얇은 플라이 라미네이트

얇은 플라이 라미네이트{THIN PLY LAMINATES}

본 출원은 2004년 9월 24일자로 출원된 미국 가특허출원 제 60/612,740호 및 2005년 4월 4일자로 출원된 미국 가특허출원 제 60/668,341호의 이익을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 섬유 복합재(fiber composite material), 보다 구체적으로 개선된 물리적 특성을 얻기 위해 얇은 플라이들을 사용한 복합재 및 이러한 재료의 제조 방법에 관한 것이다.

통상적인 복합 플라이(composite ply)들은 함침된 수지가 있거나 없이 0.12 mm 이하의 두께이다. 복합 플라이들의 라미네이트들은 단일방향 플라이들을 함께 쌓은 후 통합(consolidation) 및 경화(curing) 처리함으로써 형성된다. 일 방향 이상의 기계적 특성을 제공하기 위해 상이한 배향(orientation)들을 갖는 플라이들이 요구된다. 따라서, 최소한 기준(reference) 0 °각도로 배향된 한 플라이 및 90°로 배향된 다른 플라이와 같은 두 플라이 배향들이 요구된다. 플라이 층 배향들은 이하에서 상대적 배향을 축에 대한 각도(degree)로 나타내어, 예를 들어 0°의 한 플라이 및 첫번째 플라이 상에 적층된(laminated) 90°의 다른 플라이 또는 -45°의 다른 플라이에 적층된 +45°의 한 플라이에 대하여 표시[0/90] 또는 [+45/-45]를 사용하여 기재될 것이다. 또한, 라미네이트들은 뒤틀림(warping)을 피하기 위해 대칭적으로 쌓여야 한다. 따라서, 종래 기술에서 최소한 [0/90/0]과 같은 3 플라이들 또는 [0/90/90/0]과 같은 4 플라이들은 각 층이 0.12 mm 이상이므로 이 두께가 요구되든 요구되지 않든 간에 0.36 또는 0.48 mm의 최소 총 (게이지) 두께를 갖는다. [0/90/45/-45]의 4 플라이 배향을 갖는 것이 일반적이다. 라미네이트가 대칭적으로 만들어지는 경우 8 플라이들이 요구되며 최소 총 라미네이트 두께는 0.12 mm의 통상적인 플라이들을 사용하여 약 8 × 0.12 mm, 즉 약 1 mm이다.

박리(delamination)는 라미네이트의 자유 가장자리(free edge)들에서 또는 집중된 베어링 하중이 적용되는 지점에서 또는 횡단 충격(transverse impact) 또는 라미네이트의 경화동안 형성된 응력(stress)이 가해지는 지점에서 흔히 일어난다. 그 근원과 상관없이, 박리는 다-방향(multi-directional laminate) 라미네이트의 임계적 평면-내 부하 운반 능력(critical in-plane loading carrying capability)의 전체 가능성(full potential)의 실현을 자주 제한하는 파손 모드(failure mode)이다. 보잉 787 또는 에어버스 350 및 380 항공기와 같은 더욱 많은 1차 구조물(primary structure)들에 복합물들이 사용됨에 따라, 복합 구성요소(composite component)들은 수백 플라이들의 두께가 될 수 있다. 박리는 많은 적용예들에 대한 복합물들의 허용에 심각한 위협이 된다.

한 인기있는 해결책은 라미네이트를 3-차원 직포(woven fabric)로 형성하는 것이다. 이러한 엮는(weaving) 기술의 많은 버전들이 있다. 여기에는 둘 이상의 단점들이 존재한다: 비용은 더 큰 크기의 순서가 될 수 있고, 평면-외(out-of-plane) 섬유들에 대한 장소를 만들기 위해 평면-내 특성이 감소된다. 이러한 해결책에 대 한 대안은 횡단 스티칭(transverse stitching)을 사용하는 것이다. 이러한 접근법은 비용이 많이 들 뿐 아니라 가치가 의심스럽다. 스티칭은 복합 라미네이트에 부가적 손상을 유발한다.

