Patent KR-20220044433-A (KR)
Title: 멀티-코어 섬유 복합재료내 직교 구조의 컴포넌트, 그의 제조방법 및 박막 필름재료
Inventor: CHOE JERRY
IPC: B29C70/68
Filed: 2020-04-20
Abstract: 본 출원은 종래기술의 기술적 문제점을 감안하여 이론적 분석 및 현장실습을 바탕으로 멀티 체임버 복합소재의 직교 구조 부재의 제조 공정 및 필름 소재를 제공한다. 멀티 체임버 섬유 복합 재료의 직교 구조 부재(部材)는 다양한 크기와 풍속을 가진 풍력 터빈 발전기 시스템의 블레이드 또는 고강도 요구 사항이나 여타의 응용 환경이 있는 여타의 판재로 사용될 수 있어 장비의 기계적 강도를 향상시키는 데 도움이 된다. 또한 장비의 에너지 소비를 줄이고 장비의 적용 범위를 확대하며 기존 장비 또는 시설의 사용성을 향상시킨다. 
본 출원에서 제공하는 멀티 체임버 섬유복합재적 직교 구조 부재의 제조공정은 다음과 같다. 상기 발포재를 담기 위한 발포재 체임버를 형성하기 위해 필름재를 사용하고, 상기 발포재 체임버에 적정량의 발포재를 충전하여 예비 성형된 코어체를 제조하는 단계; 미리 형성된 코어 본체에 금형 내부 채움을 수행하고, 미리 성형된 코어 본체를 준비하는 단계에서 준비된 여러 개의 미리 성형된 코어 본체를 미리 결정된 공간 레이아웃에 따라 금형에 배치하고, 각각의 미리 성형된 코어 본체를 섬유재 층으로 캡슐화하는 단계; 발포 재료의 팽창 압력의 영향으로 금형 부품의 온도가 올라가는 한편 섬유 쉘 및 코어 구조를 일체로 형성하는 단계, 체임버 벽 및 구조 패널은 적어도 두 개의 체임버를 갖는 구조적 부재 쉘을 형성하도록 동시에 형성되는 한편, 예비 성형된 코어 본체의 발포재는 확장되어 각 체임버를 채우고, 체임버 벽에서 구조 패널에 직교하는 멀티 체임버 공간 구조를 형성한다. 
바람직하게는, 본 출원에서 제공하는 멀티 체임버 복합소재의 직교구조부재의 제조공정에서, 상기 필름재는 광학필름, 복합필름, 초전도필름, 폴리에스터필름, 나일론필름, 플라스틱필름, 섬유필름, 왁스 종이 필름 및 발포재로 만든 필름 등으로 이루어진 다양한 층을 채택가능한다. 필름은 우수한 성형 특성을 가지며, 멀티 체임버 섬유 복합재 내의 직교 구조 부재의 특정 구조에 따라 적절한 형상을 갖는 예비 성형된 코어 본체를 제조하는데 사용될 수 있는 한, 상기 층은 예비 성형된 코어 본체를 제조하는 단계에 적용될 수 있다. 
더욱 바람직한 것은, 본 출원에 의해 제공되는 멀티 체임버 섬유 복합재료에서 직교 구조 부재의 제조 공정에서 채용되는 필름재는 왁스필름 수지층, 접착수지층 및 발포재 고분자 수지 혼합층; 상기 발포체 고분자 수지 혼합물층은 발포체 고분자 수지 혼합물로 코팅되어 형성되고, 상기 발포체 고분자 수지 혼합물은 부피 분율이 65% 이상인 발포체로 구성된다는 것이다. 발포재 고분자 수지 혼합물은 바람직하게는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체와 같은 탄화수소 용매를 함유하는 수지 겔로서, 섬유재 층을 가열 및 경화하는 과정에서 발포재의 열화 및 수축을 방지하기 위해 사용된다. 왁스 필름 수지층, 접착 수지층 및 발포체 고분자 수지 혼합층이 있는 필름재는 성형 특성이 우수할 뿐만 아니라 특정 구조에 따라 적절한 형상으로 예비 성형된 코어 본체를 제조하는 데 사용할 수 있다. 멀티 체임버 섬유 복합 재료의 직교 구조 부재(部材)는 섬유재의 층을 가열 및 경화하는 과정에서 발포재가 열화 및 수축되는 것을 방지할 수 있다. 
