 다공성 층과 조합된 섬유 보강재"는 섬유 보강재가 이의 측면들 중 하나에 부착된 적어도 하나의 다공성 층에 결합되는 것을 의미한다. 이러한 결합은, 특히, 특히 다공성 폴리머 층의 핫 택 특성의 결과로서, 접착에 의해 이루어진다. 또한, 특히 여러 섬유 보강재 및 여러 다공성 폴리머 층을 포함하는 스택의 경우, 이러한 결합이 재봉 또는 편직 타입의 기계적 결합, 또는 임의의 다른 물리적 수단(예를 들어, 니들-본딩)에 의해 보충되거나 대체되는 것이 가능하다.
[0112] 특히, 다공성 폴리머 층은 부직포이다. 용어 "부직포" 및 동등한 용어 "베일"은 통상적으로 연속적인 또는 짧은 무작위로 배열된 섬유의 어셈블리를 의미한다. 이러한 부직포 또는 베일은, 당업자에게 널리 공지된, 건식 공정("드라이레이드(Drylaid)"), 습식 공정("웨트레이드(Wetlaid)")에 의해, 용융("스펀레이드(Spunlaid)")에 의해, 예를 들어, 압출("스펀본드(Spunbond)")에 의해, 압출 블로우-몰딩("멜트블로운")에 의해, 용융 분무("섬유화된 스프레이 어플리케이터")에 의해, 또는 용매 방사("전기방사", "플래시방사", "포스피닝")에 의해 제조될 수 있다. 특히, 부직포를 형성하는 섬유는 0.5 ㎛ 내지 70 ㎛ 범위, 및 바람직하게는 0.5 ㎛ 내지 20 ㎛ 범위의 평균 직경을 갖는다. 부직포는 단섬유 또는 바람직하게는 연속 섬유로부터 형성될 수 있다. 단섬유 부직포의 경우, 섬유는, 예를 들어, 1 mm 내지 100 mm의 길이를 가질 수 있다. 부직포는 무작위 및 바람직하게는 등방성 커버리지를 제공한다.
[0113] 유리하게는, 초기 건조 스택(40)에 존재하는 부직포(들)는 0.2 g/㎡ 내지 20 g/㎡ 범위의 단위 면적당 중량을 갖는다. 본 발명에 따른 강화된 물질에서 부직포의 두께는 섬유 보강재와의 조합물의 특성에 따라 달라질 수 있다. 바람직하게는, 초기 건조 스택(40)에 존재하는 부직포 또는 부직포들 각각은 섬유 보강재와 조합한 후 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛, 바람직하게는 3 ㎛ 내지 35 ㎛의 두께를 가지며, 이는 조합이 열 및 압력의 적용에 의해 달성될 때, 부직포의 핫 택 특성을 이용한다. 조합이 재봉, 편직, 또는 니들-본딩과 같은 기계적 수단에 의해 달성되는 경우, 부직포의 두께는 50 ㎛ 초과, 특히 50 ㎛ 내지 200 ㎛의 범위일 수 있다. 이러한 부직포의 특성은 출원 WO 2010/046609호에 기재된 방법에 의해 결정될 수 있다.
[0114] 분말 또는 폴리머 베일을 갖는 건조 직물은 HexForce® 범위의 Hexcel로부터 입수 가능하며, 심지어 G0926 분말 직물 및 48302 베일드 직물이 존재한다.
[0115] 바람직하게는, 강화 섬유(50)의 플라이로서의 이의 능력에서, 섬유 보강재에 상응하는 강화 섬유의 단방향 시트로 구성된 것들이 본 발명의 맥락에서 제공된 바와 같은 다공성 층과 이의 측면 중 적어도 하나에서 조합되어 사용된다. 대칭적인 물질을 갖기 위해, 섬유 보강재, 및 특히 강화 섬유의 단방향 시트는 본 발명의 맥락에서 제공되는 바와 같은 다공성 층과 이의 양쪽 면에서 조합되며, 강화 섬유의 단방향 시트의 양면에 존재하는 다공성 층은 바람직하게는 동일하다. 본 발명의 맥락에서, 다공성 층은 열 접착 특성을 가지며, 섬유 보강재와 다공성 층의 조합은 유리하게는 다공성 층의 핫 택 특성의 결과로서 달성되어, 단일 플라이를 형성한다. 이러한 핫 택 특성은 바람직하게는 열가소성 폴리머인 다공성 층을 구성하는 폴리머, 또는 열가소성 부분을 포함하는 폴리머 또는 이러한 폴리머들의 혼합물로부터 발생한다. 단일 강화 섬유 플라이(50)가 사전에 적층되고 몰드에 포지셔닝되기 전에 프리폼의 형태로 조합되는 경우, 이러한 접착 특성은 또한 이에 따라 수득된 건조 스택에 응집 특성을 부여한다.
[0116] 이러한 강화 섬유 플라이(50)는 WO 2010/046609호, WO 2010/061114호, US 2008/7435693호, US 2010/003881호, EP 1125728호, WO 2007/015706호, WO 2006/121961호 및 US 6503856호에 기술되어 있으며, 이러한 문헌은 추가 세부사항을 위해 언급될 수 있다. 이들 문헌에서와 같이, 단방향 시트를 구성하는 구성요소 강화재 얀은 꼬이지 않을 수 있다. 또한, 단방향 시트의 형성을 위해 꼬인 강화재 얀, 유리하게는 3 내지 15 턴(turn)/m, 바람직하게는 6 내지 12 턴/m의 트위스트로 개별적으로 꼬인 얀을 사용하는 것이 가능하다.
[0117] 제2 대안적인 구현예에서, 초기 건조 스택(40)을 형성하는 강화 섬유 플라이(50)는 상이한 방향으로 배향되고 재봉 또는 편직에 의해 결합된 강화 섬유의 여러 단방향 층을 포함한다. 특히, 강화 섬유 플라이(50)는 상이한 방향으로 배향된, 바람직하게는 강화 섬유의 2개의 단방향 시트 사이에 또는 심지어 스택의 표면 상에 삽입된, 전술된 바와 같은, 적어도 하나의 다공성 폴리머 층을 갖는 단방향 강화 섬유 층의 스택으로 구성된다. 이러한 제2 변형예의 제1 구현예에 따르면, 이러한 섬유-강화 플라이는 시퀀스 (CM/R)n에 상응하는 스택으로부터 제조될 수 있으며, 여기서, CM은 본 발명의 맥락 내에 제공된 바와 같은 다공성 폴리머 층을 지칭하며, R은 본 발명의 맥락에서 기재된 바와 같은 섬유 보강재를 지칭하며, n은 정수, 특히 1, 2 또는 3을 지칭하며, 바람직하게는 모든 CM 층은 동일하거나 심지어 동일한 중량을 갖는다.
[0118] 이러한 제2 대안적인 구현예의 제2 구현예에서, 이러한 섬유-강화 플라이는 (CM/R)n/CM 시퀀스에 상응하는 스택으로부터 제조될 수 있으며, 여기서, CM은 본 발명의 맥락에서 제공된 바와 같이 다공성 폴리머 층을 지칭하며, R은 본 발명의 맥락에 기재된 바와 같은 섬유 보강재를 지칭하며, n은 정수, 특히 1, 2 또는 3을 지칭하며, 바람직하게는 모든 다공성 CM 층은 동일하거나 심지어 동일한 중량을 갖거나, 외부 다공성 층은 각각의 내부 다공성 폴리머 층 각각의 중량의 절반과 동일한 중량을 갖는다.
