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KR102617081B1 - 등방성 측압 차폐된 컴포지트 강화 - Google Patents

등방성 측압 차폐된 컴포지트 강화 Download PDF

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KR102617081B1
KR102617081B1 KR1020207019804A KR20207019804A KR102617081B1 KR 102617081 B1 KR102617081 B1 KR 102617081B1 KR 1020207019804 A KR1020207019804 A KR 1020207019804A KR 20207019804 A KR20207019804 A KR 20207019804A KR 102617081 B1 KR102617081 B1 KR 102617081B1
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엑스텍 리미티드
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Abstract

컴포지트 라미네이트 스택 재료로부터 탄도 물품의 제조에 사용하기 위한 몰드로서, 몰드는, 오토클레이브 내에 있을 때 가해지는 등방성 압력으로부터 컴포지트 라미네이트 스택 재료의 측면들을 차폐하기 위해, 외부 허가 섹션과 함께 안착되는 슬라이딩 밀봉 섹션과 베이스 섹션을 구비한다. 컴포지트 라미네이트 스택 재료의 측면들의 차폐에 의해, 과잉 수지 매트릭스 재료는 컴포지트 라미네이트 스택 재료로부터 강제될 수 있어서 감소된 중량과 감소된 두께를 가진 균일한 컴포지트 물품을 제공할 수 있다.

Description

등방성 측압 차폐된 컴포지트 강화
본 발명은 차폐된 컴포지트(shielded composite) 강화에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 등방성(isostatic) 측압(side-pressure) 차폐된 컴포지트 강화에 관한 것이다.
수년 동안, 컴포지트 라미네이트들을 형성하기 위한 열가소성 및 열경화성 물질들의 강화(consolidation)는, 상승된 압력과 온도를 동시에 적용하여 수행되고 있다. 이러한 강화 공정은 열적으로 조절된 플래턴(platen)을 가진 유압 프레스 또는 가압되고 열적으로 조절된 가스를 가진 오토클레이브(autoclave) 내에서 일반적으로 적용된다.
흔히 '유압 축 프레싱(hydraulic axial pressing)'으로 명명되는, 열적으로 조절된 플래턴이 장착된 유압 프레스 내의 라미네이트들의 강화는, 보통 대향하는 강성 표면들을 통해 높은-강도(high-magnitude)의 강화 압력이 적용된다. 이러한 높은-강도의 강화 압력은 흔히 고성능 컴포지트 라미네이트들의 생산과 관련된다. 방탄(ballistic protection) 라미네이트들의 생산과 같은 일부 분야들에서, 유압 축 프레싱은 내침투성(resistance to penetration)이 상대적으로 높은 컴포지트 물품들을 제조할 수 있다. 그러나, 유압 축 프레싱은, 느린 생산 속도, 고비용의 공구 셋팅, 탄도(ballistic) 테스트 결과들과 관련된 비교적 높은 표준 편차(SD)와 같은 제한들이 있다.
흔히 '오토클레이빙(autoclaving)'으로 명명되는, 가압되고 열적으로 조절된 가스를 함유하는 오토클레이브 내의 라미네이트들의 강화는, 보통 낮은-강도(low-magnitude)의 등방성 강화 압력이 적용된다. 이러한 오토클레이빙 공정은 산업계에서 널리 사용되고, 부품들의 대량 생산과 중요 부품의 일괄(batch) 생산과 관련된다. 방탄 라미네이트들의 생산과 같은 일부 분야들에서, 오토클레이빙은 적절한 라미네이트 밀봉 섹션을 달성하기 위해서 매트릭스(수지)의 비율이 비교적 높을 필요와 같은 제한들이 있을 수 있다. 가장 중요한 것은, 오토클레이빙은 내침투성이 상대적으로 낮은 컴포지트 물품들의 생산과 관련된다.
오토클레이빙 공정의 적응은 기체 유체를 액체 유체로 대체하고, 이어서 강화 압력으로 공압(pneumatic)을 적용하는 것을 강화 압력으로 유압을 적용하는 것이다. 이러한 압력의 적용에서, 가압된 액체 유체를 함유하는 프로세싱 챔버(volume)는 '하이드로클레이브(hydroclave)'로 명명되고, 공정은 '하이드로 클레이빙(hydrocaving)'으로 명명된다. 하이드로클레이빙 방식은 미국 특허 US 8,979,523 B2에 개시된 바와 같이 공지된 컴포지트 강화 공정 내에 이용된다. 이러한 공정은 오토클레이빙의 생산 효율성과 유압 축 프레싱의 높은-강도의 강화 압력을 결합시킨다.
WO2008/098771은 매우 특수한 조건들 하에서 라미네이트 재료의 스택을 강화시키기 위해 공지된 등방성 가압 공정들을 이용하는 성형 물품의 제조 방법을 개시하고, 이러한 제조 방법은 등방성 가압 수단 내에 특정의 라미네이트 재료들과 바인더들을 배치하는 단계 및 특정의 압력과 상승된 온도 하에서 강화시키는 단계를 포함한다.