간단히, 본 발명의 일실시형태는 0.08 mm 이하의 두께를 갖는 얇은 플라이들을 사용하여 구성된 라미네이트를 포함한다. 대안적 실시형태는 0.08 mm 이하의 두께를 갖는 얇은 플라이들을 0.12 mm 이상의 두께의 보다 두꺼운 통상적인 플라이들의 조합물(combination)을 포함한다. 이러한 조합물은 개선된 미세-크래킹(micro-cracking) 및 박리에 대한 내성(resistance), 라미네이트들의 보다 얇은 최소 게이지, 두꺼운 플라이 및 얇은 플라이의 혼성화(hybridization)의 기회, 결합된 조인트들(bonded joints)의 강화(reinforcement), 통상적인 직포들보다 우수한 성능을 갖는 섞어 짜인(interlaced) 제품, 개선된 배관(piping) 및 용기(vessel)들의 온라인 통합(online consolidation), 및 더 강한 시트 몰딩 화합물을 형성하기 위한 잘려진(chopped) 섬유들을 제공한다. 다중 플라이-배향(multiple ply-orientation) 라미네이트들(이하 "서브라미네이트 모듈(sublaminate module)들"이라 함)이 복합 라미네이트들의 기본 건축 블록(building block)으로서 형성될 수 있으며, 높은 박리 내성을 유지하면서 조립 비용을 감소시킨다. 자동화 또는 자동화 없이, 얇은 플라이 서브라미네이트들 및 라미네이트들 제품들은 통상적인 두꺼운 플라이 라미네이트들로부터 구성된 제품과 비용 면에서 경쟁 가능하다.

공지된 토우 스프레딩(tow spreading) 처리를 사용하여, 통상적인 12 k 토우(tow)의 탄소, 유리 또는 케블라 섬유들(약 0.12 mm 두께)은 0.02 mm 두께만큼 얇은 리본을 형성하기 위해 스프레딩될 수 있다. 이러한 얇은 플라이들을 사용하여, 예를 들어 본 발명에 따른 3 플라이 배향 대칭 서브라미네이트는 통상적인 0.12 mm 플라이와 같은 0.12 mm 두께를 가질 수 있다. 최소 게이지는 통상적인 플라이의 두께의 1/6 만큼 작게 감소된다. 대칭적 4-플라이 라미네이트에서, 최소 게이지는 0.16 mm가 될 것이다. 이러한 얇은 게이지 모듈들은 통상적인 두꺼운 플라이들로는 이용불가능한 설계 옵션을 제공하고 박리에 대한 더 큰 내성을 갖는다. 사실, 통상적인 복합 구조물들의 많은 설계들이 이 박리 특징(criterion)에 의해 지시된다. 따라서, 얇은 플라이 라미네이트들을 사용하여 보다 우수한 성능 또는 보다 경량의 구조물들이 효과적으로 설계될 수 있다.

본 발명에 따른 복합재(10)의 단면이 도 1에 도시된다. 복합재(10)는 제 1 방향으로 배향된 점들로 표시된 제 1 플라이들(12)을 포함하는 복수의 층들(플라이들)을 갖는다. 제 1 플라이들(12)은 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 배향된 제 1 플라이들(14)에 의해 분리된다. 제 2 플라이들(14)은 도 1에서 제 1 플라이들(12)로부터 구별할 목적으로 어떤 표시들 없이 나타낸다. 본 발명에 따르면, 플라이들(12, 14)은 0.08 mm 이하의 두께 "t"이며, 바람직하게는 0.02 mm 내지 0.06 mm 의 두께이다. 도 2는 통상적인/종래 기술 라미네이트가 본 발명의 두께보다 두껍고 각각 일반적으로 0.12 mm 이상의 두께 "T"를 갖는 16, 18과 같은 교대 플라이들로 구성된다는 것을 단순히 나타내기 위해 사용된다.