[0119] 특히, 이러한 스택에서, 섬유 보강재(R)는 바람직하게는 동일한 중량을 갖는 강화 섬유, 특히 탄소 섬유의 단방향 시트이다. 이러한 물질은 NCF(비-크림프 직물)로 기술된다. 통상적으로, NCF 분야에서, 강화 섬유의 단방향 층을 서로 및 존재하는 다공성 층(들)과 조합하는 것은 재봉 또는 편직에 의해 달성된다. 물론, 재봉 또는 편직에 의해, 바람직하게는 열가소성 폴리머, 또는 열가소성 부분을 포함하는 폴리머, 또는 이러한 폴리머들의 혼합물로 제조된, 다공성 폴리머 층의 핫 택 특성의 결과로서 달성되는 접착력에 의해, 또는 임의의 다른 물리적 결합 타입의 수단(예를 들어, 니들-결합)에 의해 이러한 조합을 대체하거나 심지어 보충하는 것이 제공될 수 있다.
[0120] 특히, NCF의 경우, 본 발명에 따른 섬유-강화 플라이는 각도 0°, 30°, 45°, 60°, 90°, 120°, 135°로부터 선택된 다양한 배향으로 연장되는 단방향 시트로 구성된다. 모든 시트 또는 이들 중 일부만이 상이한 배향을 가질 수 있다. 예로서, 본 발명에 따른 섬유-강화 플라이는 하기 스택으로 제조될 수 있다: 0°/90°, 90°/0°, 45°/135°, 135/45°, 90°/0°/90°, 0°/90°/0°, 135°/45°/135°, 45°/135°/45°, 0°/45°/90°, 90°/45°/0°, 45°/0°/90°, 90°/0°/45°, 0°/135°/90°, 90°/135°/0°, 135°/0°/90°, 90°/0°/135°, 45°/0°/135°, 135°/0°/45°, 45°/135°/0°, 0°/135°/45°, 45°/135°/90°, 90°/135°/45°, 135°/45°/0°, 0°/45°/135°, 135°/45°/90°, 90°/45°/135°, 60°/0°/120°, 120°/0°/60°, 30°/0°/150°, 150°/0°/30°, 135°/0°/45°/90°, 90°/45°/0°/135°, 45°/135°/0°/90°, 90°/0°/135°/45°, 0°/45°/135°/90°, 90°/135°/45°/90°, 90°/135°/0°/45°, 45°/0°/135°/90°, 0°는 본 발명에 따른 강화 물질을 제조하기 위한 기계의 진행 방향에 상응한다. 재봉 또는 편직에 의해 구현되는 조합의 경우, 재봉 또는 편직 얀의 일반적인 방향은 또한 일반적으로 0°에 상응한다. 이러한 다축의 제조는 잘 알려져 있고, 예를 들어 책["Textile Structural Composites, Composite Materials Series Volume 3" by Tsu Wei Chou & Franck K. Ko, ISBN 0-444-42992-1, Elsevier Science Publishers B.V., 1989, Chapter 5, paragraph 3.3] 또는 다축 섬유 시트의 제조를 위한 공정 및 장치를 기술하는 특허 FR2761380호에 기술된 통상적인 기술을 사용한다. 특히, 단방향 시트는 다축이 형성되기 전에 형성되거나, 인라인으로 적용될 수 있다. 개별 단방향 시트 사이의 재봉 또는 편직 결합은 서로 평행한 선으로 연장되는 재봉 또는 편직 스티치에 의해 이루어질 수 있다. 특히, 재봉 또는 편직 스티치는 동일한 라인 내에서 1 mm 내지 20 mm, 바람직하게는 2 mm 내지 12 mm의 동일한 피치로 이격된다. 유사하게, 2개의 연속적인 재봉 또는 편직 라인은, 예를 들어, 서로로부터 2 mm 내지 50 mm, 바람직하게는 5 mm 내지 15 mm만큼 이격된다. 바람직하게는, 서로 평행한 일련의 라인의 모든 연속적인 재봉 라인은 균등하게 이격되어야 한다. 본 발명의 맥락에서 특히 적합한 재봉 얀을 구성하는 물질의 예 중에는, 유리, 탄소, 현무암, 실리카, 특히 폴리에스테르(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 액정 폴리머(LCP), 폴리케톤, 폴리아미드, 및 이들의 혼합물로부터 선택된 폴리머로 제조된 열가소성 얀이 존재한다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리락트산 및 이들의 코폴리머는 사용될 수 있는 폴리에스테르의 예이다. 얀은, 예를 들어, EN ISO 2060에 따라 결정한 경우, 예를 들어, 5 dTex 내지 150 dTex, 특히 30 dTex 미만의 역가를 갖는다. NCF 타입 물질에 사용될 수 있는 특정 구성물에 대한 추가 세부사항은 특히 문헌 EP 2 547 816호 또는 WO 2010/067003호에서 확인될 수 있다.
[0121] NCF의 예는 문헌 US 8,361,262호, US 9,371,604호, WO 2011/113751호 및 EP 2 491 175호에 기재되어 있으며, 이는 추가 세부사항에 대해 참조될 수 있다. 여기서도, 구성 강화재 얀은 꼬이지 않을 수 있다. 또한, 단방향 시트의 형성을 위해 꼬인 강화재 얀, 유리하게는 3 내지 15 턴/m, 바람직하게는 6 내지 12 턴/m의 트위스트로 개별적으로 꼬인 얀을 사용할 수 있다.
[0122] 개별 성분이 몰드에 포지셔닝되면, 이후 당업자에게 잘 알려진 임의의 적합한 기술을 사용하여 고온 압축 성형 작업 b가 수행된다. 이러한 작업의 목적은, 먼저, 냉각 후, 성형된 부분(300)을 형성하고 압밀하는 것이다. 성형된 부분(300)에 대해 수득된 형상은 최종 성형 부품(100)에서 이의 최종 형상인 요망되는 형상에 상응한다. 따라서, 몰드(80)의 형상은 그에 따라 조정된다. 압축 성형은 압력 및 열을 가함으로써 수행된다. 통상적으로, 온도, 압력, 열 사이클 및 경화 시간은 프리프레그 강화 섬유의 어셈블리(60)에 존재하는 열경화성 폴리머의 양 및 특성의 함수로서 당업자에 의해 선택된다. 예로서, 공정 및 사용될 수 있는 열경화성 폴리머에 대한 모든 필요한 세부사항에 대해서는 출원 WO 2016/207309호를 참조할 수 있다. 특히, 프리프레그 강화 섬유의 어셈블리에 존재하는 열경화성 폴리머는 에폭시, 페놀, 비스말레이미드, 또는 시아네이트 수지, 또는 이러한 수지들의 혼합물이며, 에폭시 수지가 바람직하다. 열경화성 수지는 가교/경화를 달성하기에 적합한 경화제를 함유한다. 특히, 열경화성 폴리머는 프리프레그 강화 섬유의 어셈블리의 적어도 25 중량%, 바람직하게는 강화 섬유의 프리프레그 어셈블리의 25 중량% 내지 55 중량%를 구성한다.
[0123] 통상적으로, 압축 성형은, 예를 들어, 15초 내지 2 시간의 기간을 포함하여, 100℃ 내지 400℃ 범위의 온도, 0.2 MPa 내지 2000 MPa 범위의 압력에서 수행된다. 이러한 파라미터의 선택은 특히 열경화성 폴리머의 특성 및 이의 양에 따라 당업자에 의해 변형될 수 있으며, 양은 몰드 크기의 함수이다.
[0124] 초기 건조 스택(40)이 열가소성 부분을 포함할 때, 압축 성형의 단계 b는 또한 열가소성 부분에 영향을 미친다. 특히, 이는 존재하는 다공성 폴리머 층(들)의 용융 또는 심지어 가교를 야기할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 변형은 복합재 부품의 제조에 필요한 주사 또는 주입에 의한 수지의 후속 확산을 결코 방해하지 않을 것이며, 이는 이에 의해 수득된 건조 스택(400)에서 폴리머 부분으로 표시되는 소량을 제공한다.
