[0001][0001] 본 발명은 사람을 보호하기 위해 차실(vehicle compartment)과 같은 격실(compartment)에 개별적으로 또는 일체로 형성된 방폭 패널(blast protection panel)에 관한 것이다.
[0002][0002] 현대 방어 작전에서, 예를 들어 지뢰 또는 사제 폭탄과 같은 폭발물 장치의 폭발로부터 보호할 때 보호 특성이 유사하거나 더 나은 경량 재료를 제공하고자 하는 요구가 있다. 지상 군사 작전은 군용 차량의 안전, 설계 및 운영 능력에 크게 좌우된다. 이 때문에, 전술한 측면들이 지속적으로 최적화되고 있다. 군용 차량의 안전성은 주로 발사체 및 파편의 탄도 충격과 같은 위협을 견디는 능력 뿐만 아니라 지뢰 또는 사제폭탄(IED)의 폭파 하중에 대한 구조적 반응에 의해서 결정된다. 현재 지뢰/사제폭탄(IED)의 폭발을 견딜 수 있는 군용 차량들은 전형적으로, 때로는 V-형상의 형태를 갖는, 두꺼운 강철로 제조된 언더벨리(underbelly) 주위에 설계된다. 이러한 방폭 조치는 차량에 상당한 중량을 더하므로, 차량의 이동성 및 비포장도로 주행 능력(off-road capabilities)을 감소시킨다.
[0003][0003] 복합 재료, 예를 들어 수지 및 (탄소/유리) 섬유의 혼합물을 포함하는 재료 및 잠재적으로 금속 시트는 항공우주, 해양 및 자동차 산업에서 널리 사용되며, 이러한 분야에서 중량 감소 대비 재료의 개선된 인장 강도는 큰 이점을 제공한다. 그러나, 군사 분야에서, 예를 들어 폭발과 같은 높은 충격 상황 동안 발생하는 극심한 하중에 대하여 충분히 저항성이 있는 복합 재료는 아직 개발되지 않았다. 여기서 전형적으로 선택되는 재료는 강철 또는 알루미늄이다. 우수한 방폭 성능(blast resistant capability)을 갖는 더 경량의 재료가 예를 들어 차량 언더벨리(underbelly)에 사용될 때, 방폭(blast protection)를 위한 완벽한 절충안(trade-off)에 도달하게 된다.
[0004][0004] 본 발명의 일 측면에서, 청구항 1에 열거된 특징들이 제공된다. 특히, 방폭 패널은, 섬유 강화 수지 시트들의 패키지를 포함하는 것으로서, 각각의 시트가 지배적 단방향 섬유 배향(dominant unidirectional fibre orientation)을 갖고, 상기 섬유 강화 수지 시트들의 패키지는 적어도 4개의 섬유 강화 수지 시트를 포함하는 패킹된(packed) 스택로 형성되며, 각각의 스택은, 상기 각 스택 내에서, 서로에 대해 대략 직각으로 교대 배향된 섬유를 갖는 섬유 강화 수지 시트들을 포함하는 것이며; 상기 각 스택은 인접한 스택에 대해 패킹되고(packed), 상기 인접한 스택은 각 스택에 대해 예각으로 배향되어 박리(delamination) 계면을 형성하는 지배적 단방향 섬유를 갖는 시트들을 포함한다.
[0005][0005] 이 구조는 동일하거나 더 낮은 중량에서 더 양호하거나 유사한 폭발 저항성(blast resistance)을 가지며, 후면 변형 감소; 높은 충격 에너지 흡수; 향상된 성형성/제조가능성; 향상된 내부식성의 추가의 잠재적 이점을 가진다. "직각"이라는 용어는 실질적으로 수직인 각도를 나타내지만, 예를 들어 ±10도 정도의 작은 편차를 배제하지 않는다. 각도는 2개의 교차하는 섬유 배향의 단방향(unidirectional) 배향 사이에서 0-90도 사이의 최소 각도로서 측정된다. "예각(acute angle)"이라는 용어는 유사하게 직각의 약 절반의 각도를 나타내므로, 후속 패킹 스택들(subsequent packed stacks)의 배향은 실질적으로 거울 대칭이다.
[0006][0006] 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 구현예들을 설명한다: 도 1(A+B)는 스택 레이아웃의 개략적인 구현예를 도시한다. 도 2는 패키지 레이아웃의 개략적인 구현예를 도시한다. 도 3은 시트 레이어 두께와 관련된 폭발 결과의 그래프를 도시한다.
