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KR101835008B1 - 스킨-스티프너 천이부 조립체의 빈 공간을 충전하는 복합 변곡부 충전재 - Google Patents

스킨-스티프너 천이부 조립체의 빈 공간을 충전하는 복합 변곡부 충전재 Download PDF

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KR101835008B1
KR101835008B1 KR1020160045641A KR20160045641A KR101835008B1 KR 101835008 B1 KR101835008 B1 KR 101835008B1 KR 1020160045641 A KR1020160045641 A KR 1020160045641A KR 20160045641 A KR20160045641 A KR 20160045641A KR 101835008 B1 KR101835008 B1 KR 101835008B1
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발터 왜프너
한스 오토
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에어버스 헬리콥터스 도이칠란트 게엠베하
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Abstract

본 발명은 스킨-스티프너 천이부 조립체의 복합 변곡부 충전재(5)에 관한 것으로, 미리 결정된 단면의 변곡부 충전재 형상으로 압착된 복수의 막대기형 조방사 다발(7a-7g)을 구비하고, 상기 복수의 막대기형 조방사 다발(7a-7g)들 중의 적어도 하나의 막대기형 조방사 다발(7f)이 그 종축(7h) 둘레로 비틀린다. 본 발명은 또한 복합 변곡부 충전재를 위한 막대기형 조방사 다발을 제조하는 방법에도 관련된다.

Description

스킨-스티프너 천이부 조립체의 빈 공간을 충전하는 복합 변곡부 충전재{A COMPOSITE RADIUS FILLER FOR FILLING A VOID SPACE IN A SKIN-STIFFENER TRANSITION ASSEMBLY}
본 발명은 미리 결정된 단면의 변곡부 충전재(radius filler) 형상으로 압착(compress)된 복수의 막대기형(rod-shaped) 조방사(roving) 다발(roving bundle)들을 구비하는 스킨-스티프너 천이부 조립체(skin-stiffener transition assembly)의 빈 공간(void space)을 충전하는 복합(composite) 변곡부 충전재에 관한 것으로, 이 복합 변곡부 충전재는 청구범위 1항의 특징을 구비한다. 본 발명은 또한 복합 변곡부 충전재를 제조하는 방법에도 관련되는데, 이 방법은 청구범위 제12항의 특징을 구비한다.
당업계에서 때로 "거싯 충전재(gusset fillers)" 또는 "국수다발(noodles)"로도 지칭되는 복합 변곡부 충전재는 복합 탄소섬유 보강 폴리머(complex carbon fiber reinforced polymer; CFRP) 구조에서 예를 들어 CFRP 구조를 구축(build)하는 관련(underlying) 예비 성형물(preform)들의 접속부(junction)에서 발생되는 빈 공간을 충전하는데 종종 사용된다. 특히 이런 빈 공간은 만곡된 예비 성형물(preform)의 반경부들이 T-형 스티프너(T-stiffener), J-형 스티프너(J-stiffener) 또는 I-빔(I-beams) 등의 보강 스티프너들(reinforcing stiffener)을 형성하도록 복합 스킨 패널(composite skin panel) 또는 웹(web)에 직교하게 부착 또는 결합되는 부위에서 발생되는데, 이들은 복잡(complex) CFRP 구조를 형성(define)하며 스킨-스티프너 천이 조립체(skin-stiffener transition assembly)로도 지칭될 수 있다. "예비 성형물(preform)"라는 용어는 일반적으로 점착제(tackifier) 및/또는 바인더(binder) 및/또는 수지(resin)가 포함될 수 있는 섬유 플라이(fiber ply)들의 적층물(laminate)을 지칭하며, 적절한 예비 성형 도구(preform tool)를 사용하여 특정한(given) CFRP 구조를 형성하는데 필요한 비교적 복잡한 형상으로 예비 성형된다.
더 구체적으로, 복잡 CFRP 구조를 형성하는데 필요한 예비 성형물들이 종종 관련 제작 기계에서 별도로 준비되어, 이상적으로는 최종 경화(curing) 공정이지만 더 흔히는 후속 공정 단계에서 함께 결합됨으로써 복잡 CFRP 구조를 형성한다. 복잡 CFRP 구조가 예를 들어, 예비 성형물들의 접속부에 빈 공간을 가지면 이 빈 공간의 충전에 복합 변곡부 충전재가 사용될 수 있다. 이 복합 변곡부 충전재는 일반적으로 별도의 제작 기계에서 제작되어 빈 공간에 후속적으로 삽입된다.
그러나 현재 구현 가능한, 빈 공간에 삽입되는 미리 결정된 복합 변곡부 충전재는 단방향 섬유(unidirectional fiber), 즉 빈 공간에 들어갈 복합 변곡부 충전재의 종연장에 대해 0°방향을 가지는 섬유를 사용하므로, 매우 날카로운 반경부(sharp edge)들을 포함한다는 점이 매우 중요하다. 이들 매우 날카로운 반경부들은 복합 변곡부 충전재와 관련 복잡 CFRP 구조 간의 빈 공간에 수지 포켓(resin pocket) 또는 두께 문제(thickness issue)의 발생을 피하기 위해 필요하다. 수지 포켓은 관련 CFRP 구조의 재질 결함(material failure)이 발생될 가능성이 높은 취약점(weak spot)을 형성하므로 특히 결정적(critical)이다. 또한 복합 변곡부 충전재가 빈 공간 내의 주변 부품, 즉 주변 예비 성형물과 필요한 부착(adhesion)이 가능하도록 복합 변곡부 충전재가 평탄하고 굴곡 없는(waveless) 외면을 가지는 것이 중요하다.