본 발명에 따르면, 얇은 플라이 라미네이트들은 개선된 박리 내성을 제공한다. 이들은 평면-외 섬유들이 필요없고 따라서 우수한 평면-내 특성들을 유지한다. 일례로서, 도 3 및 4에 라미네이트의 자유 가장자리에 존재하는 계산된 법선 응력(normal stress) 및 전단 응력(shear stress)이 플라이 두께의 함수로서 도시된다. 0.12 mm 이상의 통상적인/종래 기술 플라이 두께가 각 도면의 오른쪽에 도시되고, 왼쪽에 0.02 mm까지 플라이 두께가 감소한다. 이러한 측정결과들은 플라이 두께가 0.12 mm의 종래 기술의 두꺼운 플라이 라미네이트의 1/3 및 1/6까지 감소함에 따라 법선 및 전단 응력들이 급격히 감소하는 것을 보여준다. 이는 종래 기술의 견지에서 뜻밖의 결과이다. 따라서, 얇은 플라이 라미네이트들은 박리 내성에 대한 개선된 해결책들을 제공한다.

얇은 플라이들의 박리 개시 상에 미치는 효과의 다른 예가 박리에 요구되는 응력을 효과적인 플라이 두께의 함수로서 나타내는 도 5에 도시된다. 플라이 두께가 감소함에 따라 박리 응력이 다시 급격히 증가한다.

대안적 실시형태로서, 두꺼운 플라이 및 얇은 플라이의 혼성(hybrid) 조합물이 성능 및 비용 간의 밸런스를 제공할 수 있으며, 이러한 조합물은 본 발명에 포함된다. 얇은 플라이들은 인성(toughness)을 증가시킬 뿐 아니라 플라이 드롭(fly drop) 상에 유연성(flexibility)을 또한 증가시킨다. 이는 서브라미네이트 모듈을 사용함으로써 달성되며, 상이한 배향들을 갖는 얇은 플라이들을 포함하는 모듈 또는 상이한 배향들을 갖는 얇은 플라이 및 두꺼운 플라이의 조합물이 라미네이트들의 건축 블록들로서 예비-형성된다(pre-form). 개별 플라이들을 놓는(dropping) 대신 서브라미네이트 모듈들이 놓인다.

도 1은 본 발명의 얇은 플라이 라미네이트를 나타내고;

도 2는 종래 기술의 보다 두꺼운 플라이를 나타내고;

도 3은 플라이 두께의 함수로서의 법선 응력(normal stress)의 그래프이고;

도 4는 플라이 두께의 함수로서 전단 응력(sheer stress)의 그래프이고;

도 5는 플라이 두께의 함수로서 박리 개시(onset) 응력의 그래프이고;

도 6a는 두꺼운 플라이 및 얇은 플라이의 사용을 나타내고;

도 6b는 서브라미네이트를 나타내고;

도 7a는 서브라미네이트를 사용한 복합재의 사시도이고;

도 7b는 조인트들을 보이도록 서브라미네이트들을 사용한 복합재의 측면도이고;

도 8a는 플라이 두께의 함수로서의 강성도(stiffness)의 그래프이고;

도 8b는 플라이 두께의 함수로서의 최대 응력의 그래프이고;

도 9는 건조한(dry) 얇은 플라이를 나타내고;

도 10은 수지 함침된 얇은 플라이 시트를 나타내고;

도 11은 3-층 라미네이트를 나타내고;

도 12는 크림프 교환 영역(crimp exchange area)의 플라이 엮기(weaving) 및 각도를 나타내고;

도 13a는 취성(brittle) 접착제에 대한 다양한 온도의 플라이 두께 대 하중 변형(load deformation)의 그래프이고;

도 13b는 연성(ductile) 접착제에 대한 다양한 온도의 플라이 두께 대 하중 변형의 그래프이고;

도 14는 두 층들을 결합시키기 위해 얇은 플라이를 사용하는 것을 나타내고;

도 15는 도 14의 조인트의 유효성을 나타내는 표이고;

도 16은 라미네이트의 한쪽 상에 금속 호일을 사용하는 것을 나타내고;

도 17은 라미네이트의 양쪽 상에 금속 호일을 사용하는 것을 나타내고;

도 18a는 라미네이트의 양쪽들 및 중심 상의 금속 호일을 나타내고;

도 18b는 도 18a의 확대 단면도이고;

도 19는 호일 없는 라미네이트의 중심의 층 구조를 나타낸다.