[0007][0007] 군용 차량은, 예를 들어, 탄도 발사체의 심각한 충격 또는 예를 들어 차량 아래의 지뢰의 폭발을 견디도록 설계된다. 그 결과, 일반적으로 차량은, 차량의 도어, 측벽 및 바닥벽을 형성하기 위해, 무겁고 두꺼운 재료, 일반적으로 장갑철강(armor steel)으로 구성된다. 이는 이동성 및 다양성에 영향을 미치는 차량의 중량에 크게 영향을 미친다. 폭발 및 탄도 보호를 위해 더 가벼운 재료를 사용할 필요성이 존재하여, 이는 더 낮은 엔진 동력 및 예를 들어 섀시, 서스펜션, 축 및 변속기에 대한 더 낮은 요구 중량에서 더 나은 이동 특성의 결과를 가져온다.
[0008][0008] 글래어(GLARE)로 알려진 복합 재료는 얇은 유리 섬유 레이어 및 알루미늄 레이어으로부터 형성된다. 다른 복합재는 보통 탄소 섬유 또는 E-유리 섬유(E-glass fibre)를 기반으로 한다. 재료 및 복합 구조가 폭발 충격(폭파 하중)에 대한 양호한 저항성을 위한 주요 특성인 것으로 밝혀졌다. 유리 섬유는 인장 강도 및 파단 변형률(strain to failure)이 관련 동적 조건에서 증가하는 독특한 특성을 갖는다. 예를 들어, 정적 응력 시험과 비교하여, S2-유리에 대한 파단 변형률은 약 4.5%에서 약 6.5%로 증가한다. 또한, 관련 (폭발) 압력 조건에서, 파단 변형률은 8000 MPa의 인장 강도로 약 9%로 더욱 더 증가한다. 이론에 구애됨이 없이, 폭발 충격의 결과로서 파손되는 유리 섬유 복합 재료는, 패널 후면에서, 한계 임계치보다 높은 파단 시 변형률 (굽힘 변형)을 겪는 것으로 밝혀졌다. 인장 강도에 대한 높은 임계치가 중요하다고 결론지어진다. 또는, 다시 말하면, 인장 변형률에 대한 높은 임계치는 패널이 폭파 하중 중에 발생할 수 있는 작은 절곡 반경(bending radius)을 견디는 데 중요하다. 고압 폭발 환경을 견디기 위해서는, 시트 두께가 충분해야 하며 이는 바람직하게는 약 0.3 내지 1.1 mm, 또는 더욱 구체적으로 적어도 0.5mm 의 시트인 것으로 시험에서 밝혀졌다. 시트의 이러한 두께는 시트 재료의 시기적절한 박리(delamination)를 가져오고, 이는 재료 상에 압력 부하를 증가시켜 재료의 인장 강도 특성을 개선한다. 시트는 다수의 "시트 레이어들" 또는“레이어들", 예컨대 각각 섬유 강화 수지를 포함하고 예를 들어 예시적인 패키지들 3-6에 도시된 바와 같이 지배적 단방향 섬유 배향(dominant unidirectional fiber orientation)을 갖는 2개 이상의 시트 레이어들을 이용해 구축될 수 있다.
[0009][0009] 또한, 단방향 섬유의 사용은 방폭(blast protection)를 위해 중요하다고 결론지어진다. 더욱이, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 중요한 측면은, 높은 인장 강도를 갖는 섬유의 사용 및 단방향 섬유 배향의 비교적 두꺼운 시트의 사용과 더불어, 후속하는 패킹된 시트 스택(subsequent packed stacks of sheets) 사이의 계면 영역이 중요하다는 것이다.