방탄 라미네이트의 경우, 컴포지트 라미네이트 상에 높은-강도의 등방성 강화 압력을 적용하면, 생성되는 라미네이트의 내침투성에 치명적인 영향을 미칠 수 있는 것으로 밝혀졌다.
본 발명은 적층된 재료의 컴포지트 라미네이트의 측벽들에 대하여 강화 압력의 차폐를 제공할 수 있도록 구성된, 등방성 측압 차폐(Isostatic Side-Pressure Shielding: ISPS) 컴포지트를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정의 실시예 만을 설명하기 위한 것이고 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 예를 들어, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태 "하나"는 문맥상 명백하게 다르게 나타내지 않는 한 복수 형태도 포함하도록 의도된다. 본 명세서에서, "포함하는" 및/또는 "구비하는"이라는 용어들은 언급된 특징들, 단계들, 동작들, 요소들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 단계들, 동작들, 요소들, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것은 아님을 이해할 것이다. 본 명세서에 사용된 용어 "및/또는"은 하나 이상의 관련하여 열거된 항목들의 임의의 그리고 모든 조합들을 포함하고, "/"로 약칭될 수 있다.
"하부", "하위", "아래", "상부", "상위", "위" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어들은 도면들에 예시된 다른 요소(들) 또는 특징(들)과의 하나의 요소 또는 특징을 기술하기 위해 설명의 편의상 본 명세서에 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어들은 사용되는 디바이스의 상이한 방위들 또는 도면들에 도시된 방위에 부가되는 방위를 포섭하는 것을 의도하는 것을 이해할 것이다.
본 발명은, Kevlar®와 같은 아라미드 재료, Ineggra®와 같은 고탄성 폴리에틸렌(HMPE) 재료, HMPP(고탄성 폴리프로필렌), Dyneema®와 같은 초고 분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 또는 등압성 압력에 의한 강화 하의 다른 적절한 탄도 라미네이트 재료와 같은 합성 섬유들로 되어 있지만 이에 한정되지 않은 프리-프레그(pre-preg) 재료일 수도 있고 그렇지 않을 수도 있는 적층된 재료의 컴포지트 라미네이트의 측벽들에 대하여 강화 압력의 차폐를 제공하기 위해 특별히 고안되었다. 필요한 경우, 수지 화합물의 층들은 스택 내의 층들일 수 있다. 측벽들이 차폐될 때, 라미네이트의 나머지 면(face)들 상에 작용하는 압력은, 보강 섬유들을 긴장시키는 작용에서 그 측벽들에서 라미네이트를 압출시키게 작동하는 압축을 제공한다. 생성되는 라미네이트는, 동일한 부피를 유지하면서, 더 얇고 주요 치수가 약간 가늘고 길게 된다. 강화 섬유들의 이러한 인장은 생성되는 라미네이트의 내침투성에 유리한 영향을 미치고, 등방적으로 강화된 라미네이트들에 대한 탄도 시험(ballistic testing) 결과들과 관련하여 비교적 낮은 표준 편차(SD)와 결합될 때, 탁월한 성능을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 등방성 측압 차폐(ISPS) 콤포지트 강화는, 라미네이트와 픽스처(fixture)가 함께 등방성 압력에 노출되는 동안 라미네이트의 측벽들을 압력으로부터 차폐하는 픽스처를 구비한다.
바람직하게, 픽스처는 라미네이트 측벽의 압력 차폐를 제공하는 둘레(circumferential) 측벽 섹션, 라미네이트의 곡률을 조절하는 봉입(enclosing) 프로파일 섹션 및 밀봉(sealing) 섹션을 포함한다. 둘레 측벽 섹션은 필요에 따라 임의의 형상을 취할 수 있다
바람직하게, 밀봉 섹션은 접촉하는 라미네이트 표면의 거의 모든 주변에 등방성 압력을 직접 적용할 수 있는 개구를 포함한다.
바람직하게, 봉입 프로파일 섹션과 밀봉 섹션은 모두 둘레 측벽 섹션과 비-측벽 라미네이트 면들과 접촉하고 둘레 측벽 섹션과 라미네이트의 측벽들 사이에 밀봉된 공극(void)을 형성한다. 밀봉 섹션과 봉입 프로파일 섹션은 압력 하에서 서로를 향해 이동할 수 있고, 바람직하게 그들의 대향하는 면들은 라미네이트 두께에 의해 영향을 받는 동일한 프로파일의 옵셋(offset)이다.
본 발명의 다양한 실시예들에서, 둘레 측벽 섹션과 봉입 프로파일 섹션이 결합될 수 있거나, 둘레 측벽 섹션과 밀봉 섹션이 결합될 수 있다.