문헌 EP 2 727 711 A1은 적층(laminated) 복합 변곡부 충전재를 기재하고 있는데, 이는 각각, 빈 공간의 형상에 더 잘 맞추기(fit) 위해 복합 변곡부 충전재로 충전되는 빈 공간을 둘러싸는(define) 주변 복잡 CFRP 구조의 반경 방향과 부합(match)하는 반경 방향을 가지는 적층된 복합 플라이들의 적층물들을 포함하는 둘 또는 그 이상의 반경부 적층물들을 구비한다. 이 적층된 복합 플라이들은 수지 함침 재질(prepreg material) 등의 매트릭스 재질(matrix material)에 둘러싸여 지지되는 보강 재질(reinforcement material)로 형성될 수 있다. 이 보강 재질은 유리 또는 탄소 섬유, 그래파이트(graphite) 섬유, 방향성 폴리아미드 섬유(aromatic polyamide fiber), 유리 섬유 또는 다른 적절한 보강 재질을 포함할 수 있다. 매트릭스 재질은 에폭시(epoxy), 폴리에스터(polyester), 비닐 에스테르 수지(vinyl ester resin), 폴리에테르에테르케톤 폴리머(polyetheretherketone polymer; PEEK), 폴리에테르케톤케톤 폴리머(polyetherketoneketone polymer; PEKK), 비스말레이미드(bismaleimide) 또는 다른 적절한 매트릭스 재질 등과 같은 폴리머 또는 수지 재질들을 포함할 수 있다. "수지 함침(prepreg)"이라는 용어는 비경화 또는 부분 경화된 수지가 함침(impregnated)된, 예를 들어 유리 섬유나 탄소 섬유 등의 직조(織造; woven) 또는 편조(編造; braided) 직물(fabric) 또는 천형(cloth-like) 테이프 재질을 지칭하는 것으로 이는 원하는 형상을 형성하기에 충분히 유연하고, 이후 오븐(oven)이나 오토클레이브(autoclave) 등에서 열을 가하여 "경화(cured)"시킴으로써 수지를 강하고 견고한 섬유 보강 구조로 경화(harden)시킨다. 적층된 복합 플라이들은 수지 함침 단방향성 테이프, 단방향성 섬유 테이프, CFRP 테이프, 또는 다른 적절한 테이프; CFRP 섬유, 수지 함침 섬유, 직조 탄소 섬유 등을 포함하는 직조된 직물이나 다른 적절한 직물; 테이프 또는 그 직물의 조합; 또는 다른 적절한 복합 재질(composite material)의 형태가 될 수 있다.
문헌 US 6,689,448 역시 적층된 복합 변곡부 충전재를 기재하고 있다. 이는 복잡 CFRP 구조의 빈 공간을 충전하기 위해 초음파 절단에 의해 절단된 복수의 직물 보강 플라이들(woven fabric reinforced plies)을 구비한다. 더 구체적으로는, 적층된 복합 변곡부 충전재는 단방향성 팁(tip)과, +-45ㅀ 방향의 얇은 테이프의 14 또는 18 플라이(겹)로 구성된 상부(upper section)과, 같은 재질의 10 플라이로 구성된 하부(lower section)와, 그리고 3개의 추가적인 플라이들을 구비한다.
그러나 이와 같이 적층된 복합 변곡부 충전재의 사용과 제조는 다량의 수작업이 포함된다. 이는 시간이 많이 걸리고 고가이다.
문헌 US 5,650,229는 단방향성 섬유의 복합 변곡부 충전재를 기재하고 있다. 이는 성형된(shaped) 복수의 단방향성 섬유들로 구성되어 관련 섬유 방향에 대해"전체 0도(all zero degree))" 섬유로 지칭될 수도 있다. 이 단방향성 또는 "전체 0도" 섬유들은 관련 도구들로 성형되어 충전될 빈 공간의 형상에 부합하는 형상을 가지게 된다. 또한 안정제(stabilizer) 또는 점착제(tackifier)가 섬유들을 빈 공간의 형상으로 일체로 유지시키는데 충분하지만 후속적인 수지 주입 동안 단방향성 또는 "전체 0도" 섬유들 사이의 수지 침투를 방해할 양 미만의 양으로 혼합되어 섬유 충전재가 특정한 복잡 CFRP 구조에 완전히 통합될 수 있게 된다.
그러나 이러한 단방향성 또는 "전체 0도" 섬유 복합 변곡부 충전재의 사용은 최종적인 복잡 CFRP 구조를 약화시키는 높은 잔류 응력(residual stress)이 나타날 수 있다. 또한 이러한 단방향성 또는 "전체 0도" 섬유 복합 변곡부 충전재의 강성(stiffness)이 비교적 높아 휨 모드(bending)에서 손상될 수 있다. 뿐만 아니라, 섬유의 "전체 0도" 방향과 직교하게 외력이 인가될 때 이 섬유들은 최종적인 복잡 CFRP 구조의 특성을 강화시키지 않으므로 이 단방향성 또는 "전체 0도" 섬유들은 비교적 낮은 풀오프 강도(pull-off strength)를 나타내게 된다. 이는 소위 "T-인장 시험(T-pull-test)"에 의해 간단히 입증될 수 있다. 이 비교적 낮은 풀오프 강도에 기인하는 응력 또는 피로 균열(cracking)의 발생 가능성은 외부 보강재의 추가로 적어도 저감될 수 있음에 주목해야 한다. 그러나 이는 최종적인 복잡 CFRP 구조의 원치 않는 추가적 중량으로 결과될 수 있다.
문헌 US 2012/0308817 A1은 편조(編造; braided) 섬유 복합 변곡부 충전재를 기재하고 있다. 이는 섬유의 복수의 단부들을 취급이 용이한 복합 변곡부 충전재를 구성할 목적의 편조 구조를 가지는 단일 몸체로 통합 고정한다. 더 구체적으로는, 이 편조 섬유 복합 변곡부 충전재는 점착제를 사용하여 안정화될 수 있으며 다양한 빈 공간 단면에 맞춰지도록 맞춤 가능한 변형성(tailorable deformability)을 부여하는 독특하게 설계된 편조물(braids)로 구성된다. 이 변형성은 편조물의 외형을 구성하는 사선방향 섬유(bias fiber)에 대한 축방향 섬유의 비교적 높은 비율에 기인한다. 이렇게 구성된 각 편조물은 편조 구조 내에 엮인 복수의 개별 섬유 가닥들로 구성된다. 각 개별 섬유 가닥은 폴리머, 탄소, 그래파이트, 유리, 수정, 아라미드, 폴리벤족사졸(polybenzoxazole; PBO), 폴리에틸렌, 무기 산화물, 유기 산화물, 카바이드, 세라믹, 금속, 또는 이들의 조합으로 제조된 섬유를 포함하는 유기 또는 무기 섬유로 제조될 수 있다.
불행히도, 이런 편조 섬유 복합 변곡부 충전재는 건조한 섬유(dry fiber)로 제조되면 충분히 안정적이지 못하다. 그러나 이들을 점착제나 바인더를 사용하여 소정의 형상으로 압착하면 이들이 충분히 안정적이 되는 반면 더 이상 용이하게 단면을 변화시킬 수 없게 된다. 또한, 이러한 편조 섬유 복합 변곡부 충전재의 해당 모서리는 압착되는 경우에도 편조 복합 변곡부 충전재가 "겹(play)"이 되는 결과적 두께 때문에 빈 공간에 수지 포켓이나 두께 문제의 발생을 피할 만큼 날카롭지 못하다. 모서리들이 충분히 날카롭지 못하므로 결과적으로 잔류 응역과 수지 포켓 모두가 발생될 수 있다. 뿐만 아니라, 특히 함침(infiltration) 공정으로 제조하는 경우 각 편조물 자체의 편조 구조가 수지 포켓의 형성으로 결과될 수 있다. 이러한 수지 포켓이 구조의 기부(base)에 발생되면 이 역시 균열 발생(cracking)을 야기할 수 있다.