[0010][0010] 도 1A를 다시 참조하면, 2개의 시트(1, 2)의 패킹된 스택(10) 내의 시트의 바람직한 배향이 어떻게 되어 있는지 개시되어 있다. 실제로, 시트의 수는 4개보다 많다. 예를 들어, 패킹된 스택(10)이, 지배적 단방향 섬유 배향들을 각각 가지며 상기 각 패킹된 스택(10) 내에서 서로에 대해 대략 직각으로 교대로 적층되는 섬유 강화 수지 시트들(1, 2)을 어떻게 포함하는지가 도시되어 있다. 특히, 도 1B와 비교해 볼 때, 시트(1, 2)를 갖는 스택(10')는 스택(10)에서 시트(2)가 직각으로 배향되지 않고 예각으로 배향된다는 점에서 스택(10)와 상이하다. 양 스택(10, 10')의 비교로부터, 제1 배향(10)은 충격 상황에서, 대략 직각으로 횡방향으로 배향된 섬유를 가짐으로써, 측면 충격(길이 방향에 대해 횡방향)을 가능한 한 낮게 유지하여 가능한 한 직선으로 배향하는데 유리하다는 것이 분명해진다.
[0011][0011] 또한, 도 2에서, m개의 패킹된 스택(10, 10')의 클러스터(100)의 보다 준등방성(quasi-isotropic)인 스택 레이아웃을 얻기 위해서 직각 시트 레이아웃의 이러한 원리가 어떻게 적용 되는지 도시되어 있다. 실제적인 목적을 위해, 숫자 m은 일반적으로 약 5-20의 범위이다. 각각의 스택(10, 10')은, 각 스택(10, 10’) 내에서 서로에 대해 대략 직각으로 교대로 배향된 지배적 단방향 섬유를 갖는 섬유강화 수지 시트 1,2, 1’, 2’를 포함한다. 스택(10, 10')은 약 1.5mm 보다 크고, 바람직하게는 약 1-4 mm이고, 바람직하게는 2 mm 보다 큰 두께를 가지며, 이때 스택은 n이 4보다크고 4-25의 범위를 갖는 n개의 시트 수를 가진다.
[0012][0012] 스택의 클러스터(100)는 적어도 섬유 강화 수지 시트(1,2)를 갖는 스택(10)에 의해 형성되며, 지배적 단방향 섬유는 상기 스택(10) 내에서 서로에 대해 대략 직각으로 교대로 배향되고; 스택(10')은, 지배적 단방향 섬유가 배향되어 있고 상기 스택(10') 내에서 서로에 대해 대략 직각으로 교대로 배향된 섬유 강화 수지 시트(1', 2')를 가지며; 상기 각 스택은 인접한 스택 사이에 패킹되고, 상기 인접한 스택은 상기 각 스택에 대해 예각으로 교대로 배향된 지배적 단방향 섬유를 갖는 시트를 포함한다. 이러한 예각은 스택(10)의 지배적 길이 배향에 대해 35도 내지 55도 사이의 범위에서 달라질 수 있고; 보다 구체적으로, 스택(10')의 시트(1', 2')는 스택(10)의 지배적 길이 배향에 대해 ±45도로 배향되고; 반면에 스택(10)의 시트(1, 2)는 0도 내지 약 90도로, 즉 지배적 길이 방향에 대하여 80도 내지 100도의 범위로 배향된다.
[0013][0013] 도 2의 실시 예에서, 시트(1, 2, 1', 2')는 비교적 두꺼우며, 이는 시트 당 적어도 0.3 mm보다 크고, 특히 약 0.3 내지 1.5 mm, 보다 구체적으로 약 0.6 mm를 의미한다.
[0014][0014] 특히, 두꺼운 시트들의 패킹된 스택들이 바람직하게 적층되고, 지배적 단방향 섬유들을 갖는 시트들을 포함하는 상기 패킹된 스택들은, 준등방성(quasi-isotropic) 섬유 배향을 얻기 위해, 후속 패킹된 스택들 사이에서, 서로에 대해 예각으로 교대로 배향, 더 구체적으로는, 교대로 플러스 및 마이너스 45 도인 각도들로 배향된다는 것이 발견되었다. 따라서, 스택은 상기 각각의 패킹된 스택 내에서, 서로에 대해 대략 직각으로(0/90도 배향으로 불림) 교대로 배향된 지배적 단방향 섬유들을 갖는 섬유 강화 수지 시트들을 포함하고; 상기 패킹된 스택들은, 후속하여 적층된 패킹된 스택들 사이에서, 서로에 대하여 예각으로(+/-45도 배향으로 불림) 교대로 배향된 지배적 단방향 섬유를 갖는 시트들을 포함한다.