작동시, 라미네이트와 픽스처는 전형적으로 재사용 가능한 실리콘 멤브레인으로 둘러싸이고, 실리콘 멤브레인은 일회용 플라스틱 백(bag) 내에 열-밀봉되고, 진공 하에서 내용물과 둘러싸는 것이 융합된다. 실리콘 멤브레인은 다수의 개별 섹션들로 구성될 수 있고, 라미네이트와 픽스처에 정확하게 맞도록 이상적으로 형성된다. 실리콘 멤브레인은 등방성 특성의 현저한 손실없이 적용된 압력을 노출되는 라미네이트와 픽스처 표면들로 전달할 수 있도록 충분히 부드럽다. 실리콘 멤브레인, 픽스처 및 라미네이트를 둘러싸는 열-밀봉된 일회용 플라스틱 백은, 동시에 제어된 등방성 고압 및 온도의 적용을 통해 주기적으로 ISPS를 사용하여 라미네이트를 강화시키며, 이상적으로 XTEK 사의 XTclave™ 컴포지트 강화 공정 내에서 이루어진다. 이어서, 라미네이트는 열-밀봉된 일회용 플라스틱 백, 실리콘 멤브레인 및 픽스처로부터 추출되고 전형적으로 마무리 공정을 거친다.
바람직하게, 둘레 측벽 섹션, 봉입 프로파일 섹션 및 밀봉 섹션은 금속, 금속 합금 또는 복합 재료와 같은 단단하고 강한 재료들로 구성된다. 더욱 바람직하게, 이들 물질들은 유리한 열전도성을 가져야 한다. 본 발명의 다양한 성공적인 실시예들은 스틸 합금(AS 1444-1996-4140), 알루미늄 합금(ASTM B 209 6061-T6) 및 내고온성 컴포지트 툴링 응용을 위해 설계된 탄소 섬유 강화 에폭시 수지 매트릭스(GMS Composites EP-250)를 사용하였다. 밀봉 섹션과 둘레 측벽 섹션 사이의 운동을 돕기 위해, 이황화 몰리브덴을 함유하는 리튬 그리스(grease)와 같은 윤활제를 사용하면 유리한 것으로 밝혀졌다.
바람직하게, 둘레 측벽 섹션은 비-원형(non-circular)이다.
바람직하게, 픽스처에 대한 압력의 적용은 둘레 측벽 섹션과 밀봉 섹션 및 봉입 프로파일 섹션 사이의 계면들을 폐쇄하는 작용을 한다. 더욱 바람직하게, 밀봉 섹션은 둘레 측벽 섹션과의 접촉을 유지하기 위해 압력 하에서 탄성 변형되도록 설계된다. 밀봉 작용에 에너지를 공급하기 위하여 적용되는 압력의 활용은 기능과 신뢰성을 향상시킨다.
ISPS 컴포지트 강화를 거치는 라미네이트의 유동성(fluidity)에 따라, 밀봉 섹션과 라미네이트 사이에 멤브레인을 위치시키는 것이 유리할 수 있다. 바람직하게, 멤브레인은 라미네이트의 전체 표면에 걸쳐 연장한다. 이러한 멤브레인은 밀봉 섹션과의 계면의 주변에서 라미네이트의 마킹(marking)을 최소화하는 기능을 한다. 본 발명의 다양한 성공적인 실시예들은 이러한 멤브레인을 위해 얇은(0.2mm) 황동(합금 C26000) 및 폴리카보네이트(0.5mm) 재료들을 사용하였다. 가장 중요하게, 이러한 멤브레인은 적용되는 압력을 노출된 라미네이트로 전달하고 등방성 특성의 상당한 손실없이 적절하게 부드러워야 한다.
본 발명의 다른 측면에서, 라미네이트 스택을 강화시킨 탄도 물품용 몰드(mold)가 제공되고, 이러한 몰드는, 슬라이딩 밀봉 섹션 및 내부 표면을 가진 둘레방향 상방으로 연장하는 측벽 및 베이스 프로파일 표면을 구비하는 베이스 프로파일 섹션을 구비하고, 둘레방향 상방으로 연장하는 측벽은 강화될 라미네이트 스택의 외부 치수보다 더 큰 내부 치수를 가지고, 슬라이딩 밀봉 섹션은 둘레방향 상방으로 연장하는 측벽의 내부 표면과 슬라이딩 끼워맞춤을 형성한다.
바람직하게, 밀봉 섹션은 라미네이트 스택의 측면들을 외부 압력으로부터 차폐한다.
바람직하게, 베이스 프로파일 섹션의 둘레방향 상방으로 연장하는 측벽의 내부 치수는 강화될 라미네이트 스택의 외부 치수보다 0.001mm 내지 25mm 더 크다.
바람직하게, 밀봉 섹션은 링(ring) 또는 밴드(band)이다.
바람직하게, 슬라이딩 밀봉 섹션은 링 또는 각진(angled) 프로파일을 가진 밴드이다.
바람직하게, 슬라이딩 밀봉 섹션은 링 또는 비스듬한(bevelled) 프로파일을 가진 밴드이다.