문헌 US 6,231,941은 수지(resin) 이송 성형(transfer molding) 공정으로 형성되는, 풍동(wind tunnel) 블레이드(blade)를 위한 복합 변곡부 충전재를 기재하고 있다. 이 복합 변곡부 충전재는 복수의 단방향성 가닥(tow)들을 둘러싸는 편조 슬리이브(braided sleeve)로 형성된다. 관련 구조와 비대칭 복합 변곡부 충전재도 함께 제조될 수 있는 제조 공정이 제공된다. 더 구체적으로는, 복합 변곡부 충전재가 복합 변곡부 충전재의 소요 최종 형태와 동일한 형상을 나타내는 굴대(mandrel) 상에서 형성된다.
하지만, 이 풍동 블레이드의 복합 변곡부 충전재는 상술한 문제들의 일부를 해결할 수 있지만, 복합 변곡부 충전재의 모서리에 대한 날카로움 문제는 여전히 발생된다. 또한 풍동 블레이드의 복합 변곡부 충전재의 제조 공정이 매우 시간 소모적이며 이에 따라 제조 원가가 고가이다.
그러므로 본 발명의 목적은 예측 가능한 품질로 비용과 시간을 절감하는 자동화 공정에서 비교적 용이하게 제조될 수 있는, 스킨-스티프너 천이부 조립체(skin-stiffener transition assembly) 등의 복잡 CFRP 구조의 빈 공간을 충전하는 복합 변곡부 충전재를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구범위 제1 항의 특징을 가지는 복합 변곡부 충전재에 의해 달성된다.
더 구체적으로, 본 발명에 의하면 스킨-스티프너 천이부 조립체의 빈 공간을 충전하는 복합 변곡부 충전재는 미리 결정된 단면의 변곡부 충전재 형상으로 압착되는 복수의 막대기형(rod-shaped) 조방사 다발(roving bundle)들을 구비한다. 복수의 막대기형 조방사 다발들 중 적어도 하나의 막대기형 조방사 다발은 그 종축 주위로 비틀림(twist)된다.
"복합(composite)"이라는 용어는 본 발명의 문맥에 있어서 섬유 보강 폴리머에 기반하는 재질을 지칭한다는 점에 주목을 요한다. 바람직한 재질로 탄소 섬유 및/또는 에폭시 수지가 사용된다.
본 발명 관련 주된 개념은 본 발명 복합 반경부를 구성하는 충전재 섬유 또는 조방사 다발이 비틀림을 형성한다는 것이다. 바람직하게는 비틀림 다발은 연속적으로 생산되어 "라인 내에서(in line)" 소요 최종 복합 반경부 필러 형상으로 조립될 수 있다.
바람직하게는 점착제/바인더 및/또는 수지가 적어도 소정 수의 조방사, 더 바람직하게는 각각의 개별 조방사의 표면에 도포되고, 필요하다면 예를 들어 점착제/바인더 및/또는 수지의 가열로 결좌적인 섬유 또는 조방사 다발을 비틀림 상태로 고정한다. 점착제/바인더는 예를 들어 분말 형태로 소정 조방사에 도포될 수 있고 수지는 예를 들어 침지코팅(dip coating)으로 도포될 수 있다.
바람직하게는 본 발명 복합 변곡부 충전재는 스킨-스티프너 천이부 조립체와 같이 구조적 부하를 받는 복합 조립체의 설계가 직면하는 문제들을 적절히 충족시킨다. 특히, 이는 취급이 용이하고 매우 안정적이며 균일한 표면을 가진다. 또한 다발의 비틀림은 바람직하게는 본 발명 복합 변곡부 충전재의 결과적인 강성(stiffness)의 저감을 가능하게 한다. 이에 따라 본 발명 복합 변곡부 충전재와 예를 들어 스킨-스티프너 천이부 조립체 등의 다른 부품의 접속부, 이에 따라 스킨-스티프너 천이부 조립체 전체적인 균열 발생의 잠재적 위험이 적어도 저감될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 본 발명 복합 변곡부 충전재는 전체 길이 및 형상에 걸쳐 균일한 구조와 섬유 배치, 즉 섬유 용적(volume content)을 가질 뿐 아니라 스킨-스티프너 천이부 조립체의 다른 부품에 더 잘 부착되도록 굴곡이 적은 평탄한 표면을 가진다.
바람직한 실시예에 의하면, 적어도 하나의 막대기형 조방사 다발은 탄소 섬유를 구비하는 조방사로 구성된다. 적어도 하나의 조방사 다발은 그 종축 주위로 비틀려 탄소 섬유는 그 종축을 따라 0°가 아닌 방향을 가진다.
다른 바람직한 실시예에 의하면, 적어도 하나의 막대기형 조방사 다발은 종축에 대해 적어도 거의 직선(rectilinear)이다.
또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 적어도 하나의 조방사 다발은 각각 점착제, 바인더 및/또는 수지 중의 적어도 하나가 코팅된 조방사로 구성된다.
다른 바람직한 실시예에 의하면, 바인더는 열가소성 및/또는 열경화성 재질에 기반한다.
다른 바람직한 실시예에 의하면, 바인더는 에폭시-기반 및/또는 나노구조(nanostructure)로 변형된 것이다.
다른 바람직한 실시예에 의하면, 수지는 에폭시 및/또는 열가소성 재질이다.
다른 바람직한 실시예에 의하면, 적어도 하나의 막대기형 조방사 다발은 종축 주위로 적어도 하나의 막대기형 조방사 다발의 길이 미터당 5 내지 30회, 바람직하게는 15 내지 25회 비틀린다.
특정한 다발에 형성된 각 비틀림 수에 따라 복합 변곡부 충전재의 대응하는 강성을 최종 의도된 사용에 대해 조절할 수 있음에 주목해야 한다. 또한 특정한 다발의 강성이 거기 적용된 비틀림을 통해 감소되면 휨 모드(bending mode)의 특성이 개선될 수 있다.
다른 바람직한 실시예에 의하면, 미리 결정된 단면의 반경부 충전재 형상은 직각 삼각형(half triangle), 비대칭 삼각형, 대칭 삼각형, 그리고 사다리꼴 중의 적어도 하나를 구비한다.
다른 바람직한 실시예에 의하면, 복수의 막대기형 조방사 다발은 상이한 직경을 가지는 적어도 2개의 막대기형 조방사 다발을 구비한다.
다른 바람직한 실시예에 의하면, 적어도 하나의 섬유 플라이 및/또는 적어도 하나의 비틀리지 않은 막대기형 조방사 다발이 제공된다.