[0015][0015] 한편, 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이, 이러한 레이-업은 원칙적으로는 패킹된 스택들에서 스택의 '준 등방성' 특성에 부정적인 영향을 주지만, 놀랍게도, 각각의 패킹된 스택에서 시트들의 이와 같이 클러스터링되어 패킹된 적층(stacking)이 일반적인 0/9O/-45+45 적층 배열(레이-업)보다 방폭(blast protection)에 더 적합한 준등방성 특성들을 갖는 독특하고 새로운 복합 재료라는 결과를 가져오는 것으로 나타났다.
[0016][0016] 특히, 시트는 주요 성분, 섬유 및 수지로 제조될 수 있다. 섬유는 롤 상에 말린 시트 재료에 정렬된다. 제조 시, 섬유, 예를들어 나란히 위치한 다수의 S2 유리 섬유 보빈은 풀려서 미리 결정된 배향을 갖는 롤 상으로 향한다. 이어서, 섬유를 몰드(mould) 상으로 또는 몰드 내로 롤링시키고, 상기 섬유를 수지, 예를 들어, 에폭시 수지로 함침시키고, 예컨대 오토클레이브인 진공 조건 하에 가공한다.
[0017][0017] 대안적으로, 미리 함침된 섬유가 사용될 수 있으며, 이는 전술한 바와 같은 함침 단계를 생략한다. 경화 후, 복합 시트는 몰드로부터 해제되고 추가 가공을 위해 처리될 수 있다. 바람직하게는, 섬유 부피 함량은 시트 부피의 50% 보다 크다. 또 다른 추가 대안으로서, 복합재 산업에 공지된 재료 또는 방법을 사용하는 것이 고려된다. 예를 들어, 복합 스택을 형성하기 위해 교대로 라미네이팅 되어 복합 스택을 형성하는 수지 필름과 함께 건조 섬유 레이어, 및/또는 예를 들어 섬유 레이어 제조사에 의해 서로 부착되고, 서로의 상부에 직접 라미네이팅 되고, 압축되고, 가열되어서 완전히 함침된 강성 라미네이트(fully impregnated and rigid laminate)로 경화되는 섬유 레이어를 사용한다.
[0018][0018] 일 예에서, 스택은, 약 2 mm보다 두꺼운 두께의 패킹된 스택에 대해서 서로에 대해 약 직각으로 교대로 패킹된 스택 내의 패턴으로 적층된 비교적 두꺼운 시트(> 0.3 mm)인 것을 특징으로 한다. 실시예로서, 예를 들어 예시적인 패키지를 설명하는 섹션을 참조하여 도시된바와 같이, 그러한 스택 내의 레이-업은, 예를 들어, 0/90/0/90(4 시트) 또는 -45/+45/-45/+45/-45/+45(6 시트)일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
[0019][0019] 이론에 구애되지 않고, 본 발명의 방폭 패널은, 충격이 후속 패킹된 스택들의 적시 박리(timed delamination)를 초래하여, 재료의 굽힘 응력(bending stress)이 감소되도록 설계된다. 예를 들어 높은 동적 하중을 견디는 S2 유리의 높은 인장 강도와 더불어, 이는 강철 대안(steel alternative)에 필적할만하며 더 양호한 방폭 특성을 제공한다.
[0020][0020] 본 명세서에 개시된 바와 같이, 섬유 강화 수지 시트를 포함하는 패널은 패널이 편평하거나 커브된(curved) 패널로 형성될 수 있도록 하는 특정 수준의 뻣뻣함/강성(stiffens/rigidity)을 처리하는 것으로 이해될 것이다.
[0021][0021] 유리하게는, 본 명세서에 개시된 바와 같은 패널은 패널이 구조적 하중 지지 구성 요소로서 사용될 수 있게 하는 구조적 특성을 나타내며, 예를 들어, 방폭 기능을 제공하면서 격실(예를 들어, 차량 격실)에 개별적으로 또는 일체로 형성된다.