[0125] 압축 성형의 단계 b는 또한 냉각 후, 건조 스택(400)과 성형된 부분(300) 사이의 결합이 결과적으로 얻어지고, 성형 동안과 같이, 중간 복합 부재(200)를 형성하는 것을 가능하게 하며, 열경화성 폴리머는 또한, 건조 스택(400)과의 계면(600)에서 확산되고, 냉각 후 경화되어 계면에서 두 부분을 고정시킨다. 실제로, 압력 및 가열의 적용 후, 압축 성형 작업 동안, 폴리머는 건조 스택(400)의 두께를 부분적으로 침투한다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 프리프레그 강화 섬유의 어셈블리(60)가 단방향 섬유의 칩을 포함하는 단섬유를 포함하는 경우, 강화 섬유 및 프리프레그 강화 섬유의 어셈블리(60)의 폴리머의 크리프가 발생할 수 있으며, 이에 따라, 수득된 성형된 부분과 건조 스택 사이의 접촉 면적(600)이 프리프레그 강화 섬유의 어셈블리(60)가 침착된 건조 스택(40)의 표면에 상응하는 초기 접촉 면적(70)보다 클 수 있다. 이러한 크리프는 또한 프리프레그 강화 섬유의 어셈블리(60)가 몰드(80)의 내벽에 완벽하게 일치하도록 하여 복잡한 형상을 갖는 성형된 부분(300)을 수득하게 한다.
[0126] 냉각 단계 c는 일반적으로 몰드 외부에서 수행된다. 그러나, 냉각은 또한 일반적으로 몰드에 가해진 압력을 유지함으로써 몰드에서 수행될 수 있다.
[0127] 본 발명의 이점 중 하나는 압축 성형의 단계 b가 또한 계면(600)으로부터 프리프레그 강화 섬유의 어셈블리(60)에 존재하는 열경화성 폴리머의 일부를 초기 건조 스택(40)으로 확산시킨다는 것이다. 따라서, 압축 성형의 단계 b의 마지막에, 수지가 이의 열경화성 상태일 때, 열경화성 수지는 성형된 부분(300)과의 계면(600)에서 건조 스택(400)의 두께를 부분적으로 침투시켜, 건조 스택(400)과 수득된 성형된 부분(300) 사이의 결합을 강화시킨다. 특히, 이러한 확산은 계면(600)으로부터 적어도 2 mm의 두께에 걸쳐 일어난다. 일반적으로, 초기 건조 스택(40)은 4 내지 20개의 강화 섬유 플라이, 바람직하게는 8 내지 16개의 강화 섬유 플라이(50)를 포함하며, 열경화성 폴리머는 성형 작업의 마지막에 수득된 중간 복합 부재(200)에 존재하는, 건조 스택의 적어도 2개의 강화 섬유 플라이(50), 특히 건조 스택(400)의 적어도 4개의 강화 섬유 플라이(강화 섬유 층을 포함함)를 침투한다. 이는 본 발명에 따른 중간 강화 물질의 단면도인 도 7에 도시된 ZEISS Axio Imager M2m 광학 현미경으로 촬영한 사진으로부터 명백하다. 경계선 a는 성형된 부분(위)과 건조 스택(아래) 사이의 계면에 상응한다. 열경화성 폴리머로 미리 함침된 건조 스택의 면적이 강조될 수 있도록 함유 수지가 건조 스택에 첨가된다. 몰드에 배치된 샘플의 사진을 찍은 다음, 이를 적소에 고정시키기 위해 포함 수지로 덮었다. Struers Tegramin-25에 의해 실행되는 자동화된 연마 순서는 현미경 관찰을 위한 평평하고 흠이 없는 표면을 제공한다. 경계선 b는 열경화성 폴리머로 함침된 건조 스택의 포접 수지 c/영역 계면에 상응한다. 선 b는 또한 성형 부품에 존재하는 열경화성 폴리머가 침투한 건조 스택의 두께에 상응하는 이들 두 선 사이의 거리인 선 아래에 있음을 알 수 있다. 그럼에도 불구하고, 강화 섬유 플라이는 성형된 부분으로부터의 폴리머가 침투되지 않은 건조 스택에 남아 있다. 특히, 중간 복합 부재(200)에 존재하는 건조 스택(400)에서, 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 4개의 강화 섬유 플라이는 성형 부품(300)으로부터 침투된 열경화성 폴리머를 함유하지 않는다.
[0128] 프리프레그 강화 섬유의 어셈블리(60)의 건조 스택에 대한 접착 및, 궁극적으로 수득된 최종 중간 복합 부재(200)를 구성하는 두 부분 사이의 결합을 촉진하기 위해 이러한 공정에 특정 변형이 이루어질 수 있다. 특히, 열경화성 폴리머로 사전함침된 강화 섬유의 어셈블리(60)가 부착되는 표면(70)의 영역에서, 절개부 또는 천공이 이루어질 수 있다. 예로서, 이러한 절개부 또는 천공은 2 mm 내지 150 mm의 최대 치수를 가질 수 있다.
[0129] 단계 b의 마지막에, 중간 복합 부재는 성형되지 않고 직접 공정에 의해 복합재 부품을 제조하기에 적합한 또 다른 장치로 이송될 수 있다.
복합재 부품을 제조하는 공정 및 복합재 부품
[0130] 도 4에 예시된 제1 변형예에 따르면, 본 발명은 하기 단계들을 포함하는 복합재 부품(100)의 제조를 위한 공정에 관한 것이다:
[0131] A1- 본 발명에 따른 중간 복합 부재(200) 또는 본 발명에 기재된 중간 복합 부재의 제조 공정에 따라 수득된 중간 복합 부재를 제공하는 단계,
A2- 중간 복합물 요소(200)의 건조 스택(400)이 추가적인 건조 스택(700)과 접하도록 추가적인 건조 스택(700)으로 알려진 강화 섬유 플라이의 건조 스택의 표면의 적어도 일부에 상기 중간 복합 부재(200)를 부착하는 단계,
A3- 열경화성 수지, 열가소성 수지, 또는 이러한 수지들의 혼합물을 중간 복합 부재(200)의 건조 스택(400) 및 추가적인 건조 스택(700) 둘 모두에 주입하거나 주사하는 단계로서, 상기 주입 또는 주사 후 냉각되어 요망되는 최종 복합재 부품(100)을 수득하는 단계. 수지가 열경화성 수지이거나 열경화성 수지를 포함하는 경우, 주입 또는 주사는 통상적으로 적합한 경화 사이클에 의해 달성되는 열경화성 수지의 가교를 야기하는 조건 하에 수행된다.
[0132] 본 발명의 맥락에서, 추가적인 건조 스택(700) 상에 포지셔닝된 건조 스택(400)의 일부는 열경화성 폴리머를 함유하지 않고, 따라서 이것이 부착되는 추가적인 건조 스택의 표면에 부합하는 특정 가요성을 갖는다. 단계 A3에서, 이후, 수지는 추가적인 건조 스택(700)으로 확산되는 것에 추가하여 이러한 확산에 이용 가능한 건조 스택(400)의 일부로 확산된다. 온도 공정 사이클은 단계 A3에서 구현되며, 이는 냉각 후 어셈블리 및 최종 부품(100)의 압밀을 초래한다.