더욱이, 본 출원이 제공하는 멀티 체임버 섬유 복합재에서 직교 구조 부재의 제조공정에서 채용된 필름재는 점성접착제층과 고분자 접착제를 갖는 수불용성 왁스필름층으로 이루어지며, 상기 점성접착제는 층은 용매 담체, 발포 물질, 수불용성 팽창성 점성 중합체 접착제 및 감열성 성형 수지를 포함하고, 용매 담체에 대한 발포 물질의 부피 분율은 50% 이상이다. 
바람직하게는, 상기 언급된 멀티 체임버 섬유 복합재의  직교 구조 부재의 제조 공정에서, 발포 재의 단량체 입자는 마이크로캡슐 구조이며, 여기서 마이크로캡슐 구조체는 플라스틱 재료로 제조된 캡슐 쉘로 이루어진다  
본 출원에 의해 제공되는 멀티 체임버 섬유복합재의 직교 구조 부재는 다음과 같다: 멀티 체임버 섬유복합재 내의 직교 구조 부재는 쉘을 포함하고, 상기 쉘은 다수의 구조적 패널 및 상기 구조적 패널 사이에 배치된 적어도 2개의 체임버를 포함하며, 상기 체임버 벽은 모든 2개의 인접한 체임버 사이에 배치되고 상기 구조적 패널에 직교하며, 상기 쉘 및 상기 체임버 벽은 탄소 섬유재 또는 유리 섬유재로 제조된다; 체임버, 체임버 벽 및 코어는 섬유재와 발포 플라스틱의 열성형 공정에 의해 일체로 형성된다.  
본 출원의 멀티 체임버 섬유 복합재 내의 한 개의 직교 구조 부재와 같이, 구조 패널, 체임버, 체임버 벽 및 코어는 전술한 임의의 기술적 방식대로 멀티 체임버 섬유 복합재 내의 직교 구조 부재의 제조 공정을 통해 일체로 형성된다.  
본 출원의 멀티 체임버 섬유 복합 재료에서 적합한 직교 구조 부재(部材)는 블레이드형 구조이고, 적합한 구조 패널은 블레이드형 패널이다. 
본 출원의 멀티 체임버 섬유 복합재로 적합한 직교 구조 부재는, 쉘은 부채꼴 형태이고, 체임버들은 상기 쉘의 반경 방향으로 연장되고, 상기 쉘의 원주 방향으로 균일하게 분포되며, 체임버는 쉘의 원주 방향으로 연장되고 쉘의 반경 방향으로 균일하게 분포해야 한다. 
본 출원의 멀티 체임버 섬유 복합재로 바람직한 멀티 체임버 섬유 복합재의 직교 구조 부재는 판형 구조이고, 구조 패널은 판형 패널이며, 체임버는 벌집 모양이거나 직교 또는 이방성 격자 모양 또는 스트립 모양으로 분포한다. 
본 출원의 멀티 체임버 섬유 복합 재료에 적합한 직교 구조 부재(部材)는 체임버가 코어로 채워진다. 
본 출원의 멀티 체임버 섬유 복합재에 적합한 직교 구조 부재(部材)의 쉘은 폐쇄 쉘이다. 
멀티 체임버 섬유 복합재의 직교 구조 부재를 가공하기 위해 사용되는 필름재는 다음과 같다: 필름재는 왁스 필름 수지층, 접착제 수지층 및 발포 재료 중합체 수지 혼합물층을 포함하며, 발포재 중합체 수지 혼합물은 부피 분율이 65% 이하인 발포재로 구성한다. 또한, 상기 점성접착층은 용매 담체, 발포재, 수불용성 팽창성 점성고분자 접착제 및 감열성형의 수지로 구성되고, 상기 발포재는 상기 용매 담체에 고르게 분포하며, 상기 용매 담체에 상기 발포재의 부피 분율이 50% 이하일 것을 특징으로 한다.  