[0022][0022] 예를 들어 도로, 울퉁불퉁한 도로 또는 오프-로드/거친 지형 위에서 주행하는 차량과 같이, 패널을 포함하는 구조물의 규칙적인 운전 중 경험되는 것과 같은 일상적인 하중 조건들에 대해, 전체 라미네이트 조성물은 뻣뻣하고 딱딱한 일반적인 완전한 복합재와 유사하게 거동한다. 라미네이트 뒷면의 잠재적인 임계 굽힘 응력으로 인한 패널 파손을 완화시키기 위하여, 박리는 폭발 하중(blast load)과 같은 충격이 있을 때 발생한다. 전술한 바와 같이, 박리는 바람직하게는 스택의 계면에서 발생하여, 많은 시트 계면들이 그대로 유지된다. 이는 폭발 압력이 라미네이트 두께를 뚫고 경로를 찾지 못하도록 방지하여 차량 내부의 고압 노출을 완화시킨다. 이러한 시기 적절하면서도 선택적인 박리에 의하여, 라미네이트는 이러한 재료의 모든 이점을 갖는 강성 섬유 강화 라미네이트로부터 임계 충격 하중에서 그의 특성을 변화시켜, 국소충격 하중 하에서 구부러져서, 라미네이트가 높은 굽힘 변형을 겪는 것을 방지하고, 이에 따라 본 명세서에 기재된 바와 같이 빌드업되지 않은 섬유 강화 복합재에 대해 정기적으로 발생하는 초기 레이어 파손을 방지하게 된다.
[0023][0023] 바람직한 실시 예에서, 시트 (및 따라서 스택)는 예를 들어 수지(resin) 시스템을 사용하여 함께 접합되어 일체형 패키지를 형성한다. 따라서, 패키지는 구조적 구성 요소(예를 들어, 정상 조건 하에서 전형적인 구조적 하중을 지탱하도록 배열된 강성 패널)로서 유리하게 기능할 수 있으며, 동시에 (예를 들어 차량에 대해 본 명세서에 설명된 바와 같은) 방폭 기능을 제공할 수 있다.
[0024][0024] 바람직하게는, 시트, 스택 및 패키지는 수지(resin)로 본질적으로 완전히 함침되어, 본질적으로 어떤 섬유 또는 섬유 레이어도, 재료가 구조적 하중을 전달하기에 덜 적합하게 하는, 느슨한 결합된 상태 또는 전혀 결합되지 않은 상태가 되지 않도록 하는 일체로 결합된 패널을 형성한다.
[0025][0025] 이와 같이, 본 발명에 따른 방폭 패널은 정상적인 조건 하에서 일반적인 완전 함침된 섬유 강화 복합 재료와 유사한 구조적 특성 및 거동 (상응하는 강성(rigidity), 스티프니스(stiffness), 강도(strength), 중량(weight))을 제공하지만, 그 것의 거리 내부 구조(distance internal structure) 때문에, 국부적 충격/폭발로 인해 인접한 스택에서 박리되는 스택을 주로 나타내는 내부 구조를 보이는 것으로 이해될 수 있다. 이에 의해, 높은 굽힘 응력/변형이 축적되는 것을 방지하여, 레이어 파손을 지연시키고 전체 패널 파손을 완화하게 된다.
[0026][0026] 앞으로, 도 2를 참조하여 위에서 예시된 바와 같은 원리의 일부 구현예들이 설명될 것이다.
[0027][0027] 패키지 1: 0/90/-45/ +45/+45 /-45/90/0
[0028][0028] 또는
[0029][0029] 패키지 2: 0/90/-45/+45/0/90/-45/ +45/+45 /-45/90/0/+45/-45/90/0
[0030][0030] (밑줄 친 시트는 패키지의 중간을 나타낸다.)
[0031][0031] 이들 패키지는 대칭적인 조성(symmetric composition)을 특징으로 하며, 즉 내향 외측 스택이 패널의 양 측에서 대응하는 동일한 배향으로 각각 적층된다. 또한, 재료 1에서의 2 및 2 시트 레이어 각각에서, 그리고 재료 2에서의 4 및 4 시트 레이어 각각에서, 0/90 및 +45/-45 스택의 수는 동일하다. 표시된 바와 같이, 재료 1은 2개의 0/90 스택 및 2개의 +45/-45 스택을 포함하고, 재료 2는 4개의 0/90 스택 및 4개의 +45/-45 스택을 포함한다. 예각의 섬유 배향을 갖는 스택 계면은 패키지 전반에 고르게 분포된다. 재료들에서, 스택은 각각 약 0.9 내지 1.1 mm의 두께를 갖는다. 그러나, 예시적인 패키지에서, 모든 각각의 스택이, 상기 각 스택 내에서, 서로에 대해 대략 직각으로 교대로 배향된 섬유를 갖는 적어도 4개의 섬유 강화 수지 시트를 포함하는 것은 아니며, 이는 패키지 1에서 스택은 각각 2개의 시트로 형성되고, 패키지 2에서 단지 하나의 스택만이 적어도 4개 시트(패키지 2, 중간 스택)를 갖기 때문이다.