실시예 1 : 본 발명에 따른 일실시예는 0.12 mm 두께를 갖는 두꺼운 플라이 및 0.02 mm 두께를 갖는 얇은 플라이의 조합물을 포함한다. 이는 얇은 플라이들(21) 및 두꺼운 플라이들(23)을 갖는 도 6a에 나타낸다. 또한, 도 6b에서와 같은 서브라미네이트(25)는 하나의 두꺼운[0] 플라이(27) 및 하나의 얇은[90] 플라이(29)를 갖는 두껍고-얇은 혼성물(hybrid)이 될 수 있다. 이 서브라미네이트 모듈의 총 두께는 0.12 mm + 0.02 mm = 0.14 mm 가 될 수 있고 이 경우의 [0]의 백분율은 0.12/0.14 = 86 %가 될 것이다. 마스트(mast) 또는 붐(boom)을 만들기 위해 이 서브라미네이트를 사용하면 두꺼운 플라이들만을 사용하는 통상적인 라미네이트들로는 불가능한 인성을 갖는 고도 이방성(highly anisotropic) 구조물이 제공된다. 통상적인 라미네이트들의 경우, 두꺼운 플라이들의 반복 모듈은 [0]의 9 플라이들 및 [90]의 1 플라이가 되어야할 것이다. 총 서브라미네이트 두께는 [0]의 백분율이 90 %인 1.20 mm가 될 것이다. 이 설계는 함께 쌓인 [0]의 9 플라이들을 가지며, 이는 인성의 관점에서 열등한 설계이다. 이와 같이 실행하면 마스트들은 불안정해지고 스내핑(snapping)에 의해 파손되기 쉽다.

실시예 2 : [0]의 높은 백분율이 요구되는 경우 두개의 두꺼운 플라이들[0]에 이어 하나의 얇은 플라이[90]를 가질 수 있다. 이 경우에 [0]의 백분율은 0.24/0.26 = 92 %가 될 것이다. 두 [0] 및 하나의 [+/-45]를 갖는 세-방향 서브라미네이트 모듈은 0.24/0.28 = 86 %의 [0]의 백분율을 가질 것이다. 이들 실시예들은 모두 마스트 또는 붐에 인성이 훨씬 더 큰 라미네이트들을 부여한다(give). 이 혼성 구조물은 또한 구동축(drive shaft), 판 용수철(leaf spring), 및 스포츠 제품(예를 들어, 장대높이뛰기 축, 하키 스틱, 골프 클럽 등)에도 유용하다.

실시예 3 : 두껍고-얇은 플라이 라미네이트의 또다른 실시예는 [+30/0/-30] 또는 [+45/0/-45] 모듈과 같은 하나의 두꺼운 0.12 mm 플라이[0] 및 두개의 얇은 0.02 mm의 각 있는-플라이(angled-plie)들[+/-30] 또는 [+/-45]을 갖는 세-방향 서브라미네이트이다. 전체 서브라미네이트 두께는 0.16 mm이고, 이는 플라이 드롭의 한 단계로서 성취될 수 있다. 두꺼운 플라이 및 얇은 플라이의 어떤 조합의 세-방향 모듈들은 제조 가능하다. 이러한 설계 융통성(flexibility)은 제품에 상당히 개선된 라미네이트 성능 및 상당한 제조 비용 절감이 가능하게 한다.