본 출원은 주로 본 출원이 제공하는 멀티 체임버 섬유복합재의 직교 구조 부재가 멀티 체임버에서 직교 공간 구조를 채택하고, 섬유쉘과 코어를 일체화시키는 열성형공정을 적용하여 해당 직교 구조 부재(部材)가 더 높은 강도, 더 나은 강도 대 중량비, 더 우수한 안정성 및 내충격성, 더 완벽한 공간 구조를 갖도록 구조화하는 기술적 효과를 가진다. 풍력발전기의 블레이드에 대한 적용을 예로 들자면, 본 출원에 의해 제공된 멀티 체임버 섬유 복합재 및 관련 제조 기술로 제조된 블레이드는 종래의 기술적 문제점들을 해결하며, 풍력 발전 및 관련 기술들의 분야에서 혁신적인 발전을 가져올 것이다.  
첫째, 종래의 기술에서 병렬-스트립 팬 블레이드를 사용할 때의 기술적 한계를 극복하고, 강도가 높고 가벼우며 면적이 넓은 섬유 블레이드를 팬 블레이드 (fan blade)로 사용하게 된다. 동일한 전력 생산을 보장된다는 전제 하에서, 시동 회전력이 크게 감소할 것이다. 윈드 캐칭 영역은 비약적으로 커지며, 높은 풍속이나 낮은 풍속을 지닌 자연적인 환경에서도 사용될 수 있어, 발전 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.  
첫째, 기존의 분할 스트립 팬 블레이드를 사용하는 기술의 한계를 극복하고, 강도가 높고 가볍고 면적이 넓은 섬유 블레이드를 사용하게 된다. 동일한 발전량을 보장한다는 전제하에 시동시 필요한 회전력이 대폭 감소된다. 바람 잡는 면적이 기하급수적으로 늘어나고, 풍속이 높거나 낮은 자연 환경 모두에서 사용할 수 있어 발전 효율이 극적으로 상승한다. 
둘째, 종래 기술의 분할 하프 코어 어셈블리 기술 솔루션의 한계를 깨고, 멀티 체임버 통합 성형의 직교 성형 기술 솔루션을 채택하여, 섬유 쉘과 플라스틱 코어를 통해 일체화할 수 있다. 이 기술이 제공하는 블레이드 제조 공정은 다중 충전 코어와 멀티 체임버 벽을 가지고 있기 때문에 블레이드의 전반적인 기계적 강도를 효과적으로 증가시킬 뿐만 아니라 블레이드가 회전할 때 진동과 소음을 크게 줄여 블레이드의 안정성을 향상시킨다. 작동 중에 블레이드 섬유 쉘과 충전 코어 사이의 연결 견고성을 효과적으로 개선하고 블레이드에 대한 전반적인 신뢰도도 향상된다. 한편, 멀티 체임버 일체형 성형 솔루션은 또한 발전 효율 향상 및 시동 회전력을 감소시키는 대(大)면적 블레이드 구조의 기술 솔루션을 현실화 하도록 돕는다.  
셋째, 종래 기술의 플라스틱 코어와 블레이드 패널 사이 비직교 구조의 기술적 한계를 극복하여, 코어에 수직하는 체임버 벽을 갖는 패널의 멀티 체임버 구조는 섬유 쉘 및 멀티 체임버를 성형하면서 동시에 가공할 수 있다. 따라서, 이러한 공간 구조는 블레이드의 압력 저항을 개선시키고 진동 및 동작 잡음을 감소시키기 위한 이론에 가장 강하고 완벽한 구조이다. 멀티 체임버 섬유 복합재 내의 직교 구조 부재 및 본 출원에 의해 제공된 것에 상응하는 제조 공정은 종래 기술에 없던 것이기 때문에, 본 출원에 적시된 기술적 해결책은 시장 격차를 메우고 종래의 기술에 존재하는 기술적 문제를 해결할 것이다. 이는 명백한 기술적 진보이며 사회 및 경제와 환경 보호에 중요성을 갖는다.  
본 출원의 기술적 및 기술적 효과를 더욱 명확하고 명확하게 하기 위해, 본 출원에 개시된 다중-체임버 섬유 복합 재료 내의 직교 구조 부재 및 대응하는 제조 공정은 첨부 도면 및 특정 실시예와 관련하여 아래에서 상세하게 설명할 것이다.  
본 출원의 기술적 및 기술적 효과를 더욱 명확하고 명확하게 하기 위해, 본 출원에 개시된 멀티 체임버 섬유 복합재 내의 직교 구조 부재 및 이에 상응하는 제조 공정은 첨부된 도면과 특정 예시로 이후 상세하게 설명할 것이다.