본 발명은 또한 스킨-스티프너 천이부 조립체의 빈 공간을 충전하도록 된 복합 변곡부 충전재를 위한 막대기형 조방사 다발을 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 복수의 조방사들을 막대기형 조방사 다발을 형성하도록 연결하는 단계와, 막대기형 조방사 다발을 그 종축 주위로 비틀어 비틀린 막대기형 조방사 다발을 형성하는 단계를 구비한다.
바람직하게는, 본 발명 방법과 결과적인 본 발명 제조 공정은 불연속 또는 연속적으로 구성될 수 있어 자동화될 수 있다. 이러한 자동화 제조 공정은 특히 비교적 큰 산출량(output volume)을 제조할 때 시간이 덜 걸리고 제조비가 더 저렴하다. 또한 예측 가능하며 변화 없이 높은 품질을 가지는 제조를 가능하게 한다.
더 구체적으로, 본 발명 방법은 원하는 최종 복합 변곡부 충전재의 형상에 따라 "라인 내에서(in line)' 조립될 수 있는 적절한 비틀린 조방사 다발의 연속적 또는 불연속적 제조가 가능하게 한다. 또한 본 발명 방법은 바람직하게는 각 다발의 조방사의 관련 수, 특정한 복합 변곡부 충전재를 구성하는 다발의 관련 수, 각 조방사의 관련 크기/실 수(yarn count) 등을 변경시킬 수 있으므로, 다양하게 다른 형상(shapes)과 구조(geometries)들이 아주 유연한 구조(geometry)로 구현될 수 있다. 이에 따라 동일한 도구와 부분적으로 동일한 재질을 사용하여, 심지어 가변 단면 형상을 가지는 구조이더라도 많은 다른 구조들이 구현될 수 있는데, 여기서 조방사 다발은 예를 들어 특정한 복합 변곡부 충전재에 국부적으로 추가된다.
특히 본 발명 방법은 복합 변곡부 충전재의 형상의 어떤 변화에도 아주 용이하게 맞출 수 있다. 임의의 가능한 밀도를 가지는 임의의 종류의 섬유가 사용될 수 있으며, 다양한 크기/직경의 조방사 다발의 제조에 결합될 수 있다. 적응된 구조의 도구를 사용하여 관련 제조 라인을 변경할 필요 없이 변곡부 충전재의 어떤 구조라도 제조할 수 있다.
본 발명 방법이 불연속 방식으로 수행되면, 예를 들어 제1 비틀린 조방사 다발이 적절한 제조 라인에서 준비되고 특정한 복합 변곡부 충전재를 제조하는 제조 도구에 수동으로 위치된다. 그 다음 제2 비틀린 조방사 다발이 준비되어 제조 도구 상에 위치되고, 특정한 복합 변곡부 충전재의 제조에 필요한 모든 비틀린 조방사 다발이 제조 도구 상에 위치될 때까지 이를 반복함으로써 복합 변곡부 충전재의 소정의 성형(form-shaping)이 수행될 수 있다.
그러나 본 발명 방법이 연속으로 수행되면, 복합 변곡부 충전재는 완전히 자동 및 연속적으로 제조될 수 있다. 그럼에도 불구하고 관련 제조 원리는 동일할 것이다. 각 비틀린 조방사 다발이 준비되면, 이들은 예를 들어 진공 컵(suction cup)에 의해 제조 라인에서 제거되고 제조 도구가 자동으로 배치된다. 그러면 비틀린 조방사 다발이 준비되었던 특정한 캐리어(carrier)가 제조 라인의 시작부로 복귀한다. 이 이송은 바람직하게는 컨베이어를 사용하여 자동으로 수행되지만 수동으로 수행될 수도 있다.
이와는 달리, 조방사 다발이 준비되고, 비틀림되어, 예를 들어 증착된(deposited) 점착제/바인더를 용융시켜 대응하는 비틀림 상태로 고정하여 냉각시키고, 예를 들어 전용 용기 내에 저장된다. 후속 단계에서 최종 요구되는 형상과 변곡부 충전재 특성에 따라 저장된 비틀린 조방사 다발의 다른 종류를 사용하여 원하는 복합 변곡부 충전재가 제조될 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 복수의 조방사를 결합하여 막대기형 조방사 다발을 형성하기 전에, 각 조방사에는 점착제, 바인더 및/또는 수지의 적어도 하나의 코팅이 제공된다.
바람직하게는, 점착제/바인더는 제조 중에 조방사 상에 제공된다. 이는 관련 예비 성형물이 후속 단계에서 조립될 경우 유용하다.
다른 바람직한 실시예에 의하면, 막대기형 조방사 다발의 그 종축 둘레로의 비틀림은 막대기형 조방사 다발의 제1 축방향 단부를 고정적으로 파지(holding)하는 단계와, 제1 축방향 단부를 종축 둘레로 막대기형 조방사 다발의 길이 미터당 5 내지 30회, 바람직하게는 15 내지 25회 회전시키는 단계를 구비한다.
다른 바람직한 실시예에 의하면, 복합 변곡부 충전재를 위한 막대기형 조방사 다발의 제조 방법은 코팅된 점착제, 바인더 및/또는 수지를 활성화시켜 막대기형 조방사 번들을 비틀린 상태로 고정(freezing)시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하는 이하의 설명의 예시를 통해 개괄될 것이다. 첨부된 도면에서, 동일하거나 동일하게 기능하는 요소와 부재들은 동일한 참조 번호와 문자가 부여되고, 이에 따라 이하의 설명에서 한번만 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 복합 변곡부 충전재가 구비된 스킨-스티프너 천이부 조립체를 보이는 단면도,
도 2는 도 1의 복합 변곡부 충전재를 보이는 사시도,
도 3은 도 2의 복합 변곡부 충전재의 예시적 단면 형상을 보이는 단면도들, 그리고
도 4는 도 2의 복합 변곡부 충전재를 제조하기 위한 제조 공정을 보이는 개략도이다.
도 1은 예를 들어 섬유 보강 직물 플라이들(fiber-reinforced fabric plies)들로 제조된, 기본적으로 L-형인 2개의 예비 성형물(preform; 2, 3)을 구비하는 예시적 외부 보강 중간 조립체(skin-stiffener transition assembly; 1)를 도시한다. 2개의 기본적으로 L-형인 예비 성형물(2, 3)들은 바람직하게는 서로 부착되어 예를 들어 비행기 구조(도시 안됨)의 플랜지(flange) 등의 스티프너(6)를 형성한다. 또한, 2개의 기본적으로 L-형인 예비 성형물(2, 3)들은 바람직하게는 스킨-스티프너 천이부 조립체(1)의 스킨(4)에 접착에 의해 부착된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 복합 변곡부 충전재(5)가 스킨-스티프너 천이부 조립체(1)의 2개의 기본적으로 L-형인 예비 성형물(2, 3)과 스킨(4) 사이에 존재하는 빈 공간(void space; 1a) 내에 구비된다. 이러한 복합 변곡부 충전재(5)는 바람직하게는 스킨-스티프너 천이부 조립체의 접착 분리(debonding)나 적층 분리(delamination)에 저항하는 역할을 한다.