[0133] 다시, 추가적인 건조 스택(700)은 복합재 부품의 제조를 위해, 가능하게는 특히 열경화성 수지와 혼합되는, 열가소성 또는 열경화성 수지와 조합되어야 하기 때문에 "건조"로 기술된다. 따라서, 추가적인 건조 스택(700)은 폴리머 부분을 포함할 수 있지만, 이러한 폴리머 부분은 추가적인 건조 스택(700)의 총 중량의 최대 15%, 바람직하게는 최대 10%를 나타내고, 추가적인 건조 스택(700)의 총 중량의 바람직하게는 0.5% 내지 10%, 및 더욱 바람직하게는 2% 내지 6%를 나타낸다. 폴리머 부분은 특히, 2개의 강화 섬유 플라이 사이에 삽입되고/거나 추가적인 건조 스택(700)의 표면 상에 위치된 섬유-강화 플라이에 임베딩된 하나 이상의 층의 형태, 또는 재봉 또는 재봉 얀의 형태일 수 있다. 특히, 건조 스택(700)은 2개의 연속적인 섬유 보강 플라이 사이에 삽입된 적어도 하나의 다공성 폴리머 층, 또는 건조 스택(700)에서 다른 섬유 강화재 플라이의 반대편에 포지셔닝된 적어도 하나의 폴리머 다공성 층을 포함하는 섬유 강화 플라이를 포함한다.
[0134] 중간 복합 부재(200)와 추가적인 건조 스택(700) 사이의 계면(900)은 건조 스택(400)의 중간을 통해 제조된다. 건조 스택의 이러한 부분은 성형된 부분으로부터 추가적인 건조 스택(700)에 부착된 건조 스택의 두께로 침투한 임의의 열경화성 폴리머를 포함하지 않는다. 따라서, 계면(900)에는 단계 A3 동안 주사/주입된 수지가 침투하여 경화될 수 있는 2개의 건조 물질 사이의 계면이 있다.
[0135] 초기 건조 스택(40)에 대해 상기 기재된 임의의 섬유-강화 플라이가 추가적인 건조 스택(700)에 적합하다. 추가적인 건조 스택(700)을 구성하는 강화 섬유 플라이(800)는 중간 복합 부재(200)를 형성하는 데 사용되는 초기 건조 스택(40)을 구성하는 것들과 구조적으로 동일하거나 구조적으로 상이할 수 있다. 예를 들어, 추가적인 건조 스택(700)에서 NCF 타입의 플라이를 이용하는 것이 가능한 반면, 중간 복합 부재(200)의 건조 스택(400)은 폴리머 중간층에 의해서만 결합된 직물 또는 단방향 시트로 구성된다.
[0136] 이러한 제1 변형예는 직접 및 간접 공정 둘 모두와 조합된 이점을 조합하기 때문에 특히 유리하다. 복잡한 성형 부분은 간접 공정에 의해 제조된 다음 더 간단하지만 더 큰 부품과 조합될 수 있으며, 이는 이후 직접 공정에 의해 압밀된다. 중간 복합 부재(200)의 건조 스택(400)과 성형된 부분(300) 사이의 중간 결합은 2개의 부분 사이에 특히 강한 결합을 제공한다. 특히, 리브 또는 돌출부를 형성하는 데 사용되는 하나 이상의 중간 복합 부재는 최종 복합재 부품의 주요 부분을 형성하기 위해 추가적인 건조 스택의 표면에 부착될 수 있다.
[0137] 강화 섬유 플라이의 추가적인 건조 스택(700)은 플라이를 개별적으로 침착시킴으로써 직접 공정에 적합한 장비에서 직접 형성될 수 있거나, 스택이 미리 형성되어 디바이스에서 단일 작업으로 침착될 수 있으며, 여기에 이후 수지(10)가 주사되거나 주입된다. 제2 경우에, 추가적인 건조 스택(700)은 최종 복합재 부품(100)의 요망되는 형상으로 조정된 프리폼의 형태일 수 있다.
[0138] 플라이 배치 및 프리폼 제조를 위한 공정은 당업자에게 잘 알려져 있다.
[0139] 도 6a 내지 도 6b는 이러한 경우를 예시한다. 도 6a는 추가적인 건조 스택(702), 또는 보다 정확하게는 중간 복합 부재(202)가 부착될 표면을 갖는 이러한 추가적인 건조 스택의 일부를 도시한다. 추가적인 건조 스택(702)이 예비형성되고, 일련의 리브(710)를 갖는다. 중간 복합 부재(202)와 관련하여, 이는 복잡한 형상을 가지며, 이는 시트(210) 및 그립핑 평면(220)을 포함한다. 시트(210)는 또한 리브(710)가 삽입될 수 있는 일련의 레일(230)을 갖는다. 도 6b에 도시된 바와 같이 각각에 부착된 2개의 부재의 어셈블리에 수지를 주입/주사한 후에 수득되는 최종 복합재 부품은 특히 항공기 랜딩 기어의 구성에 사용될 수 있다.
[0140] 도 6c는 시트(210)에서 성형된 부분(310) 및 건조 스택(410)을 보여주는, 도 6a의 중간 복합 부재(202)의 일부의 확대도를 도시한다. 성형된 부분(310)으로부터 연장되는 건조 스택(410)의 영역(420)에는 성형 동안 확산되고 건조 스택(410)을 부분적으로 함침시키기 위해 성형된 부분 밖으로 퍼진 열경화성 폴리머의 침투가 있다. 스택(410)의 나머지는 건조하고 열경화성 폴리머가 없으며, 특히 리브(710)의 영역에서 형상화된 추가적인 건조 스택(702)의 표면과 일치하기 위해 더 큰 가요성을 갖는다.
[0141] 통상적으로, 복합재 부품의 제조를 위한 직접 공정에서, 열경화성 수지, 열가소성 수지, 또는 열경화성 수지와 열가소성 수지의 혼합물이 건조 스택에 주사되거나 주입된다.
[0142] 본 발명의 맥락에서, 열가소성 부분이 추가적인 건조 스택(700)에 존재하는 다공성 폴리머 층에 존재하는 경우, 수지의 주입 또는 주사 전에, 존재하는 적어도 하나의 다공성 폴리머 층의 핫 택 특성의 결과로서 침착 또는 형상화가 구현될 수 있다. 유리하게는, 이러한 경우에, 공정은 상기 스택을 형성하는 데 사용되는 강화 섬유 플라이를 침착 또는 형상화하는 단계와 함께 추가적인 건조 스택(700)을 구성하는 이전 단계를 포함하며, 여기서 다공성 폴리머 층은 본 발명의 맥락에서 정의된 다공성 층(들)의 적어도 부분적 용융을 야기시키는 온도까지, 및 특히, 80℃ 내지 130℃ 범위, 바람직하게는 80℃ 내지 120℃ 범위의 온도까지 가열된다.
[0143] 수지의 주입 또는 주사를 위해 또는 평평한 프리폼 또는 심지어 원하는 3차원 형상의 프리폼의 제조를 위해 후속하여 사용되는 장치에서 직접적으로 스택을 형성하기 위해 사용될 수 있는 침착 공정은 당업자에게 잘 알려져 있다.
[0144] 도 5에 예시된 제2 대안적인 구현예에 따르면, 비록 바람직하지는 않지만, 본 발명은 하기 단계들을 포함하는 복합재(101) 부품의 제조 공정에 관한 것이다:
B1- 본 발명에 따르거나 본 발명의 맥락에 기술된 공정에 따라 수득된 중간 복합재 부품(201)을 제공하는 단계,
B2- 열경화성 수지, 열가소성 수지(10), 또는 이러한 수지들의 혼합물을 열경화성 수지가 사용되는 경우 이의 가교를 야기하는 조건 하에 중간 복합 부재의 건조 스택에 주입 또는 주사하고, 이후에, 요망되는 최종 복합재 부품(101)을 수득하는 단계.