[0032][0032] 패키지 3:
[0033][0033] JPEG pct00001.jpg 20 160
[0034][0034] (밑줄 친 시트는 패키지의 중간을 나타낸다.)
[0035][0035] 쇼트 핸드 레이업(short-handed lay-up)은 다음과 같다.
[0036][0036] JPEG pct00002.jpg 14 146
[0037][0037] 각 스택에서 시트의 수는 여전히 4개 미만이다.
[0038][0038] 스택 내의 시트는 약 0.9 mm이고, 폭발 (폭발 하중 동안 시트 계면 위에서)에서 양호하게 박리(delaminating)되며, 이는 소망하는 효과이다.
[0039][0039] 그러나, 스택 내의 시트가 박리되지 않으면서, 스택이 인접한 계면 상에서 박리되는 것이 더욱 바람직하다(즉, 박리는 특히 스택 계면에서 이루어진다). 시트 레벨에서 박리될 때, 전파 경로는 특히 시트가 서로에 대해 예각으로 배향될 때 발생하는 박리 시트를 통해서 폭발을 위해 형성될 수 있다. 이러한 효과는 스택들의 클러스터들(다수의 스택들)을 제공함으로써 완화될 수 있으며, 각각의 스택은 0/90 배향 또는 +45/-45 배향을 가지며; 스택들은 스택에서 적어도 4개의 시트들의 스택 두께로 클러스터링된다.
[0040][0040] 패키지 4:
[0041][0041] JPEG pct00003.jpg 16 160
[0042][0042] 이 패키지에서, 12개의 시트 레이어의 제1 스택은 +45/-45 배향을 갖도록 형성된다. 그 후, 0/90 섬유 배향을 갖는 28개의 시트 레이어의 스택이 형성되고, 그 후 -45/+45 섬유 배향의 또 다른 12개의 시트 레이어이 형성된다. 따라서, 각각 6개의 시트를 갖는 총 3개의 스택으로 이루어진 패키지를 형성하고, 각각의 시트는 2개의 시트 레이어로 이루어진다. 이러한 패키지에서, 섬유 배향이 예각인 제한된 수의 계면(단지 2개)만이 존재하며, 이는 박리가 일어나는 계면의 수를 감소시킨다. 패키지의 외측(+45/-45 스택)은 중앙의 0/90 스택과 다른 방향으로 변형될 것이다. 인접한 스택에 대해 예각을 갖는 2개의 계면만이 3개의 스택 사이에 로드될 것이다. 이들 두 계면은 박리에 가장 민감할 것이다. 반대로, 패키지 내 스택은, 스택 내 적어도 4개의 시트의 직각 배향으로 인해, 내부 박리 계면을 보이지 않거나 또는 감소된 내부 박리 계면을 보일 것이다. 바람직하게는, 시트 두께는 약 0.6 mm의 범위에서 선택되고, 스택은 약 15 mm의 패키지의 총 두께에 대해 약 3 mm일 수 있다.
[0043][0043] 따라서, 총 52개의 시트 레이어(27개의 시트)의 패키지가 우수한 방폭 특성(blast resistance properties)을 갖는 약 15mm의 두께로 제공된다.
[0044][0044] 스케일 업된 버전에서, 패키지는 전술한 바와 같이 3개 대신에 5개의 스택으로 클러스터링될 수 있다.
[0045][0045] 패키지 5:
[0046][0046] +45/-45: 12개의 시트 레이어 두께 = 3,6mm
[0047][0047] 0/90: 18개의 시트 레이어 두께 = 5,5mm
[0048][0048] +45/-45: 12개의 시트 레이어 두께 = 3,6mm
[0049][0049] 0/90: 18개의 시트 레이어 두께 = 5,5mm
[0050][0050] +45/-45: 12개의 시트 레이어 두께 = 3,6mm
[0051][0051] 총 72개의 시트 레이어(36개의 시트; 5개의 스택)은 약 22mm의 두께를 갖는다.
[0052][0052] 패키지 6는 다음의 스택 레이업을 갖는다:
[0053][0053] JPEG pct00004.jpg 18 156
[0054][0054] 여기서, 예각을 갖는 계면의 수는 패키지 5에 비해 증가된다. 패키지 5는 패키지 6보다 우수한 성능을 보인다.