바람직하게, 슬라이딩 밀봉 섹션은 링 또는 "L"-형 프로파일을 가진 밴드이다.
바람직하게, 밀봉 섹션은 실질적으로 후프 또는 일정한 프로파일을 가진 밴드이다.
바람직하게, 밀봉 섹션은 변형가능하다.
바람직하게, 베이스 프로파일 섹션은 2개의 조각(piece)들이다.
바람직하게, 베이스 프로파일 섹션은, 베이스 프로파일 부분 및 둘레 측벽 부분을 포함하는 2개의 조각들이다.
바람직하게, 몰드는 성형 도구이다.
본 발명의 다른 측면에서, 성형 물품의 제조 방법이 제공되고, 이러한 방법은,
라미네이트 재료의 스택을 형성하는 단계;
등방성 가압 수단을 제공하는 단계;
라미네이트 재료의 스택을 몰드 내에 배치하는 단계로서, 몰드는 슬라이딩 밀봉 섹션, 및 내부 표면을 가진 둘레방향 상방으로 연장하는 측벽과 베이스 프로파일 표면을 가진 베이스 프로파일 섹션을 구비하고, 베이스 프로파일 섹션의 둘레방향 상방으로 연장하는 측벽은 강화될 라미네이트 스택의 외부 치수보다 더 큰 내부 치수를 가지며; 및
슬라이딩 밀봉 섹션의 외부 표면들에 등방성 압력을 인가하는 단계를 포함하고,
슬라이딩 밀봉 섹션은 등방성 압력 하에서 둘레방향 상방으로 연장하는 측벽의 내부 표면과 슬라이딩 끼워맞춤을 형성한다.
바람직하게, 성형 물품은 탄도 물품이다.
바람직하게, 밀봉 섹션은 변형가능하다.
바람직하게, 라미네이트 재료의 스택은 상부면, 바닥면 및 측면을 가진다.
바람직하게, 등방성 압력이 라미네이트 스택의 측면에 인가되는 것이 방지된다.
이하, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예/예시로서 실시예들이 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 사시 분해도이다.
도 3a는 라미네이트 스택이 제 위치에 없는 도 1의 A-A선을 따른 단면 사시도이다.
도 3b는 라미네이트 스택이 제 위치에 있는 도 1의 A-A선을 따른 단면 사시도이다.
도 4는 라미네이트 스택이 제 위치에 있는 본 발명의 측면 섹션의 부분 단면도이다.
도 5는 라미네이트 스택이 제 위치에 있는 본 발명의 제2 실시예의 부분 단면도이다.
도 6은 라미네이트 스택이 제 위치에 있는 본 발명의 제3 실시예의 부분 단면도이다.
도 7은 라미네이트 스택이 제 위치에 있는 본 발명의 제4 실시예의 부분 단면도이다.
본 명세서에 사용된 용어, "라미네이트 스택"은 파일(pile) 또는 스택을 형성하기 위해 서로의 위에 적층된 탄도 재료 또는 탄도 라미네이트 시트들과 같은 재료의 스택을 의미한다.
본 명세서에 사용된 용어, "프리-프레그"는 수지 시스템 또는 매트릭스로 미리-함침된 탄도 라미네이트 시트들의 탄도 재료와 같은 패브릭(fabric) 재료를 의미한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 컴포지트 강화 장치 또는 몰드(100)의 조립된 상태가 도시되어 있다, 둘레(circumferential) 섹션(1)은 상방으로 연장하는 베이스 프로파일의 표면(39)에 꼭 맞고, 둘레 섹션의 계면들(36,40) 사이는 억지 끼움(tight-fit) 결합된다. 그러면, 라미네이트 스택(4: 도 3b 참조)이 개구(37) 내부에 배치되고, 라미네이트 스택(4)의 사이즈는 개구보다 작으므로, 프리-프레그 재료의 라미네이트 스택(4)의 측면(41)과 둘레 섹션(1)의 내부 표면(36) 사이는 0mm 내지 25mm의 틈새가 존재한다. 예를 들어, 도 4는 둘레 섹션(1)의 내부 표면(36)과 라미네이트 스택(4)의 측면(41) 사이의 틈새(> 0mm)를 도시한다.
밀봉 섹션(3)은 둘레 섹션(1)의 개구(37)에 꼭 맞고, 밀봉 섹션(3)의 외부 표면(28)과 둘레 섹션(1)의 내부 표면(36) 사이에 슬라이딩 결합된다. 밀봉 섹션(3)과 둘레 섹션(1) 사이의 이러한 밀접한 결합은 도 3 및 도 4에서 볼 수 있다.
도 2를 참조하면, 몰드 장치(100)는 밀봉 섹션(3), 둘레 섹션(1) 및 베이스 프로파일 섹션(2)을 포함한다. 밀봉 섹션(3)은 둘레 섹션(1) 내부에 슬라이딩 결합을 형성하는 모양을 가지고, 이는 결국 베이스 프로파일 섹션(2)의 일부와 짝이 맞는 모양을 가지게 된다.