이 복합 변곡부 충전재(5)는 바람직하게는 헬리콥터 기체, 헬리콥터 구조 부품, 항공기 문, 항공기 기수(fuselage)와 캐빈(cabin) 구조 및/또는 비항공기 분야의 스킨-스티프너 천이부 조립체(1)에 사용되는 수지 주입 CFRP 구조의 예비 성형물을 형성하는데 사용된다. 바람직하게는, 2개의 기본적으로 L-형인 예비 성형물(2, 3)과 스킨(4)은 동일한 재질로 제조된다. 2개의 기본적으로 L-형인 예비 성형물(2, 3)과 스킨(4)의 각각은 바람직하게는 적층 플라이 층(laminate ply stacking)으로 간주된다.
도 2는 도 1의 복합 변곡부 충전재(5)를 도시하는데, 이는 도 1의 스킨-스티프너 천이부 조립체(1)의 빈 공간(1a)을 충전하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 복합 변곡부 충전재(5)는 비교적 날카로운 3개의 모서리를 가지는 대칭 삼각형 단면 형상을 가지는데, 도 2에서 (a)와 (b)의 2개의 다른 투사각으로 도시되어 있다.
바람직하게는, 복합 변곡부 충전재(5)는 복수의 긴(elongated), 막대기형(rod-like) 조방사(粗紡絲) 다발(roving bundle)들을 구비한다. 도시의 간단 명료성을 위해 이 복수의 긴 막대기형 조방사 다발 중 7개의 조방사 다발만이 도시되어 7a-7g로 참조 번호가 부여되었다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 조방사 다발(7a-7g)들은 조방사 다발의 적층(stack)(7)을 형성하고, 예를 들어 도 1의 빈 공간(1a)의 관련 형상에 대응하는 미리 결정된 단면의 변곡부 충전재 형상으로 압착된다. 바람직하게는 복수의 조방사 다발들(7a-7g) 중의 적어도 하나, 더욱 바람직하게는 모든 조방사 다발들이 그 종축 둘레로 비틀림된다. 도시의 목적과 도면의 간단 명료성을 위해, 한 조방사 다발(7f)만이 예시의 목적상 종축(7h)과 함께 도 2(B)에 도시되어 있다.
본 발명의 문맥에 있어서 "비틀린(twisted)"라는 용어는 긴 막대기형 조방사 다발(7f)의 양단을 고정하고 고정단 중의 하나를 그 종축(7h)에 대해 회전시키는 경우 얻을 수 있는 성형(shape-forming)을 지칭함에 주목해야 한다. 이에 따라 조방사 다발(7f)의 관련 섬유들은 그 종축(7h)에 둘레로 나선형(helically or spirally)으로 감겨 있다.
또한 모든 조방사 다발(7a-7e 및 7g)의 구성과 성형은 적어도 조방사 다발(7f)의 소정의 제조 허용오차 내에 있음에도 주목해야 한다. 그러므로 간결성(brevity and conciseness)을 위해 이하에서는 조방사 다발 적층(7)의 모든 조방사 다발(7a-7g)의 대표로 한 조방사 다발(7f)만을 더 상세히 설명한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 조방사 다발(7f)은 그 종축을 따라 적어도 거의 직선(rectilinear)이고 조방사들(도 4의 15)로 구성된다. 각 조방사는 바람직하게는 점착제, 바인더 및/또는 수지 코팅 중의 적어도 하나를 구비한다.
바인더는 바람직하게는 열가소성 및/또는 열경화성 재질에 기초한다. 바람직하게는, 바인더는 에폭시 기반이거나 및/또는 나노구조(nanostructure)로 변형된 것이다. 수지는 바람직하게는 에폭시 및/또는 열가소성 재질을 포함한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 조방사 다발(7f)을 구성하는 조방사(도 4의 15)는 탄소 섬유를 포함한다. 조방사 다발(7f)은 바람직하게는 탄소 섬유가 종축(7h)을 따라 0°가 아닌 방향을 나타내도록 그 종축(7h) 둘레로 비틀려진다. 바람직하게는 조방사 다발(7f)은 조방사 다발(7f)의 길이 미터당 종축(7h) 둘레로 5 내지 30회, 더 바람직하게는 15 내지 25회 비틀린다.
도 3은 도 2의 조방사 다발의 적층(7)을 가지는 도 2의 복합 변곡부 충전재(5)를 8개의 예시적 단면 형상으로 도시하는데, 이들은 도 3에 (a) 내지 (h)로 표시되어 있다. 이들 예시적 단면 형상들은 바람직하게는 직각 삼각형(half triangle), 비대칭 삼각형, 대칭 삼각형, 그리고 사다리꼴을 포함한다. 하지만, 도 2의 예시적인 대칭 삼각형 단면 형상과 마찬가지로 이들 단면 형상들은 단순히 예시이며 본 발명을 이로 제한하는 것이 아님에 주목해야 한다. 그 반대로 복합 변곡부 충전재(5)의 다양한 다른 형상과 구조들이 마찬가지로 고려될 수 있다.
더 구체적으로, 도 3의 (a)는 예시적인 직각(right) 삼각형을 도시하고 있는데, 이는 반(half) 삼각형으로도 지칭된다. 이 직각 삼각형 형상에 따라, 복합 변곡부 충전재(5)는 바람직하게는 서로 적어도 거의 직교하는 2개의 평탄면(flat side; 8a, 8b)과 한 만곡면(curved side; 8c)을 가진다. 이 직각 삼각형 형상은 예를 들어 2개의 날카로운 모서리와 한 직각 모서리를 구비한다.
도 3의 (b)는 비대칭 삼각형 단면 형상을 도시한다. 이 비대칭 삼각형 단면 형상에 의하면, 복합 변곡부 충전재(5)는 단일한 평탄면(8a)과 한 만곡면(8c)과 다른 만곡면(8d)을 가지는데, 이 면이 만곡면(8c)보다 길어 비대칭을 형성한다. 이 비대칭 삼각형 단면 형상은 예를 들어 3개의 날카로운 모서리를 구비한다.
도 3의 (c)는 예시적인 사다리꼴 단면 형상을 도시한다. 이 사다리꼴 단면 형상에 의하면, 복합 변곡부 충전재(5)는 바람직하게는 서로 적어도 거의 평행하며 2개의 만곡면(8c, 8d)으로 연결되는 두 평탄면(8a, 8b)을 구비한다. 이 사다리꼴 단면 형상은, 예를 들어 2개의 날카로운 모서리와 2개의 평탄한 모서리를 구비한다.