[0145] 이러한 경우, 건조 스택(401)의 두께 내에, 성형된 부분(301)의 폴리머 매트릭스를 형성하는, 열경화성 폴리머의 부분적인 침투에 의해 함께 결합되는, 성형된 부분(301) 및 건조 스택(401)으로 구성된 중간 복합 부재(201)만이 직접 공정으로 처리된다. 도시된 예에서, 수지(10)는 진공 백 타입(30)의 디바이스를 사용하여 주사된다. 수지는 이후 이러한 확산에 이용 가능한 건조 스택(401)의 일부로 확산된다.
[0146] 복합재 부품의 제조에 사용되는 공정과 상관없이, 직접 공정에 의한 복합재 부품의 제조는 최종 단계로서, 존재하는 건조 스택(들) 내에 열경화성 수지, 열가소성 수지, 또는 열경화성 수지와 열가소성 수지의 혼합물을 주입 또는 주사하는 단계, 이후에 압력 하에 규정된 온도 사이클에 따른 중합/가교 단계에 의해 요망되는 부분을 압밀시키는 단계, 및 냉각 단계를 포함한다. 또한, 본 발명과 관련하여 기재된 모든 대안적인 구현예에 적합한 특정 구현예에 따르면, 확산, 압밀화 및 냉각 단계는 개방 또는 폐쇄 몰드, 특히 개방 몰드에서, 예를 들어, 진공 백 주입 기술에 의해 수행된다.
[0147] 특히, 확산된 수지는 열가소성 타입 또는 바람직하게는 열경화성 타입일 수 있거나, 열경화성 수지와 열가소성 수지의 혼합물로 구성될 수 있다. 열가소성 수지의 예 중에서, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리아미드-이미드, 폴리에테르 설폰, 폴리이미드, 폴리에테르 케톤, 폴리메틸 메타크릴레이트, 방향족 폴리에테르 등이 있다. 사용될 수 있는 열경화성 수지는 특히, 에폭사이드, 불포화 폴리에스테르, 비닐 에스테르, 페놀 수지, 폴리이미드, 비스말레이미드, 페놀-포름알데히드 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민, 벤즈옥사진, 시아네이트 에스테르, 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 이러한 수지는 또한 선택된 열경화성 폴리머와 함께 사용하기 위해 당업자에게 잘 알려진 하나 이상의 경화제를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명은 주입 또는 주사 단계 동안 열경화성 수지, 및 특히 에폭시 수지로 구현된다. 폴리머 매트릭스가 이미 가교된 성형 부분과 기계적 결합이 이미 존재한다. 그러나, 성형 부품에 존재하는 것, 또는 심지어 건조 스택(들)에 존재하는 폴리머 부분과 동일한 화학적 패밀리에 속하는 주사 또는 주입된 수지를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 동일한 타입의 구조적 특성을 얻는 것을 용이하게 한다.
[0148] 본 발명은 바람직하게는 복합재 부품의 제조를 위해 감압 하에, 특히 대기압 미만, 특히 100 kPa 미만 및 바람직하게는 10 kPa 내지 100 kPa의 압력 하에 열경화성 수지의 주입을 사용한다. 주입은 바람직하게는, 예를 들어, 진공 백 주입 기술에 의해 개방 몰드에서 수행된다.
[0149] 복합재 부품은 열처리 단계 후에 최종적으로 얻어진다. 특히, 복합재 부품은 일반적으로 이러한 폴리머의 공급업체에 의해 권장되고 당업자에게 공지된 열처리를 수행함으로써 관련된 폴리머의 통상적인 압밀 사이클에 의해 수득된다. 요망되는 복합재 부품의 이러한 압밀 단계는 규정된 온도 및 압력 사이클에 따른 중합/가교에 의해 수행된 후, 냉각된다. 열경화성 수지의 경우, 일반적으로 수지가 경화되기 전에 겔화 단계가 존재한다. 공정 사이클 동안 가해진 압력은 감압 하에 주입의 경우 낮고 RTM 몰드로의 주사의 경우 더 높다.
[0150] 본 발명의 맥락에서, 중간 복합재 부품은 제1 압축 성형 공정에 의해 제조되는 반면, 최종 복합재 부품은 수지 주입/주사에 의해 제조된다. 따라서, 상이한 장비를 필요로 하는 이러한 2개의 제조 단계는 동일한 제조 현장에서 수행될 수 있고, 단일 제조 라인으로 통합될 수 있거나, 기술적 제약 및 이용 가능한 자원에 기반하여 2개의 상이한 현장에서 수행될 수 있다.
[0151] 이렇게 수득된 복합재 부품은 본 발명의 필수적인 부분이다. 도 2는 이러한 복합재 부품(1)을 개략적으로 예시한다. 이러한 복합재 부품은 성형된 부분(3), 뿐만 아니라 직접 공정의 구현으로부터 생성된 열가소성 매트릭스 또는 열경화성 매트릭스(도시되지 않음)로 함침된 강화 섬유 층(8)을 포함하는 부분(7)을 포함한다.
[0152] 성형된 부분과의 계면(9)에서, 성형된 부분을 형성하는 열경화성 폴리머의 침투가 있다. 이러한 부품은 도 4에 기재된 공정에 따라 도 1에 도시된 중간 복합 부재(2)로부터 수득될 수 있으며, 이러한 경우 부분(7)을 형성하는 강화 섬유 층(8) 중 일부는 건조 스택을 형성한 강화 섬유 층(5)에 해당한다.
[0153] 본 발명은 항공, 자동차, 우주, 방위, 산업, 또는 에너지 분야에서 매우 다양한 복합재 부품의 제조에 적합하다. 이러한 부품의 예는 다음과 같다: 윙 패널, 동체, 랜딩 기어 도어, 이동식 패널, 도어, 윙 박스, 나셀(nacelle), 동체 패널, 수직 또는 수평 테일, 자가-강성 패널, 플로어, 카울링, 모노헐 섀시 등.
실시예
[0154] 하기 기재된 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지만, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
[0155] 다양한 중간 복합 부재를 제조하였다. 성형 부품의 제조를 위해, HexMC® 물질 또는 HexPly® M81로 지칭되고 Hexcel Corporation(Stamford USA)에 의해 시판되는 열경화성 수지로 사전함침된 직물을 사용하였다. HexMC®는 복잡한 형상의 부품의 제조에 사용되는 고성능 압축 성형 물질이다. 이는 긴 탄소 섬유(50 mm)로 제조되고 38 중량%의 열경화성 수지를 포함한다. HexPly® M81은 42 중량%의 에폭시 수지로 함침된 200 g/㎡ 프리프레그 직물이다.
[0156] 건조 스택의 제조를 위해, 중간 복합 물질에 존재하는 것들 또는 최종 복합재 부품을 제조하는 데 사용되는 추가적인 건조 스택과 관계없이, 탄소 섬유의 단방향 들층, Hexcel로부터의 IMA 12K 섬유들을, 양면 상에 Protechnic으로부터의 4 g/㎡ 코폴리아미드 베일-타입 1R8 폴리머 결합제와 조합하였다. 단방향 시트와 베일의 조합은 베일의 핫 택 특성의 결과로서 달성되었다. 폴리머 결합제는 출원 WO 2010/046609호에 기재된 바와 같이 탄소와 조합된다. 하기에서, 이러한 단방향 베일/단방향 시트 조합은 "건조 플라이"(또는 하기 표 1 및 표 2에서 "플라이")로 지칭된다. 이러한 건조 플라이는 특히 출원 EP 2 342 073호에 기재되어 있다.
[0157] 사출 성형을 위해, 참조 HexFlow® RTM6으로 Hexcel Corporation(Stamford USA)에 의해 시판되는 1차 및 2차 항공 구조물에 사용하기 위한 에폭시 수지를 사용하였다.
[0158] 하기 표 1 및 표 2는 제조된 본 발명에 따른 다양한 중간 복합 물질 및 부품을 요약한 것이다.