밀봉 섹션(3)은 외부 표면(28), 내부 표면(31), 상부 에지(29), 바닥 에지(30) 및 개구(34)를 구비한다. 내부 표면(31)은, 비스듬하거나 각진 프로파일이지만 또한 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이 단면이 "L"-형일 수도 있는 후프 또는 밴드에 대해 실질적으로 일정한 프로파일을 제공하기 위해, 비스듬한 경사면들(32,33)을 구비한다. 외부 표면(28)은 밀봉 섹션(3)이 둘레 섹션(1) 속으로 삽입될 때 슬라이딩 끼워맞춤을 제공하기 위해 둘레 섹션(1)의 내부 표면(36)과 일치하는 모양을 가진다. 밀봉 섹션(3)에 적용되는 임의의 압력이 그 자체와 둘레 섹션(1)의 내부 표면(36) 사이에 에너자이드 씰(energized seal)을 생성할 수 있도록, 밀봉 섹션(3)은 변형가능한 재료로부터 제조될 수 있다.
둘레 섹션(1)은 서로 평행한 외부 표면(35)과 내부 표면(36)을 포함한다. 개구(37)는 밀봉 섹션(3)이 그 안에 삽입될 수 있도록 밀봉 섹션(3)의 외부 표면(28)과 일치하는 모양을 가진다.
프로파일 섹션(베이스 섹션)(2)은 그 주위에 플랜지 섹션(38)을 구비하고, 둘레 섹션(1)이 플랜지 표면(38) 상에 직접적으로 배치될 수 있고, 둘레 섹션(1)의 내부 표면(36)의 일부분은 프로파일 섹션(2)의 표면(40)과 밀접하게 맞닿거나 인접한다. 프로파일 섹션(베이스 섹션)(2)의 표면(39)은 생성될 탄도 물품의 면의 형상을 가진다. 표면(39)은 필요에 따라 매끄럽거나 패턴화될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 표면(39)은 굴곡 탄도 물품을 생성하기 위해 약간 오목하다. 다른 모양들은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 간주된다.
컴포지트 강화 장치 또는 몰드(100)의 단면은 도 1의 A-A 선을 따라 취한 도 3a에 도시되어 있다. 도 3a에서, 컴포지트 강화 장치 또는 몰드(100)는 제 자리에 있는 임의의 라미네이트 스택을 구비하지 않는다. 도 1은 밀봉 섹션(3)이 내부 표면(36)에 대해 중첩되도록 밀봉 섹션(3)과 함께 슬라이딩되게 삽입된 둘레 섹션(1)의 배열을 도시한다. 도 3b는 라미네이트 스택(4)이 제 위치에 있는 도 3a와 동일한 도면이다. 라미네이트 스택(4)은 상부 표면(54), 바닥 표면(55) 및 측면들(41)을 구비한다. 둘레 섹션(1)과 프로파일 섹션(베이스 섹션)(2)이 함께 배치될 때, 라미네이트 스택(4)은 둘레 섹션(1)의 개구(37)를 통해 배치되어 라미네이트 스택(4)의 바닥 표면(55)이 프로파일 섹션(베이스 섹션)(2)의 표면(39)에 대해 안착된다.
이어서, 밀봉 섹션(3)은 둘레 섹션(1)의 개구(37)를 통해 삽입되고 라미네이트 스택(4)의 상부 표면(54)의 일부는 노출된 채로 남는다. 둘레 섹션(1)의 개구(37)의 내경은 라미네이트 스택(4)의 외경과 동일하거나 더 크다. 라미네이트 스택(4)의 외경이 둘레 섹션(1)의 개구(37)의 내경보다 더 작으면 밀봉된 공극(5)이 형성된다.
다음, 라미네이트 스택(4)이 제 위치에 조립된 컴포지트 강화 장치 또는 몰드(100)는 유연성 실리콘 멤브레인(6) 속으로 삽입되고, 진공 하에서 보호 플라스틱 백(7) 속으로 밀봉된 후 예를 들어, 고압 오토클레이브와 같이, 적절한 강화 장치에 배치되고, 결과적으로 적용되는 압력은 라미네이트 스택(4)의 상부 표면(54)뿐만 아니라 밀봉 섹션(3)의 비스듬한 경사면을 이루는 내부 표면(31)에 등방성 압력을 부여할 수 있으므로, 라미네이트 스택(4)의 측면들(41)에 대해 등방성 측압 차폐를 제공하게 된다. 이와 같이, 강화 조건들(압력 및 열) 하에서 과잉 매트릭스(수지) 재료는 라미네이트 스택(4)의 측면들(41)과 밀봉된 공극(5) 속으로 강제됨으로써, 강화 조건들에 의한 등방성 압력이 라미네이트 스택(4)의 측면들(41)에 적용되는 것이 방지된다.