실시예 4 : 복합 구조물의 하부구조물로서의 스파(spar)들 및 립(rib)들에 대해 동일한 개념의 다방향 서브라미네이트들이 설계될 수 있다. 이 경우, 웹(web) 내 전단 모듈이 가장 중요하다. 두껍고-얇은 혼성물은 얇은 [0]과 결합된 두꺼운 [+/-45]를 가질 수 있다. 모든 이들 적용예들에서, 서브라미네이트들의 짜맞추기(lay-up) 처리는, 예를 들어 스파의 축을 따라 한 방향으로 가능하다. 윙(wing)들의 스킨(skin)의 경우, 윙 축을 따라 짜맞추기가 가능하다. 동체(fuselage)의 경우, 하나는 후프(hoop) 방향을 따르고 다른 하나는 축 방향을 따라 또는 두 나선 각도들을 따라 두 방향으로 짜맞추기가 가능하다. 짜맞추기 기계의 능력 및 짜맞추기 시간 및 노력이 매우 크게 절감될 수 있다.

본 발명에 따른 복합재는 복수의 서브라미네이트 모듈들로 구성될 수 있다. 도 7a는 서브라미네이트 모듈들(33)을 포함하는 복합재(31)를 나타낸다. 도 7b는 서브라미네이트 조인트들(39)을 설명하기 위한 도 7a와 유사한 서브라미네이트들(37)을 갖는 복합재(35)의 측평면도이다. 서브라미네이트 시트들은 폭 방향으로 접합되고(jointed) 두께 방향으로 조인트부를 반복할 필요 없이 쌓인다. 도 7a, 7b의 서브라미네이트들은 모두 동일할 수 있거나 상이할 수 있다. 서브라미네이트는 모든 얇은 플라이들 또는 얇은 플라이 및 두꺼운 플라이의 조합물을 가질 수 있고, 및/또는 서브라미네이트는 도 12에 나타낸 바와 같은 섞어 짜인 직물의 플라이들을 가질 수 있다. 얇은 플라이를 사용하면 통상적인 플라이 두께와 거의 동일한 서브라미네이트 두께가 허용된다. 이 방법을 사용하여 우수한 기계적 특성들을 갖는 대규모 복합 몰딩의 제품이 얻어진다.

얇은 플라이 토우들을 형성하는 한가지 방법은 통상적인 토우들을 전개시킴(spreading)에 의해서이다. 스프레드 토우(spread tow)들의 단면은 두께 0.04 mm 이하 및 20 mm와 비슷한 폭을 갖는 직사각형이다. 이러한 스프레드 토우들은 직포를 형성하기 위해 쉽게 섞어 짜일 수 있다. 섞어 짜인 토우들의 단면은 도 12에 도시된다. 섞어 짜인 직물은 복잡한 툴링 기하 구조(tooling geometry)들을 쉽게 따르는(conform) 고성능 라미네이트들을 제공한다. 이러한 섞어 짜인 직물의 총 두께는 얇은 플라이 두께의 두 배가 될 것이다; 즉, 0.02 mm의 얇은 플라이가 사용되는 경우에 0.04 mm이다. 두껍고 얇은 플라이들을 갖는 섞어 짜인 직물의 구조적 성능은 도 8a 및 8b에 도시되며, 플라이 두께가 오른쪽으로부터 왼쪽으로 감소함에 따라 기계적 특성이 증가한다. 0.12 mm 플라이들 대신 0.02 mm 플라이들이 사용될 때 강성도가 35 % 증가하고 최대 인성이 20 % 감소한다.

얇은 플라이(24)는 (a) 0.08 mm 이하, 바람직하게는 0.06 mm 이하의 두께를 갖는 도 9에 도시된 것과 같은 건조 섬유들(26)(즉, 수지 함침 없음), 또는 (b) 0.08 mm 이하 및 바람직하게는 0.06 mm 이하의 수지 함침된(프리프레그) 시트(28) 내 섬유들(26)이 될 수 있다(도 10).

일실시예로서 복수의 플라이들(36)로 형성된 세 층들(30, 32, 34)을 갖는 라미네이트(28)가 도 11에 도시된다. 플라이들은 말단들(38) 가까이에 40에서와 같은 측면을 따라 층들이 42를 만나는 경우에 위치될 수 있다. 이들 사이에는 갭들이 존재할 수 있다. 플라이 두께가 매우 얇기 때문에 이러한 갭들은 라미네이트의 기계적 특성들에 단지 약하게 영향을 미친다.