[0055][0055] 추가적인 스케일-업 패키지에서, 스택 레이아웃은
[0056][0056] +45/-45: 12개의 시트 레이어 두께 = 3,6mm
[0057][0057] 0/90: 12개의 시트 레이어 두께 = 3,6mm
[0058][0058] +45/-45: 12개의 시트 레이어 두께 = 3,6mm
[0059][0059] 0/90: 16개의 시트 레이어 두께 = 5mm
[0060][0060] +45/-45: 12개의 시트 레이어 두께 = 3,6mm
[0061][0061] 0/90: 16개의 시트 레이어 두께 = 5mm
[0062][0062] +45/-45: 12개의 시트 레이어 두께 = 3,6 mm
[0063][0063] 0/90: 16개의 시트 레이어 두께 = 5mm
[0064][0064] +45/-45: 12개의 시트 레이어 두께 = 3,6mm
[0065][0065] 0/90: 12개의 시트 레이어 두께 = 3,6mm
[0066][0066] +45/-45: 12개 시트 레이어 두께 = 3,6 mm
[0067][0067] 총 144개의 시트 레이어는 약 44mm의 두께를 갖는다.
[0068][0068] 도 3에서, 시트 레이어 두께와 관련된 폭발 결과들의 그래프가 도시된다. 그래프는 시트 레이어 두께에 대한 표준 폭파 하중에 대비 임계 거리를 도시한다. 0.6 mm의 시트 두께는, 임계 거리가 60 mm이기 때문에, 80 mm의 임계 거리를 갖는, 0.9 mm의 두께에 비해, 더 양호한 결과를 산출하는 것으로 밝혀졌다 - 이는 패키지가 더 가까운 범위에서 파손됨을 의미한다.
[0069][0069] 비교예.
[0070][0070] 실험은 세 가지 유형의 패널을 이용해서 수행된다:
[0071][0071] 10 mm의 두께를 갖는 일련의 알루미늄-5083 패널.
[0072][0072] 15 mm의 두께를 갖는 일련의 T300-탄소 직조/PEI 수지 패널.
[0073][0073] 15 mm 두께를 갖는 일련의 E-유리 직조/PEI 수지 패널.
[0074][0074] 모든 샘플은 충전면과 패널면 사이의 다양한 거리에 위치된 188 g Semtex 폭발물을 이용해 시험된다. 충전물은 거대한 강철 후면 플레이트 (두께 > 5 cm) 상에 위치시킨다. 패널 그 자체는 원형 구멍을 특징으로 하는 과치수된 두꺼운 강판에 의해 지지되며, 이를 통해 패널은 인가된 충격 압력의 영향 하에서 내측으로 부풀어진다. 그 결과는 표 2에서 볼 수 있다.
[0075][0075] 표 2 - 알루미늄 패널, 및 탄소 섬유 및 E-유리계 복합재에 대한 변형율 및 변위 결과.
[0076][0076] JPEG pct00005.jpg 84 133
[0077][0077] 표의 데이터로부터, PEI 수지를 사용하는 탄소 섬유 기반 또는 E-유리 복합재도 예를 들어 알루미늄의 성능에 부합할 수 없다는 것이 명백해진다. 탄소 섬유 기반 복합재에서의 최대 변형률 수준은 이미 큰 패널 차지(charge-to-panel) 거리에서 파손 전에 단지 1.2%에 도달할 것이다. 비디오 분석에서, 패널 변형의 첫 번째 예시 동안 파손이 발생하는 것이 명백하다. 이러한 초기 단계에서, 폭발 압력은 패널의 중심에서 작은 영역에만 영향을 미쳐 상당한 국부적인 굽힘을 초래한다.탄소 섬유는 이러한 국부적인 초기 패널 굽힘을 수용하기 위해 필요한 파손 변형(strain-to-failure)을 갖지 않으며, 변형 속도 효과로부터, 또는 레이어 또는 시트 사이의 박리로부터의 도움은 거의 없다.