본 발명의 등방성 컴포지트 강화 장치 또는 몰드(100)의 부분 단면도인 도 4를 참조하면, 둘레 섹션(1), 봉입 프로파일 섹션(2) 및 밀봉 섹션(3)을 구비하고, 라미네이트 스택(4)을 포함하는 픽스처 또는 컴포지트체 강화 장치 또는 몰드를 도시한다. 밀봉된 공극(5)은 명백하다. 픽스처는 밀봉된 플라스틱 백(7) 내부에 들어 있는 2-부분 실리콘 멤브레인(6) 내부에 들어 있다. 본 발명의 이러한 형태는, 봉입 프로파일 섹션(2)의 대안적인 버전들이 사용될 수 있도록 모듈식이고, 다양한 두께의 라미네이트 스택들을 강화시킬 때 필요하다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예의 부분 단면도로서, 봉입 프로파일 섹션(8)과 결합된 둘레 섹션 및 슬라이딩 밀봉 섹션(9)을 구비하고, 라미네이트 스택(10)을 포함하는 픽스처를 도시한다. 밀봉된 공극(11)은 명백하다. 픽스처는 밀봉된 플라스틱 백(13) 내부에 들어 있는 실리콘 멤브레인(12) 내에 들어 있다. 본 발명의 이러한 실시예는 모듈식은 아니지만 컴팩트하고, 라미네이트 스택 두께에 특수하게 되어 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예의 부분 단면도로서, L-형 프로파일 슬라이딩 밀봉 섹션(14)과 결합된 둘레 섹션 및 봉입 프로파일 섹션(15)을 구비하고, 라미네이트 스택(16)을 포함하는 픽스처를 도시한다. 밀봉된 공극(17)은 명백하다. 고무 또는 다른 변형가능한 재료와 같은 적절한 밀봉 재료로 제조된 부가적인 밀봉 링(18)은, 봉입 프로파일 섹션(15) 사이에 견고한 밀봉을 생성하기 위해 봉입 프로파일 섹션(15)과 L-형 프로파일 밀봉 섹션(14) 사이의 견고한 씰을 생성하기 위해, 봉입 프로파일 섹션(15)의 후면 상에 위치된다. 픽스처는 밀봉된 플라스틱 백(20) 내부에 들어 있는 2-부분 실리콘 멤브레인(19) 내부에 들어 있다. 본 발명의 이러한 형태는 컴팩트하고 모듈식이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예의 부분 단면도로서, 봉입 프로파일 섹션(21)과 결합된 둘레 섹션 및 슬라이딩 밀봉 섹션(22)을 구비하고, 라미네이트 스택(23)을 포함하는 픽스처를 도시한다. 평면 밀봉 멤브레인(24)은, 슬라이딩 밀봉 섹션(22)과 라미네이트 스택(23) 사이에 밀봉 효과를 생성하기 위해, 슬라이딩 밀봉 섹션(22)과 라미네이트 스택(23) 사이에 위치된다. 평면 밀봉 멤브레인(24)은, 라미네이트 스택과 임의의 인접한 밀봉 표면 사이의 밀봉 효과를 개선하기 위해, 개시된 바와 같이 본 발명의 임의의 형태와 함께 사용될 수 있다. 밀봉된 공극(25)은 명백하다. 픽스처는 밀봉된 플라스틱 백(27) 내부에 들어 있는 실리콘 멤브레인(26) 내부에 들어 있다. 본 발명의 이러한 실시예는 슬라이딩 밀봉 섹션(22)과의 계면의 주위에서 라미네이트 스택(23)의 마킹을 최소화하기 위해 부가적인 멤브레인(24)을 사용한다.
본 발명에 의해 형성된 탄도 물품들은 과도한 프리-프레그 매트릭스 재료가 라미네이트 스택의 본체로부터 강제로 배출되게 하는 공지된 등방성 압력 공정들과 장비들에 의해 생성된 유사한 탄도 물품들과 비교하여 방탄 특성이 상당히 개선되는 것으로 나타났다. 또한, 본 발명에 의해 형성된 탄도 물품들은 다른 등방성 공정들에 의해 생성된 것들보다 더 얇고 가벼워서, 이미 알려진 것보다 현저한 개선을 제공한다.