표 1:
Figure pct00001
표 2:
Figure pct00002
[0159] 3개의 180 mm × 180 mm 플라이의 HexMC®를 다이-커팅 프레스를 사용하여 460 mm 폭의 롤로부터 절단하고, 180℃에서 10분 동안 오븐에 넣은 다음, 실온(22℃)으로 냉각시켰다. 건조된 200 mm × 200 mm 플라이 및 HexMC® 또는 HexPly®의 플라이를 중첩시킨 다음, 180℃로 예열된 몰드에 도입하였다. 프리프레그 어셈블리와 건조 스택 사이의 계면은 건조 스택의 상부 표면의 80%를 나타내었다. 프레스를 사용하여 몰드를 닫고, 180℃에서 20분 동안 100 bar의 압력을 가하였다. 몰드의 사전 냉각 없이 중간 복합 부재를 회수하였다. 냉각은 몰드 외부에서 수행되었다.
[0160] 수지를 포함시킨 후, ZEISS Axio Imager M2m 광학 현미경을 사용하여 HexMC®로 수득된 성형 부분과 건조 스택 사이의 계면에서 수득된 중간 복합 부재를 관찰하였다. 몰드에 배치된 수득된 중간 복합 부재의 샘플의 이미지를 촬영한 다음, 이를 제자리에 유지하기 위해 포함 수지로 덮었다. A Struers Tegramin-25를 사용하여 자동화된 연마 시퀀스를 실행하여 현미경 관찰을 위해 평평하고 흠이 없는 표면을 수득하였다. 이러한 관찰은 계면에서 건조 스택으로의 HexMC®에 의해 제공된 열경화성 폴리머의 침투를 분명히 입증하였다. 이러한 침투는 표 1에 제시된 중간 복합 부재(2)의 경우 계면에서 촬영한 사진인 도 7에서 볼 수 있다. 도 7의 관찰은 침투가 2 mm의 깊이까지 발생하여 건조 스택의 3 내지 5 플라이에 도달함을 보여준다.
[0161] 이에 의해 수득된 중간 복합 부재를 몰드에서 단독으로(복합재 부품 I) 또는 추가적인 건조 스택(복합재 부품 II 내지 IV) 상에 넣어 표 2에 따른 부품을 형성하였다. Hexcel에 의해 HexFlow RTM6으로 시판되는 에폭시 수지를 진공 주입 시스템이 장착된 몰드에 80℃에서 1 bar 하에서 주입하고 120℃의 온도에서 유지하였다. 이후 몰드를 에폭시 수지로 채우고 진공 백 주입 시스템을 몰드에 넣었다. 프리폼을 충전하고 수지를 몰드에서 꺼내었을 때, 출구 파이프를 닫고 경화 사이클을 시작하였다(3℃/분으로 180℃로 증가시킨 후, 180℃에서 2h 후-경화하고 5℃/분로 냉각시킴).
[0162] 이어서, ASTM D 2344에 따라 수지 매트릭스에서 성형된 부분/건조 스택 계면에 상응하는 평면에서 전단 시험을 수행하기 위해 시편을 적절한 크기로 절단하였다. 시편을 시편의 두께의 4배와 동일한 거리로 이격된 2개의 지지점(1.5 mm의 팁 반경을 가짐)에 포지셔닝시키고, 펀치(1.5 mm의 팁 반경을 갖는)를 2개의 지지점의 중간점에서 시편의 반대쪽에 배치하였다. 구성의 함수로서 41 MPa 내지 56 MPa의 값이 획득되었고, 이는 전적으로 만족스럽다. 부품 I 및 II에 대한 전단 강도 데이터에서는 유의한 차이가 발견되지 않았으며, 이는 추가적인 건조 스택을 첨가하여 직접 공정을 수행하는 것이 생성된 부품의 층간 전단 강도에 영향을 미치지 않음을 입증한다.

Claims (52)

  1. 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202)로서,
    - 열경화성 폴리머 매트릭스에 임베딩된 강화 섬유의 어셈블리를 포함하는 적어도 하나의 성형된 부분(3, 300, 301, 310), 및
    - 2개의 연속적인 강화 섬유 층(5)들 사이에 삽입된 적어도 하나의 다공성 폴리머 층을 포함하는, 강화 섬유 층(5)의 적어도 하나의 건조 스택(4, 400, 401, 410)을 포함하며,
    상기 성형된 부분(3, 300, 301, 310)은 상기 스택의 표면에 부착되고 이에 결합되며, 상기 열경화성 폴리머는 상기 건조 스택(4, 400, 401, 410)의 표면으로부터 상기 성형된 부분(3, 300, 301, 310)에 부착된 건조 스택까지 상기 건조 스택(4, 400, 401, 410)의 두께를 부분적으로 침투하여, 건조 스택(4, 400, 401, 410)과 성형된 부분(3, 300, 301, 310) 사이에 결합을 제공하는 것을 특징으로 하는, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202).
  2. 제1항에 있어서, 강화 섬유 층(5)의 건조 스택(4, 400, 401, 410)이 적어도 5 mm의 평균 두께를 가지며, 열경화성 폴리머가 스택 표면으로부터 적어도 2 mm의 평균 침투 깊이까지 스택의 두께를 부분적으로 침투하는 것을 특징으로 하는, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 건조 스택(4, 400, 401, 410)이 스택의 총 중량의 최대 10%, 바람직하게는 스택의 총 중량의 0.5% 내지 10%, 및 더욱 바람직하게는 스택의 총 중량의 2% 내지 6%를 나타내는 폴리머 부분을 포함하며, 상기 폴리머 부분은 상기 스택의 응집력에 적어도 부분적으로 기여하는 것을 특징으로 하는, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202).
  4. 제3항에 있어서, 폴리머 부분이 열가소성 폴리머, 열가소성 수지를 포함하는 폴리머, 또는 이러한 폴리머들의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 강화 섬유 층(5)이 직물인 것을 특징으로 하는, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202).
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 강화 섬유 층(5)이 적어도 2개의 상이한 방향으로 배향된 강화 섬유의 단방향 시트인 것을 특징으로 하는, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202).
  7. 제6항에 있어서, 건조 스택(4, 400, 401, 410)이 하나 이상의 비-크림프 직물(non-crimp fabric; NCF)로부터 형성되며, 각각의 NCF는 재봉(sewing) 또는 편직(knitting)에 의해 결합된 적어도 2개의 상이한 방향으로 배향된 복수의 강화 섬유 시트의 단방향 어셈블리인 것을 특징으로 하는, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202).
  8. 제6항에 있어서, 건조 스택(4, 400, 401, 410)이 하나 이상의 NCF로부터 형성되며, 각각의 NCF는 적어도 2개의 상이한 방향으로 배향된 복수의 강화 섬유 시트의 단방향 어셈블리가며, 하나 이상의 다공성 폴리머 층(들)은 표면 상에 존재하며, 상기 어셈블리는 재봉 또는 편직에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 존재하는 다공성 폴리머 층(들)이 다공성 필름, 그리드, 분말 코팅, 직물, 또는, 바람직하게는 부직포 또는 베일인 것을 특징으로 하는, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 건조 스택(4, 400, 401, 410)의 응집력이, 2개의 강화 섬유 층(5)들 사이에 존재하는 다공성 폴리머 층(들)의 핫 택(hot tack) 특성의 결과로서, 적어도 부분적으로 얻어지는 것을 특징으로 하는, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 건조 스택(4, 400, 401, 410) 및/또는 성형된 부분(3, 300, 301, 310)의 강화 섬유가 유리, 탄소, 아라미드, 또는 세라믹 섬유이며, 탄소 섬유가 특히 바람직한 것을 특징으로 하는, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202).