도 12는 섞어 짜인 플라이들(41)의 단면이다. 플라이 두께가 감소함에 따라 도 12에 도시된 크림프 인터체인지 영역(42)의 크기 및 얻어지는 각도(A)가 작아지 므로 얇은 플라이 라미네이트들은 개선된 특성을 갖는다. 스프레드 토우들이 직교 배향된 토우들을 만남에 따라 그 방향(way)을 위아래로 엮는(weave) 경우 보다 얇은 토우들에서 크림프의 영향받는 영역이 더 작다. 인터체인징 토우들은 서로의 두께를 수용(accommodate)해야 한다. 토우들이 더 얇을수록 토우 인터체인지에서는 더 적은 수용이 요구된다. 이와 같이, 섞어 짜인 토우들의 거시적 강성도 및 인터체인지에서 얻어지는 응력은 이 두께에 의해 영향받는다. 토우가 얇을수록 강성도는 더 커지고 국부 응력은 작아질 것이다.

결합된 조인트(bonded joint)들은 두 복합 구성요소들의 가장 좋은 결합 방법을 제공한다. 결합된 조인트들은 조인트들에서 최소 응력 집중을 형성하고 유도하기 더 쉽다. 광범위하게 말해, 두가지 형태의 결합된 조인트 접착제: 취성 및 연성 접착제가 있다. 도 13a 및 13b는 다양한 온도에서의 취성 접착체 및 연성 접착제의 하중-변형(load-deformation) 곡선을 각각 도시한다. 가장 큰 강성도의 접착제 하중-변형 곡선은 실온 행동(room temperature behavior)이다. 온도가 증가함에 따라, 접착제는 더욱 더 연성 재료처럼 행동할 것이다. 도 13a의 취성 접착제는 유리 분말 강화 에폭시이다; 연성 접착제는 PMMA이다.

도 14에 도시된 바와 같이 강화재(reinforcement)로서 얇은 플라이를 사용하여 새로운 결합된 조인트(43)가 제조될 수 있다. 이러한 조인트의 유효성은 유한 요소 분석(finite element analysis)으로부터의 예상(prediction)을 보여주는 도 15의 표에 나타낸다. 응력 감소는 강화되지 않은 접착제의 응력의 56 % 및 30 %에 이르는 것을 유념한다. 또한, 이러한 조인트 설계는 강화되지 않은 접착체의 경우 에서와 같이 하나가 다른 하나보다 우월한(dominate) 것이 아니라, 박리(peel) 응력 및 전단 응력 간에 밸런스를 달성한다. 얇은 플라이 강화된 접착제의 경우, [0] 배향이 결합된 조인트에 적용된 축력(axial force)과 정렬된다(aligned with).

시트 몰딩 화합물들 및 매트들은 잘려진(chopped) 얇은 플라이 섬유들을 사용하여 제조될 수 있다. 이들 제품들은 크림프 인터체인지로 인한 강성도 및 강도 손실이 감소되므로 우수한 성능을 갖는다. 또한, 더 얇은 플라이들은 굽힘 강성도를 세제곱의 관계로 감소시킨다; 즉, 두꺼운 플라이 두께의 1/6은 원래 강성도의 1/216를 가질 것이다. 따라서, 잘려진 얇은 플라이 토우들로 만들어진 시트 몰딩 화합물은 몰딩부(molded part)의 굴곡(curvature) 및 형태의 급작스런 변화들에 보다 쉽게 따를 것이다. 이러한 처리 장점이 개선된 강성도 및 강도에 추가된다.

탄소 강화된 열가소성 테이프의 온라인 통합은 또한 처리 속도 및 질 측면에서 얇은 플라이들로부터 이익을 얻는다. 두꺼운 플라이 테이프들의 일반적인 보디니스(boardiness)(고도 강성도)는 테이프 두께가 더 작아지면 보다 휘기 쉽거나(pliable) 유연한(compliant) 테이프로 크게 감소될 수 있다. 상기 논의된 동일한 세제곱 관계가 테이프 휨 강성(flexural rigidity)에 또한 적용된다. 얇은 테이프들을 사용한 온라인 처리에서는 테이프를 보다 유연하게 만드는 유일한 목적을 위한 예비가열이 불필요하다. 이 처리를 이용하여 필라멘트 감기(winding)에 이어 경화(curing) 함으로써 압력 용기(pressure vessel)들을 만들 수 있다.