도 3의 (d)는 대칭 삼각형 단면 형상을 예시하는데, 조방사 다발 적층(7)은 다른 크기, 더 구체적으로 복합 변곡부 충전재(5)의 각 위치에 따라 상이한 직경을 가지는 조방사 다발들을 포함한다. 그러나 도시의 간단 명료성을 위해 2개의 막대기형 조방사 다발만이 상이한 직경을 가지는 것으로 도시되어 9a, 9b의 참조 번호가 부여되어 있다. 다른 크기의 조방사 다발을 가지는 이 대칭 삼각형 단면 형상에 의하면, 복합 변곡부 충전재(5)는 단일한 평탄면(8a)과 예를 들어 동일한 길이를 가지는 2개의 만곡면(8c, 8d)을 포함하며, 3개의 날카로운 모서리를 포함한다.
도 3의 (e)는 적어도 하나의 섬유 플라이(fiber play; 10)가 조방사 다발 적층(7)에 삽입된 대칭 삼각형 단면 형상을 예시한다. 예시의 목적상 적어도 하나의 섬유 플라이(10)가 바(bar) 또는 라스(lath) 형으로 조방사 다발 사이, 즉 도시된 바와 같이 각 다발 층 사이에 삽입되거나 예를 들어 도 1의 스킨-스티프너 천이부 조립체(1)의 2개의 기본적으로 L형인 예비 성형물(2, 3)과 스킨(4) 등의 주변 부재들에 접촉(interface with)될 수 있다. 이 대칭 삼각형 단면 형상에 의하면, 복합 변곡부 충전재(5)는 단일한 평탄면(8a)과 예를 들어 동일한 길이를 가지는 2개의 만곡면(8c, 8d)을 구비하며, 3개의 날카로운 모서리를 가진다.
도 3의 (f)는 조방사 다발 적층(7)이 각각 위에 설명한 예들에 비해 큰 직경을 가지는 비교적 큰 크기의 조방사 다발들을 포함하는 대칭 삼각형 단면 형상을 예시한다. 그러나 간단 명료성을 위해 비교적 큰 크기를 가지는 다발 중 한 막대기형 조방사 다발만이 참조 번호 9c로 지시되어 있음이 주목되어야 한다. 이 비교적 큰 크기의 조방사 다발들을 가지는 대칭 삼각형 단면 형상에 의하면, 복합 변곡부 충전재(5)는 단일한 평탄면(8a)와 예를 들어 동일한 길이를 가지는 2개의 만곡면(8c, 8d)을 구비하여, 3개의 날카로운 모서리를 가진다.
도 3의 (g)는 단면 형상이 더 큰 조방사 다발을 가지거나 및/또는 더 많거나 적은 조방사 다발들을 가지도록 변화되는 단면(11a, 11b)을 가지는 대칭 삼각형 단면 형상을 예시한다. 예를 들어, 조방사 다발 적층(7)은 단면(11b)에 단면(11a)보다 많은 조방사 다발들을 구비한다.
도 3의 (h)는 조방사 다발 적층(7)에 삽입된 적어도 하나의 예를 들어 3개의 비틀리지 않은 막대기형 조방사 다발(12a-12c)을 가지는 대칭 삼각형 단면 형상을 예시한다. 바람직하게는 3개의 비틀리지 않은 막대기형 조방사 다발(12a-12c)은 단방향성(unidirectional) 섬유로 구성되어 조방사 다발들 사이, 즉 복합 변곡부 충전재의 중앙에 배치되어 관련 강성을 증가시키게 된다. 이러한 단면 형상은 예를 들어 도 1의 스킨-스티프너 천이부 조립체(1)의 2개의 L-형 예비 성형물(2, 3)와 스킨(4) 등과 같이 주변 부재들과의 접속부에 균열 발생을 방지하면서 높은 강성을 요구하는 명확한(well-defined) 응용 분야에 특히 유용하다.
도 4는 예를 들어 도 1 내지 도 3의 복합 변곡부 충전재(5) 등의 본 발명 복합 변곡부 충전재를 위한 비틀린 막대기형 조방사 다발, 예를 들어 도 2의 조방사 다발(7a-7g)을 제조하는 예시적 제조 라인(production line; 13)을 도시하고 있다. 더 구체적으로 이와 같이 비틀린 막대기형 조방사 다발을 설명하기 위해, 제조 라인(13)은 4개의 분리된 예시적 제조 단계로 도시되었고, 이들은 도 4에 (a) 내지 (d)로 참조 번호가 부여되어 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 제조 라인(13)은 제조 플랫폼(13a)을 구비하는데, 이는 바람직하게는 코팅실(application chamber; 16)과 안내 도구(17)를 통해 스풀 군(spool tree; 14)에 결합된다. 제조 플랫폼(13a)은 적어도 하나, 바람직하게는 복수의 다발 캐리어(bundle carrier; 18a, 18b, 18c)를 이송하도록 구성되고 적어도 하나의 회전 장치(23)와 적어도 하나의 절단기(cutter; 24)를 구비한다. 바람직하게는, 각 다발 캐리어(18a, 18b, 18c)는 관련 고정점(fixing point)들과 가열 수단을 구비한다, 예를 들어, 다발 캐리어(18a)는 그 축방향 단부 고정점(20a, 20b)과 가열 수단(21a, 21b)을 구비한다. 마찬가지로 다발 캐리어(18b)는 그 축방향 단부 고정점(20c, 20d)과 가열 수단(21c, 21d)을 구비한다.
고정점(20a, 20b, 20c, 20d)은 가열 수단(21a, 21b, 21c, 21d)에 의한 가열 및/또는 적어도 하나의 회전 장치(23)에 의한 회전 역시 수행될 수 있는 점임을 주목해야 한다. 그러므로 고정점(20a, 20b, 20c, 20d)은 "가열점" 및/또는 "회전점"으로 지칭될 수도 있다.
도 4의 (a)는 초기 방법 단계를 도시하는데, 바람직하게는 탄소 섬유로 제조되어 개시 재료(start material)로 사용되는 스풀 군(14) 상의 조방사(15)가 스풀 군으로부터 코팅실(16)로 안대된다. 이 조방사(15)들은 코팅실(16) 내에서 바람직하게는 점착제, 바인드 및/또는 수지 중의 적어도 하나가 코팅된다, 이에 따라 코팅실(16)은 안전 문제로 공기 추출(air extraction)이 가능한 폐쇄실(closed chamber)로 구현된다.