1...둘레 섹션 2...프로파일 섹션
3...밀봉 섹션 4...라미네이트 스택
5...밀봉된 공극 6...유연성 실리콘 멤브레인
7...보호 플라스틱 백 8...봉입 프로파일 섹션
9...밀봉 섹션 10...라미네이트 스택
11...밀봉된 공극 12...실리콘 멤브레인
14...L-형 프로파일 밀봉 섹션 15...봉입 프로파일 섹션
17...밀봉된 공극 18...부가적인 밀봉 링
20...밀봉된 플라스틱 백 21...봉입 프로파일 섹션
22...밀봉 섹션 23...라미네이트 스택
24...평면 밀봉 멤브레인 27...밀봉된 플라스틱 백
28...밀봉 섹션의 외부 표면 29...밀봉 섹션의 상부 에지
30...밀봉 섹션의 바닥 에지 31...밀봉 섹션의 내부 표면
32,33...경사면 34...밀봉 섹션의 개구
35...둘레 섹션의 외부 표면 36...둘레 섹션의 내부 표면
37...둘레 섹션의 개구 38...플렌지 섹션
39...베이스 프로파일 표면 54...라미네이트 스택의 상부 표면
55...라미네이트 스택의 바닥 표면 100...컴포지트 강화 장치

Claims (36)

  1. 픽스처(fixture)를 구비하는, 등방성(isotatic) 컴포지트(composite) 강화(consolidation) 장치 또는 몰드(mold)로서,
    상기 픽스처는:
    측벽들을 가진 둘레(circumferential) 섹션;
    베이스 프로파일 섹션 또는 봉입(enclosing) 프로파일 섹션;
    밀봉(sealing) 섹션; 및
    내부에 라미네이트 스택을 수용하기 위한 개구를 구비하고,
    상기 픽스처는 상기 라미네이트와 픽스처가 함께 등방성 압력에 노출되는 동안 라미네이트 스택의 측벽들을 압력으로부터 차폐하고,
    상기 베이스 프로파일 섹션은 상기 라미네이트 스택의 곡률을 조절하고 상기 베이스 프로파일 섹션은 상기 둘레 섹션과 상기 라미네이트 스택의 측벽들 사이에 밀봉된 공극(void)을 형성하기 위해 강화될 라미네이트 스택의 외부 치수보다 더 큰 내부 치수를 가진, 등방성 컴포지트 강화 장치 또는 몰드.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에서,
    상기 라미네이트 스택은 상부 표면, 바닥 표면 및 측면을 포함하고,
    상기 밀봉 섹션은, 상기 라미네이트 스택의 주변의 측벽들을 제외한 상기 라미네이트 스택에 등방성 압력을 직접 인가시킬 수 있도록 관통 형성된 개구(opening)를 포함하는, 등방성 컴포지트 강화 장치 또는 몰드.
  4. 청구항 1에서,
    상기 봉입 프로파일 섹션과 상기 밀봉 섹션 모두는, 상기 둘레 섹션과 비-측벽 라미네이트 면들과 접촉하고 상기 둘레 섹션과 상기 라미네이트 스택의 측벽들 사이에 밀봉된 공극을 형성하고,
    상기 밀봉 섹션과 상기 봉입 프로파일 섹션은 압력 하에서 서로를 향해 이동할 수 있는, 등방성 컴포지트 강화 장치 또는 몰드.
  5. 청구항 3에서,
    상기 라미네이트와 상기 픽스처는 실리콘 멤브레인 내부에 봉입되어 일회용 플라스틱 백(bag) 내에 열-밀봉되며 진공 하에서 융합되는, 등방성 컴포지트 강화 장치 또는 몰드.
  6. 청구항 5에서,
    상기 실리콘 멤브레인은 다수의 개별 섹션들로 구성되는, 등방성 컴포지트 강화 장치 또는 몰드.
  7. 청구항 6에서,
    상기 실리콘 멤브레인은 노출되는 라미네이트 및 상기 픽스처의 표면들에 인가된 압력을 전달할 수 있도록 부드러운, 등방성 컴포지트 강화 장치 또는 몰드.
  8. 청구항 5의 등방성 컴포지트 강화 장치 또는 몰드를 사용하는 등방성 컴포지트 강화 방법으로서,
    열-밀봉된 상기 일회용 플라스틱 백은 상기 실리콘 멤브레인을 감싸고,
    상기 픽스처 및 라미네이트는, 등방성의 고압 및 온도의 적용을 통해 주기적으로 라미네이트가 강화되는, 등방성 컴포지트 강화 방법.
  9. 청구항 1에서,
    상기 둘레 섹션, 상기 봉입 프로파일 섹션, 및 상기 밀봉 섹션은 금속, 금속 합금 또는 복합 재료를 포함하는 강성 재료들로 구성되는, 등방성 컴포지트 강화 장치 또는 몰드.
  10. 청구항 9에서,
    상기 강성 재료들은 열전도성인, 등방성 컴포지트 강화 장치 또는 몰드.
  11. 삭제
  12. 청구항 1에서,
    상기 밀봉 섹션은 상기 둘레 섹션과의 접촉을 유지하기 위해 압력 하에서 탄성 변형되도록 구성된, 등방성 컴포지트 강화 장치 또는 몰드.
  13. 청구항 1에서,
    상기 둘레 섹션은 비-원형(non-circular)인, 등방성 컴포지트 강화 장치 또는 몰드.