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 성형된 부분(3, 300, 301, 310)이 바람직하게는 칩이 무작위로 배열되는 중간 매트를 형성하는 열경화성 수지로 함침된 단방향 섬유의 칩을 성형함으로써 수득되는 것을 특징으로 하는, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202).
  13. 제12항에 있어서, 칩이 직사각형 또는 실질적으로 직사각형이고, 바람직하게는 1 cm 내지 10 cm의 길이, 2 mm 내지 2 cm의 폭, 및 0.02 mm 내지 0.50 mm의 두께를 갖는 직사각형 또는 실질적으로 직사각형인 것을 특징으로 하는, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 성형된 부분(3, 300, 301, 310)의 열경화성 폴리머가 에폭시인 것을 특징으로 하는, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202).
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 열경화성 폴리머가 성형된 부분(3, 300, 301, 310)의 적어도 25 중량%, 바람직하게는 성형된 부분(3, 300, 301, 310)의 25 중량% 내지 55 중량%인 것을 특징으로 하는, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202).
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 건조 스택(4, 400, 401, 410)이 4 내지 20개의 강화 섬유 층(5), 바람직하게는 8 내지 16개의 강화 섬유 층(5)을 포함하며, 유리하게는 건조 스택(4, 400, 401, 410)의 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 4개의 강화 섬유 층(5)이 성형된 부분(3, 300, 301, 310)으로부터 침투되는 임의의 열경화성 폴리머를 함유하지 않는 것을 특징으로 하는, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202).
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 성형된 부분(3, 300, 301, 310)이 스택의 형상과 비교하여 복잡한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202).
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 성형된 부분(3, 300, 301, 310)이 힌지, 부착점, 리브, 리브드 빔(ribbed beam), 지지체, 브라킷, 채널, 타이, 클레비스, 스티프너, 해치 프레임, 도어 프레임, 레버 아암, 베이스, 피팅, 조인트, 소켓, 또는 피벗의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202).
  19. 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202)의 제조 방법으로서,
    중간 복합 부재(2, 200, 201, 202)는
    - 열경화성 폴리머 매트릭스에 임베딩된 강화 섬유의 어셈블리를 포함하는 적어도 하나의 성형된 부분(3, 300, 301, 310),
    - 2개의 연속적인 강화 섬유 층(5) 사이에 삽입된 적어도 하나의 폴리머 다공성 층을 포함하는 강화 섬유 층(5)의 적어도 하나의 건조 스택(4, 400, 401, 410)으로서, 상기 성형된 부분(3, 300, 301, 310)은 상기 스택의 표면에 부착 및 결합되는 건조 스택(4, 400, 401, 410)을 포함하며,
    상기 제조 방법은
    a- 2개의 연속적인 강화 섬유 층(50) 사이에 삽입된 적어도 하나의 폴리머 다공성 층을 포함하는, 강화 섬유 플라이(ply)(50)의 초기 건조 스택(40)의 표면 영역(70) 상에, 열경화성 폴리머로 사전함침된 강화 섬유의 적어도 하나의 어셈블리(60)를 부착시키는 단계,
    b- 몰드에서, 강화 섬유 플라이(50)의 초기 건조 스택(40) 상에 증착된, 열경화성 폴리머로 사전함침된 강화 섬유의 어셈블리(60)의 고온 압축 성형 작업을 수행하여, 상기 열경화성 폴리머의 가교 및 상기 스택의 두께 내로의 이의 부분적 침투를 야기시키는 단계,
    c- 냉각 작업을 수행하여, 열경화성 폴리머에 임베딩된 강화 섬유의 어셈블리를 포함하는 성형된 부분(3, 300, 301, 310)을 생성하고, 건조 스택의 표면으로부터 상기 성형된 부분(3, 300, 301, 310)이 부착된 곳까지 건조 스택(4, 400, 401, 410)의 두께 내로 열경화성 폴리머의 부분적 침투과 함께 매트릭스를 형성하며, 이에 따라, 상기 성형된 부분(3, 300, 301, 310)은 열경화성 폴리머의 이러한 침투의 결과로서, 이에 의해 수득된 강화 섬유 층(5)의 건조 스택(4, 400, 401, 410)에 결합되는 단계의
    연속 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 단계 a에서 부착된 열경화성 폴리머로 사전함침된 강화 섬유의 어셈블리(60)가 요망되는 성형된 부분(3, 300, 301, 310)의 프리폼(preform)의 형태인 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 단계 a에서 사용되는 초기 건조 스택(40)을 형성하는 강화 섬유 플라이가 이의 측면들 중 적어도 하나가 다공성 폴리머 층과 조합된 강화 섬유의 단방향 시트이며, 상기 플라이에 존재하는 다공성 폴리머 층(들)은 상기 플라이의 총 중량의 최대 10%, 바람직하게는 상기 플라이의 총 중량의 0.5% 내지 10%, 및 더욱 바람직하게는 상기 플라이의 총 중량의 2% 내지 6%를 나타내며, 적어도 하나의 다공성 폴리머 층은 2개의 연속적인 강화 섬유의 단방향 층들 사이에 삽입되는, 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서, 단계 a에서 사용되는 초기 건조 스택(40)을 형성하는 강화 섬유 플라이(50)가 이의 양면에 다공성 폴리머 층과 조합된 강화 섬유의 단방향 시트로 구성되며, 강화 섬유의 단방향 시트의 측면들 각각 상의 다공성 폴리머 층은 동일한 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  23. 제19항 또는 제20항에 있어서, 초기 건조 스택(40)을 형성하는 강화 섬유 플라이(50)가 이들의 측면들 중 적어도 하나 상에서 다공성 폴리머 층과 조합된, 강화 섬유로 제조된 직물이며, 상기 플라이에 존재하는 다공성 폴리머 층(들)은 상기 플라이의 총 중량의 최대 10%, 바람직하게는 상기 플라이의 총 중량의 0.5% 내지 10%, 및 더욱 바람직하게는 상기 플라이의 총 중량의 2% 내지 6%를 나타내며, 적어도 하나의 다공성 폴리머 층은 2개의 연속적인 직물들 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  24. 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라이에 존재하는 다공성 폴리머 층(들)이 핫 택 특성을 나타내며, 단방향 시트 또는 직물과 상기 적어도 하나의 다공성 폴리머 층의 조합은 상기 다공성 폴리머 층의 핫 택 특성의 결과로서 이미 얻어진 플라이로 구성되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  25. 제20항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 a에서 사용된 강화 섬유 플라이(50)의 초기 건조 스택(40)이 존재하는 다공성 폴리머 층(들)의 핫 택 특성의 결과로서 얻어진 응집력을 갖는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  26. 제25항에 있어서, 단계 a에서 사용되는 강화 섬유 플라이(50)의 초기 건조 스택(40)이 예비형성되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  27. 제20항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 a에서 사용되는 강화 섬유 플라이(50)의 초기 건조 스택(40)이 응집력이 없으며, 이의 응집력은 존재하는 다공성 폴리머 층(들)의 핫 택 특성의 결과로서, 단계 b의 마지막에 얻어지는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  28. 제20항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 a에서 사용되는 초기 건조 스택(40)의 상기 플라이(50)에 존재하는 다공성 폴리머 층(들)이 열가소성 폴리머 또는 열가소성 부분을 포함하는 폴리머를 포함하거나 이로 구성되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  29. 제20항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 a에서 사용되는 초기 건조 스택(40)의 상기 플라이(50)에 존재하는 다공성 폴리머 층(들)이 다공성 필름, 그리드, 분말 코팅, 직물, 또는 바람직하게는 부직포 또는 베일인 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  30. 제19항 또는 제20항에 있어서, 초기 건조 스택(40)을 형성하는 강화 섬유 플라이(50)가 재봉 또는 편직에 의해 결합된, 적어도 2개의 상이한 방향으로 배향된 강화 섬유의 단방향 시트인 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  31. 제30항에 있어서, 초기 건조 스택(40)이 복수의 NCF로부터 형성되며, 각각의 NCF는 적어도 2개의 상이한 방향으로 배향된 복수의 단방향 시트의 어셈블리이며, 하나 이상의 다공성 폴리머 층은 표면 상에 존재하는 것이 가능하며, 상기 어셈블리는 재봉 또는 편직에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  32. 