[0078][0078] E-유리 기반 복합재의 경우, 더 양호한 결과가 얻어졌다. 고속 비디오 분석으로부터, 국부적인 굽힘으로 인한 파손 시 변형률을 초과하는 임계 변형은 상당히 증가되지만, 여전히 알루미늄에 대비 상당히 낮다는 것이 관찰될 수 있다. E-유리 기반 복합재는, 탄소 기반 복합재와 유사하게, 충격 하중 동안 박리를 보이지 않는다. E-유리는 탄소 섬유보다 더 약하지만(더 낮은 인장 강도를 가짐), E- 유리는 더 높은 파손 시 변형률을 가지며, 이는 그 것의 비교적 더 양호한 성능을 설명할 수 있다.
[0079][0079] 이론에 구애됨이 없이, 본 실험에서 사용된 탄소 및 E-유리와 같은 직조형 섬유의 사용은 섬유들 사이의 중첩 지점에서 응력 집중을 초래할 것으로 여겨지고(변형 파괴를 감소시킴), 그 결과 단방향(UD) 섬유 레이어의 사용이 유리한 것으로 여겨진다.
[0080][0080] 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들(기술적 및 과학적 용어들을 포함함)은 본 명세서 및 도면들의 맥락에서 읽혀지는 바와 같이 본 개시내용이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 것과 같은 용어는 관련 기술의 문맥에서의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명시적으로 정의되지 않는 한 이상적이거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않을 것이다. 일부 경우들에서, 공지된 디바이스들 및 방법들에 대한 상세한 설명들은 본 시스템들 및 방법들의 설명을 모호하게 하지 않도록 생략될 수 있다. 특정 구현예들을 설명하기 위해 사용되는 용어는 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 달리 명확하게 나타내지 않는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도된다. "및/또는"이라는 표현은 관련하여 나열된 항목들 중 하나 이상의 임의의 및 모든 조합을 포함한다. "포함하다" 및/또는 "포함하는"는 표현은 언급된 특징들의 존재를 명시하지만 하나 이상의 다른 특징들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 더 이해될 것이다. 본원에 언급된 모든 간행물, 특허 출원, 특허 및 다른 참고문헌들은 그 전체가 참조로서 결합된다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다.
[0081][0081] 예시적인 실시예들이 시스템들 및 방법들에 대해 도시되었지만, 또한 유사한 기능 및 결과를 달성하기 위해 본 개시의 효과을 갖는 대안적인 방식들이 당업자에 의해 예상될 수 있다. 예를 들어, 일부 구성요소들은 하나 이상의 대안적인 구성요소들로 결합되거나 분할될 수 있다.
[0082][0082] 박리 계면이 45도와 다른 예각에 의해 제공되는 것을 배제하지 않는다. 실제 실시 예들에서, 목적에 따라, 시트들 및 스택들의 수는 달라질 수 있고, 본 발명은 개시된 예들에 제한되지 않는다. 시트는 또한 두께가 변할 수 있다.또한, E-유리와 같은 섬유를 사용하는 금속 레이어 및/또는 복합재를 포함하는 추가적인 복합재가 형성될 수 있다.
[0083][0083] 예를 들어, 상술한 본 발명의 실시예는 단지 설명을 위한 것이며, 임의의 특정 실시예 또는 실시예들의 그룹에 대해 첨부된 청구범위를 제한하는 것으로서 고려되지 않는다. 따라서, 본 시스템이 특정 예시적인 실시 예들을 참조하여 특히 상세히 설명되었지만, 다수의 변형 및 대안적 실시 예들이 다음의 청구항들에 기재된 바와 같은 본 시스템들 및 방법들의 범위로부터 벗어나지 않고 당업자에 의해 발명될 수 있다. 따라서, 명세서들 및 도면들은 예시적인 방식으로 간주되어야 하고, 첨부된 청구항들의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
[0084][0084] 첨부된 청구항들을 해석함에 있어서, "포함하는"이란 표현은 주어진 청구항에 열거된 것들 이외의 다른 요소들 또는 작용들의 존재를 배제하지 않고; 단수의 표현은 해당 요소의 복수의 존재를 배제하지 않으며; 청구항들에서의 임의의 참조 부호들은 그 범위를 제한하지 않고; 몇몇 "수단"은 동일하거나 상이한 항목(들) 또는 구현된 구조 또는 기능으로 표현될 수 있으며; 개시된 디바이스들 또는 그 부분들 중 어느 하나는 구체적으로 다르게 언급되지 않는 한 결합되거나 추가 부분들로 분리될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 특정 수치들(certain measures)이 서로 상이한 청구항들에서 인용된다는 단순한 사실은 이들 수치들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다.