  14. 라미네이트 스택을 강화시킴으로써 형성되는 탄도(ballistic) 물품용 몰드로서,
    슬라이딩 밀봉 섹션; 및
    내부 표면을 가진 둘레방향 상방으로 연장하는 측벽 및 베이스 프로파일 표면을 구비하는 베이스 프로파일 섹션을 구비하고,
    상기 둘레방향 상방으로 연장하는 측벽과 라미네이트의 측벽들 사이에 밀봉된 공극을 형성하기 위해, 상기 둘레방향 상방으로 연장하는 측벽은 강화될 라미네이트 스택의 외부 치수보다 더 큰 내부 치수를 가지고,
    상기 슬라이딩 밀봉 섹션은 상기 둘레방향 상방으로 연장하는 측벽의 내부 표면과 슬라이딩 끼워 맞춤을 형성하는, 탄도 물품용 몰드.
  15. 청구항 14에서,
    상기 라미네이트 스택은 상부 표면, 바닥 표면 및 측면을 포함하고,
    상기 슬라이딩 밀봉 섹션은 상기 라미네이트 스택의 측면을 외부 압력으로부터 차폐하는, 탄도 물품용 몰드.
  16. 청구항 14에서,
    상기 슬라이딩 밀봉 섹션은 "L"-형 프로파일을 가진, 탄도 물품용 몰드.
  17. 청구항 16에서,
    상기 베이스 프로파일 섹션은 상기 슬라이딩 밀봉 섹션 내부에 슬라이딩되게 안착된, 탄도 물품용 몰드.
  18. 청구항 14에서,
    상기 몰드는 밀봉 링을 더 구비하는, 탄도 물품용 몰드.
  19. 청구항 18에서,
    상기 밀봉 링은 변형가능한, 탄도 물품용 몰드.
  20. 청구항 18에서,
    상기 밀봉 링은 상기 베이스 프로파일 섹션의 후면 상에 위치되는, 탄도 물품용 몰드.
  21. 청구항 14에서,
    상기 베이스 프로파일 섹션의 둘레방향 상방으로 연장하는 측벽의 내부 치수는 강화될 라미네이트 스택의 외부 치수보다 0.001mm 내지 25mm 더 큰, 탄도 물품용 몰드.
  22. 청구항 14에서,
    상기 슬라이딩 밀봉 섹션은 링 또는 밴드인, 탄도 물품용 몰드.
  23. 청구항 14에서,
    상기 슬라이딩 밀봉 섹션은, 링 또는 각진(angled) 프로파일을 가진 밴드인, 탄도 물품용 몰드.
  24. 청구항 14에서,
    상기 슬라이딩 밀봉 섹션은, 링 또는 경사진(bevelled) 프로파일을 가진 밴드인, 탄도 물품용 몰드.
  25. 삭제
  26. 청구항 14에서,
    상기 슬라이딩 밀봉 섹션은 후프(hoop) 또는 일정한 프로파일을 가진 밴드인, 탄도 물품용 몰드.
  27. 삭제
  28. 청구항 14에서,
    상기 베이스 프로파일 섹션은 2-피스(piece)인, 탄도 물품용 몰드.
  29. 청구항 14에서,
    상기 베이스 프로파일 섹션은 2-피스이고, 베이스 프로파일 부분과 둘레 부분을 포함하는, 탄도 물품용 몰드.
  30. 청구항 14에서,
    상기 슬라이딩 밀봉 섹션과 상기 라미네이트 스택 사이에 위치된 밀봉 멤브레인을 더 구비하는, 탄도 물품용 몰드.
  31. 청구항 14에서,
    상기 몰드는 성형 공구인, 탄도 물품용 몰드.
  32. 성형 물품의 제조 방법으로서,
    상부 표면, 바닥 표면 및 측면을 가진 라미네이트 스택을 형성하는 단계;
    등방성 가압 수단을 제공하는 단계;
    슬라이딩 밀봉 섹션 및 내면을 가진 둘레방향 상방으로 연장하는 측면과 베이스 프로파일 표면을 가지며 상기 둘레방향 상방으로 연장하는 측벽의 내부 치수가 강화될 라미네이트 스택의 외부 치수보다 더 큰 베이스 프로파일 섹션을 구비하는 몰드 내에 상기 라미네이트 스택을 배치하여, 상기 둘레방향 상방으로 연장하는 측면과 라미네이트의 측벽들 사이에 밀봉된 공극을 형성시키는 단계; 및
    상기 슬라이딩 밀봉 섹션의 외부 표면들에 등방성 압력을 인가시키는 단계를 포함하고,
    상기 슬라이딩 밀봉 섹션은 등방성 압력 하에서 상기 둘레방향 상방으로 연장하는 측벽의 내부 표면과 슬라이딩 끼워 맞춤을 형성하는, 성형 물품의 제조 방법.
  33. 청구항 32에서,
    상기 성형 물품은 탄도 물품인, 성형 물품의 제조 방법.
  34. 청구항 32에서,
    상기 슬라이딩 밀봉 섹션은 변형가능한, 성형 물품의 제조 방법.
  35. 삭제
  36. 청구항 32에서,
    상기 라미네이트 스택의 측면에 대해 상기 등방성 압력을 인가시키는 것이 방지되는, 성형 물품의 제조 방법.
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