더 구체적으로, 각 조방사(15)에는 분말 상태의 점착제/바인더가 제공되거나 수지가 침지 코팅(dip coating)이나 소위 수지 침투에 사용되는 임의의 적절한 공지 또는 미지의 공정으로 코팅된다. 그러나 이와는 달리 상업적으로 취득 가능한 점착제/바인더가 함유된 섬유 또는 상업적으로 취득 가능한 수지 침투 섬유가 사용될 수 있어서 코팅실(16)이 생략될 수도 있음에 유의해야 한다.
코팅실(16)을 통과한 뒤, 조방사(15)는 안내 도구(17)를 통해 다발 캐리어로 안내되어 막대기형 조방사 다발을 형성하도록 거기에 결합된다. 도 4의 (a)에서 조방사(15)는 다발 캐리어(18a) 상에 결합되어 조방사 다발(19a)을 형성한다. 그러므로 조방사(15)는 바람직하게는 늘어짐(sagging) 없이 고정점(20a, 20b)에 고정 부착된다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 전체 8개의 조방사(15)들이 다발 캐리어(18a) 상에서 조립되어 조방사 다발(19a)을 형성(define)한다. 그러나 도 1 내지 도 3의 복합 변곡부 충전재(5)의 관련 응용분야와 소요 최종 형상과 구조에 따라, 더 많거나 적은 수의 조방사(15)가 조방사 다발(19a)로 조립될 수 있다.
예시적 목적으로, 다발 캐리어(18b) 상에 조방사 다발(19b)이 도시되어 있는데, 이는 고정점(20c, 20d)에 고정 부착되어 있다. 다발 캐리어(18b)는 예를 들어 제조 플랫폼(13a)의 한 위치에 배치되는데, 여기서 고정점(20d)은 적어도 하나의 회전 장치(23)에 연결된다. 조방사 다발(19a, 19b)들은 바람직하게는 각각 종축(22a)을 형성한다.
도 4의 (b)는 후속 방법 단계를 도시하는데, 여기서 조방사 다발(19b)은 비틀린 막대기형 조방사 다발(도 4의 (c) 및 (d)의 26e)을 형성하기 위해 관련 종축(22a) 둘레로 비틀린다. 그러므로 고정점(20d)은 적어도 하나의 회전 장치(23)에 의해 종축(22a) 둘레의 소정의 회전 방향(27)으로 회전하는 반면 고정점(20c)은 정지 상태를 유지한다.
더 구체적으로, 관련 종축(22a) 둘레로의 조방사 다발(19b)의 비틀림은 바람직하게는 조방사 다발(19b)의 제1 축방향 단부를 고정점(20c)에 의해 고정 파지하는 단계와 고정점(20d)에 의해 제2 단부를 고정점(22a)에 의해 조방사(15)가 더 이상 0°방향에 있지 않도록 소정의 횟수만큼 종축(22a) 둘레로 회전시키는 단계를 포함한다. 이 소정의 회전수는 조방사 다발(19b)의 길이 미터당 바람직하게는 5 내지 30회, 더 바람직하게는 15 내지 25회의 양이다.
바람직하게는, 제2 축방향 단부를 소정 횟수만큼 회전시켜 조방사 다발(19b)가 비틀리고 나면, 코팅된 점착제, 바인더 및/또는 수지가 활성화되어 조방사 다발(19b)을 비틀림 상태로 고정(freezing)하게 된다. 이 활성화는 바람직하게는 조방사 다발(19b)의 양단을 예를 들어 가열 수단(21c, 21d)을 사용하여 가열함으로써 수행된다. 이 경우, 탄소 섬유가 열 전도성이므로 열이 조방사 다발(29b)의 전체에 전달되어 코팅된 점착제, 바인더 및/또는 수지가 용융되어, 다시 냉각되고 난 후에는 조방사 다발(29b)을 비틀린 상태로 고정한다. 이와는 달리, 예를 들어 적외선 히터 등의 임의의 열원을 사용하여 조방사 다발(19b)이 전체적으로 가열될 수도 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 다발 캐리어(18a)가 다발 캐리어(18b) 방향으로 이동, 즉 화살표(25a)로 도시된 바와 같이 적어도 하나의 회전 장치(23)를 향해 이동된다. 이 이동은 종축(22a)을 따라 수행되는데, 이에 따라 종축은 다발 캐리어(18a)의 이동 경로를 형성(define)한다.
도시된 바와 같이, 다발 캐리어(18a)를 화살표(25a) 방향으로 이동시킴으로써 다음 조방사 다발(19c)이 제조 플랫폼(13a) 상으로 끌려온다. 그 다음 조방사 다발(19c)은 후속적으로 다발 캐리어(28c)에 고정 부착될 것이다.
도 4(C)는 더 후속적인 방법 단계를 도시하는데, 이제 참조번호 26e로 지시될 비틀린 상태의 조방사 다발(19b)이 실린 다발 캐리어(18b)가 화살표(25b)로 지시된 바와 같이, 비틀린 조방사 다발(26e)이 이동 경로(22b) 상에 위치하는 위치를 향해 제조 플랫폼(13a) 상에서 횡방향으로 이동된다. 이 위치에서, 비틀린 조방사 다발(26e)은 바람직하게는 냉각 후 다발 캐리어(18b)로부터 제거되고, 다른 비틀린 조방사 다발(26a, 26b, 26c, 26d)들과 함께 저장이나 성형 도구(form-shaping tool)를 위해 쌓이게 되는데, 성형 도구에서 예를 들어 비틀린 조방사 다발(26a-26e)들을 압착시킴으로써 도 1 내지 도 3의 복합 변곡부 충전재(5)가 예비 성형된다.
도 4(D)는 더 후속적인 방법 단계를 도시하는데, 여기서 비틀린 조방사 다발(26e)이 다발 캐리어(18b)에서 제거된 후, 화살표(25c)로 지시한 바와 같이 다발 캐리어(18b)가 이동 경로(22b)를 따라 다발 캐리어(18c)의 방향으로 이동된다. 다발 캐리어(18c)는 다음 조방사 다발(19c)을 향한 방향(25d)으로 이동하여, 이에 따라 조장사 다발(19c)이 다발 캐리어(18c) 상에 배치되어 거기에 고정 부착될 수 있다.
또한, 절단기(24)가 다발 캐리어(18a) 상에 배치된 조방사 다발(19a)을 절단하도록 활성화된다. 조방사 캐리어(18a)는 이어서 이동 경로(22a)를 따라 적어도 하나의 회전 장치(23)를 향한 방향(25a)으로 이동하고, 거기서 조방사 다발(19a)은 상술한 조방사 다발(29c)과 유사하게 처리된다.