도 16-18은 금속 및 얇은 플라이 라미네이트를 포함하는 본 발명의 라미네이트의 다른 실시형태를 나타낸다. 도 16은 얇은 플라이 라미네이트(46)의 한쪽에 적 용된 금속(44)을 보여준다. 도 17은 얇은 플라이 라미네이트(52)의 양쪽 상의 금속(48, 50)을 보여준다. 도 16 및 17은 금속 매트릭스 복합물(composite)이 얇은 플라이 라미네이트의 한 쪽 또는 양 쪽에 결합된 제품을 보여준다. 금속층은 금속 호일, 증착(CVD), 중합체 내에 묻힌(embedded) 금속, 도금 등을 포함하는 이 기술분야에서 공지된 다수의 방식으로 만들어질 수 있다. 금속은 라미네이트를 보호한다. 코팅되지 않은 얇은 플라이 라미네이트에서, 표면 플라이는 매우 얇다. 라미네이트의 외부 섬유가 ( 예를 들어, 충격 또는 긁힘에 의해) 손상되는 경우, 라미네이트의 파손으로 이끌 수 있는 표면 플라이의 섬유 파괴가 쉽게 일어날 수 있다. 도 16 및 17에 도시된 제품은 이러한 섬유 파괴 및 파손을 막기에 도움이 된다. 도 18a은 얇은 플라이 라미네이트(60, 62)의 양쪽들(54, 56) 상 및 중심(58)의 금속을 보여준다. 도 18b는 도 18a의 라미네이트 층들 내 섬유들의 배향(90°, -45°)을 설명하기 위한 도 18a의 단면이다. 금속 매트릭스 복합물이 도 18a 및 18b에 도시된 바와 같은 얇은 플라이 라미네이트들의 중심에 삽입될 때, 라미네이트 내 이중 두께(double thickness)가 방지된다. 이는 라미네이트의 중심의 이중 두께가 매트릭스 크래킹 및 박리를 유도할 수 있는 대칭 적층에 도움이 된다. 도 19는 어떤 금속도 존재하지 않는 경우 중심 플라이 층들의 이중 두께를 나타내며, 이는 라미네이트가 쉽게 크래킹 및 박리되도록 한다.

금속 및 얇은 플라이 복합물을 사용한 금속 매트릭스 복합물의 신규한 패밀리는 합리적으로 낮은 비용으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 티타늄(Tigr: 티타늄-그래파이트) 또는 구리(Cugr: 구리-그래파이트)와 함께 얇은 탄소 섬유 강화된 플 라스틱들(CFRP)을 사용한 고온 복합재들이 형성될 수 있다. 이러한 금속 매트릭스 복합재는 화학적 배관 및 용기들을 포함하는 많은 적용예들에서 고온 및 독특한 부식 내성을 모두 갖는다.

수지 이송 몰딩(resin transfer molding; RTM) 및 진공-보조 수지 이송 몰딩(vacuum-assisted resin transfer molding; VARTM) 처리를 포함하는 매트들 및 섞어 짜인 직물들에 대하여, 얇은 플라이 재료들을 사용하면 재료 유동(material flow)이 더 쉬워지고 복잡한 표면들에 대한 일치(conformation)가 강화되고 우수한 물리적 특성들이 유지된다.

상기된 실시형태는 본 발명의 실시예로서 주어진다. 당업자는 이들 실시예에 대한 변형예를 알 것이다. 이들 변형예들은 본 발명의 정신 내에 포함되어야 한다.

본 발명에 의하면 개선된 물리적 특성을 얻기 위해 얇은 플라이들을 사용한 복합재가 얻어진다.