제30항 또는 제31항에 있어서, 재봉 또는 편직이 유리, 탄소, 현무암, 실리카, 또는 폴리에스테르 얀 또는 열가소성 폴리머 얀, 특히 5 dTex 내지 150 dTex의 범위, 및 바람직하게는 5 dTex 내지 30 dTex의 범위의 역가를 갖는 열가소성 폴리머로 제조된 얀을 사용하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  33. 제19항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 초기 건조 스택(40)의 강화 섬유 플라이(50) 및/또는 사전함침된 강화 섬유의 어셈블리(60)의 섬유가 유리, 탄소, 아라미드, 또는 세라믹 섬유이며, 탄소 섬유가 특히 바람직한 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  34. 제19항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 성형된 부분(3, 300, 301, 310)을 형성하는 데 사용되는 어셈블리(60)를 형성하는 열경화성 폴리머로 사전함침된 강화 섬유가 바람직하게는 칩이 무작위로 배열된 중간 매트를 형성하는 열경화성 폴리머로 함침된 단방향 섬유의 칩인 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  35. 제34항에 있어서, 칩이 직사각형 또는 실질적으로 직사각형이고, 바람직하게는 1 cm 내지 10 cm의 길이, 2 mm 내지 2 cm의 폭, 및 0.02 mm 내지 0.50 mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  36. 제19항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 성형된 부분(3, 300, 301, 310)을 형성하는 데 사용되는 어셈블리(60)의 열경화성 폴리머가 에폭시인 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  37. 제19항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 성형된 부분(3, 300, 301, 310)을 형성하는 데 사용되는 어셈블리의 열경화성 폴리머가 상기 어셈블리의 적어도 25 중량%, 바람직하게는 상기 어셈블리의 25 중량% 내지 55 중량%를 나타내는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  38. 제19항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 압축 성형의 단계 b가, 열경화성 상태에서, 성형된 부분(3, 300, 301, 310)과의 계면의 영역에서 스택의 두께를 궁극적으로 부분적으로 침투하는 열경화성 폴리머의 확산을 초래하며, 얻어진 강화 섬유 층(5)의 건조 스택은 적어도 5 mm의 평균 두께를 가지며, 열경화성 폴리머는 스택의 표면으로부터 적어도 2 mm의 평균 침투 깊이까지 스택의 두께를 부분적으로 침투하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  39. 제19항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 a에서, 강화 섬유 플라이의 초기 건조 스택(40)이 4 내지 20개의 플라이, 바람직하게는 8 내지 16개의 플라이를 포함하며, 유리하게는 단계 b의 마지막에, 건조 스택(4, 400, 401, 410)의 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 4개의 강화 섬유 층(5)이 성형된 부분(3, 300, 301, 310)으로부터 침투된 임의의 열경화성 폴리머를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  40. 제19항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 a에서 사용되는 초기 건조 스택(40)이 적어도, 열경화성 폴리머로 사전함침된 강화 섬유의 어셈블리(60)가 부착된 표면 상에, 절개부(cut-out) 또는 천공(perforation)을 갖는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  41. 제19항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 스택의 형상과 비교하여, 복잡한 형상을 갖는 성형된 부분(3, 300, 301, 310)을 수득하기 위해, 단계 b에서 적합한 형상의 몰드가 사용되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  42. 제19항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 수득된 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202)가 힌지, 부착점, 리브, 리브드 빔, 지지체, 브라킷, 채널, 타이, 클레비스, 스티프너, 해치 프레임, 도어 프레임, 레버 아암, 베이스, 피팅, 조인트, 소켓, 또는 피벗을 형성하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  43. 열경화성 수지(10)가 사용되는 경우에 가교를 초래하는 조건 하에서, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202)의 건조 스택(4, 400, 401, 410) 내로 주입 또는 주사되고, 열경화성 수지(10), 열가소성 수지, 또는 이러한 수지들의 혼합물과 조합하여, 복합재 부품(1, 100, 101)의 제조를 위한 것이며, 상기 주입 또는 주사 이후에 냉각되며, 열경화성 수지 또는 열경화성 수지들의 혼합물의 사용이 바람직한 것인, 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202) 또는 제19항 내지 제42항 중 어느 한 항의 방법에 따라 수득된 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202)의 용도.
  44. 복합재 부품(100, 101)의 제조 방법으로서,
    A1- 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202) 또는 제19항 내지 제42항 중 어느 한 항의 방법에 따라 수득된 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202)를 제공하는 단계,
    A2- 상기 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202)의 건조 스택(4, 400, 410)이 추가적인 건조 스택(700, 702)에 접하는 방식으로, 상기 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202)를 추가적인 건조 스택(700, 702)으로 지칭되는 강화 섬유 플라이의 건조 스택의 표면의 적어도 일부분에 부착하는 단계,
    A3- 열경화성 수지(10)가 사용되는 경우에 가교를 야기시키는 조건 하에서, 중간 복합 부재(2, 200, 202)의 건조 스택(4, 400, 410) 및 추가적인 건조 스택(700, 702) 둘 모두 내로 열경화성, 열가수성 수지(10) 또는 이러한 수지들의 혼합물을 주입 또는 주사하는 단계로서, 상기 주입 또는 주사 이후에 냉각되며, 이에 따라, 원하는 최종 복합재 부품(100, 101)을 수득하는 것을 가능하게 만드는 단계를 포함하는, 복합재 부품(100, 101)의 제조 방법.
  45. 제44항에 있어서, 추가적인 건조 스택(700, 702)을 형성하는 강화 섬유 플라이가 중간 복합 부재(2, 200, 202)의 건조 스택(4, 400, 410)을 구성하는 것과 구조적으로 동일한 것을 특징으로 하는 복합재 부품(100, 101)의 제조 방법.
  46. 제44항 또는 제45항에 있어서, 추가적인 건조 스택(700, 702)이, 중간 복합 부재(2, 200, 201, 202)가 부착되는 면적의 적어도 10배 큰 면적을 갖는 것을 특징으로 하는, 복합재 부품(100, 101)의 제조 방법.
  47. 제44항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 A2에서 사용되는 추가적인 건조 스택(700, 702)이 예비형성되는 것을 특징으로 하는, 복합재 부품(100, 101)의 제조 방법.
  48. 제44항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 중간 복합 부재(2, 200, 202)가 부착된 추가적인 건조 스택(700, 702)의 표면이 리브 또는 돌출부 타입의 하나 이상의 표면 요철(710)을 갖는 것을 특징으로 하는, 복합재 부품(100, 101)의 제조 방법.
  49. 제44항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 열경화성 수지(10), 및 특히 에폭시 수지가 단계 A3에서 주사 또는 주입되는 것을 특징으로 하는, 복합재 부품(100, 101)의 제조 방법.
  50. 제44항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 A3이 주입에 의해, 바람직하게는 개방 몰드에서, 예를 들어, 진공 백 주입에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 복합재 부품(100, 101)의 제조 방법.
  51. 제44항 내지 제50항 중 어느 한 항의 제조 방법에 따라 수득되는 복합재 부품(100, 101).
  52. 제51항에 있어서, 항공, 자동차, 우주, 방위, 산업, 또는 에너지 분야에서 사용되는, 복합재 부품(100, 101).
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