도 4의 (a) 내지 (d)를 참조하여 설명한 모든 방법 단계들은 이상에 설명한 바와 같이 연속적 방식으로 자동으로 수행되거나 이와는 달리 적어도 부분적으로 불연속적인 방식으로 수동으로 수행될 수도 있음이 주목되어야 한다. 뿐만 아니라, 추가적 변경도 당업계의 통상의 지식을 가진 자의 상식의 범위에 들어올 수 있는데, 이에 따라 이들 역시 본 발명의 일부로 간주된다.
1: 스킨-스티프너 천이부 조립체(skin-stiffener transition assembly)
1a: 빈 공간(void space)
2: 제1 L-형 섬유 플라이 적층(first L-shaped laminate of fiber plies)
3: 제2 L-형 섬유 플라이 적층(second L-shaped laminate of fiber plies)
4: 스킨(skin)
5: 복합 변곡부 충전재(composite radius filler)
6: 스티프너(stiffener)
7: 비틀린 조방사 다발의 적층(stack of twisted roving bundles)
7a 내지 7g: 비틀린 조방사 다발(stacked twisted roving bundles)
7h: 종축(longitudinal axis)
8a, 8b: 평탄면(flat sides)
8c, 8d: 만곡면(curved sides)
9a, 9b, 9c: (다른 크기를 가지는) 비틀린 조방사 다발(stacked twisted roving bundles with differing sizes)
10: (삽입된) 섬유 플라이(inserted fiber ply)
11a, 11b: (변화되는) 단면(varying cross sections)
12a, 12b, 12c: (스티프너 중심의) 조방사 다발(stiffer center bundles)
13: (비틀린 조방사 다발) 제조 라인(twisted roving bundle production line)
13a: 제조 플랫폼(production platform)
14: 스풀 군(spool tree)
15: 조방사(粗紡絲; rovings)
16: 코팅실(application chamber)
17: 안내 도구(guide tool)
18a, 18b, 18c: 다발 캐리어(bundle carriers)
19a, 19b, 19c: 조방사 다발(roving bundles)
20a, 20b, 20c, 20d: 고정점(fixing points)
21a, 21b, 21c, 21d: 가열 수단(heating means)
22a, 22b: (다발 캐리어) 이동 경로(bundle carrier movement paths)
23: 회전 장치(rotation device)
24: 절단기(cutter)
25a, 25b, 25c, 25d: (다발 캐리어) 이동 경로(bundle carrier movement directions)
26a 내지 26e: 비틀린 조방사 다발(twisted roving bundles)
27: 회전 방향(rotation direction)

Claims (15)

  1. 외부 보강 중간 조립체(1)의 빈 공간(1a)을 충전하는 복합 변곡부 충전재(5)에 있어서,
    미리 결정된 단면의 변곡부 충전재 형상으로 압착되는 복수의 막대기형 조방사 다발(7a-7g)을 구비하고,
    상기 복수의 막대기형 조방사 다발(7a-7g)들 중의 적어도 하나의 막대기형 조방사 다발(7f)이 그 종축(7h) 둘레로 비틀리는 것을 특징으로 하는, 복합 변곡부 충전재.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 막대기형 조방사 다발(7f)이 탄소 섬유를 포함하는 조방사(15)로 구성되고, 상기 탄소 섬유가 종축(7h)을 따라 0°가 아닌 방향을 나타내도록 상기 적어도 하나의 막대기형 조방사 다발(7f)이 종축(7h) 둘레로 비틀리는 것을 특징으로 하는 복합 변곡부 충전재.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 막대기형 조방사 다발(7f)이 상기 종축(7h)을 따라 적어도 거의 직선인 것을 특징으로 하는 복합 변곡부 충전재.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 막대기형 조방사 다발(7f)이, 각각 점착제, 바인더 및/또는 수지 중의 적어도 하나가 코팅된 조방사(15)로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 변곡부 충전재.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 바인더가 열가소성 및/또는 열경화성 재질에 기반하는 것을 특징으로 하는 복합 변곡부 충전재.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 바인더가 에폭시 기반 및/또는 나노구조로 변형된 것인 것을 특징으로 하는 복합 변곡부 충전재.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 수지가 에폭시 및/또는 열가소성 재질인 것을 특징으로 하는 복합 변곡부 충전재.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 막대기형 조방사 다발(7f)이 종축(7h) 둘레로 상기 적어도 하나의 막대기형 조방사 다발(7f)의 길이 미터당 5 내지 30회 비틀리는 것을 특징으로 하는 복합 변곡부 충전재.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 단면의 변곡부 충전재 형상이 직각 삼각형, 비대칭 삼각형, 대칭 삼각형, 사다리꼴 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 변곡부 충전재.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 막대기형 조방사 다발(7a-7g)들이 상이한 직경을 가지는 적어도 2개의 막대기형 조방사 다발(9a, 9b)을 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 변곡부 충전재.
  11. 제1 항에 있어서,
    적어도 하나의 섬유 플라이(10) 및/또는 적어도 하나의 비틀리지 않은 막대기형 조방사 다발(12a-12c)이 구비되는 것을 특징으로 하는 복합 변곡부 충전재.
  12. 외부 보강 중간 조립체(1)의 빈 공간(1a)을 충전하는 복합 변곡부 충전재(5)를 제조하는 방법에 있어서,
    복수의 조방사(15)를 결합하여 막대기형 조방사 다발(19b)을 형성하는 단계;
    비틀린 막대기형 조방사 다발(7f)를 형성하기 위해, 상기 막대기형 조방사 다발(19b)을 결합된 종축(22a) 둘레로 비틀음으로써, 각각 제조된 막대기형 조방사 다발(7f)을 포함하는 복수의 막대기형 조방사 다발(7a-7g)을 제조하는 단계;
    복수의 막대기형 조방사 다발(7a-7g)을 미리 결정된 단면의 변곡부 충전재 형상으로 압착함으로써 복합 변곡부 충전재(5)를 형성하는 단계를 포함하는, 복합 변곡부 충전재의 제조 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    복수의 조방사(15)를 결합하여 막대기형 조방사 다발(19b)을 형성하는 단계 전에, 각 조방사(15)에 점착제, 바인더 및/또는 수지 중의 적어도 하나가 코팅되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 변곡부 충전재의 제조 방법.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 막대기형 조방사 다발(19b)을 상기 결합된 종축(22a) 둘레로 비트는 단계는, 상기 막대기형 조방사 다발(19b)의 제1 축방향 단부를 고정 파지하고 제1 축방향 단부를 그 종축 둘레로 상기 막대기형 조방사 다발(19b)의 길이 미터당 5 내지 30회 비트는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 변곡부 충전재의 제조 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 막대기형 조방사 다발(19b)이 비틀린 상태로 고정되도록 상기 점착제, 바인더 및/또는 수지의 코팅을 활성화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 변곡부 충전재의 제조 방법.
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