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技術 複合物における透過性及び繊維体積率を制御するためのポリマーナノ粒子

出願人 ザ・ボーイング・カンパニー
発明者 ウィレンスキー,マークエス.ミューア,サミュエルジェー.コーザー,マイケルピー.
出願日 2015年8月31日 (6年3ヶ月経過) 出願番号 2015-170834
公開日 2016年4月28日 (5年8ヶ月経過) 公開番号 2016-065349
状態 特許登録済
技術分野 プラスチック等の注型成形、圧縮成形 繊維製品への有機化合物の付着処理 強化プラスチック材料 不織物
主要キーワード 構造質量 非分離状態 高圧噴霧ノズル 短繊維形状 フィラメント間隔 樹脂注入法 システムインテグレーション 編組繊維
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図面 (13)

課題

ポリマーナノ粒子による繊維体積率制御技術の提供。

解決手段

フィラメント断面幅を各々有する複数の強化フィラメント158を含み、ポリマーナノ粒子200の少なくとも一部を、強化フィラメント158の少なくとも一つに、及び/又は他のポリマーナノ粒子200に結合させることができ、ポリマーナノ粒子200は、強化フィラメント158断面幅よりも小さい粒子断面幅を有し、ポリマーナノ粒子200により、強化フィラメント158間の直接的接触を減らす又は避けるために、フィラメント158間に樹脂が流れることができるように、及び/又は繊維体積率の要件を満たすために、強化フィラメント158間の局所的なフィラメント間隔166を得ることができる繊維トウ

概要

背景

複合構造は、複合プライスタックを積層して、複合レイアップを形成することによって形成することができる。各複合プライには、複数の強化繊維又は繊維トウが含まれうる。各繊維トウには、複数の強化フィラメントが含まれうる。例えば、単一の繊維トウは、数千以上の強化フィラメントの束として形成することができる。複合レイアップに熱及び/又は圧力を印加して、複合プライのスタックを圧密化し、樹脂硬化させる又は凝固させることができる。複合レイアップを、受動的に又は能動的に冷却して複合構造を形成することができる。

複合構造は通常、複合構造の強度、剛性、及びその他の構成要件を満たすために特定の繊維体積率を有するように構成される。繊維体積率は、複合構造の総体積に対する複合構造の強化繊維の総体積の比率として表すことができる。製造中に複合レイアップの繊維体積率の可能な制御精度は、複合構造の構成要件を満たす能力に多大な影響を及ぼしうる。

複合レイアップの強化フィラメント間の間隔は、複合構造の繊維体積率に直接影響を与えうる。積層前に樹脂を予め含浸させた複合プライ(例:プリプレグ複合プライ)においては、強化フィラメント間の間隔は、プリプレグ工程中に繊維トウ又は強化フィラメントに適用される樹脂の量を制御することによって直接制御することができる。乾燥繊維複合プライでできた複合レイアップにおいては、強化フィラメント間の間隔は、乾燥繊維複合プライの中へ樹脂を注入している間に印加される圧密化圧力及び/又は真空圧規模及び/又は期間を制御する等、レイアップ処理の条件を制御することによって、間接的に制御することができる。

従来の複合物の製造においては、強化フィラメント間の局所的な間隔は、フィラメントの多数の直径からゼロまで変化しうる。ゼロの間隔では、強化フィラメントは互いに直接接触している。強化フィラメント間の直接的な接触により、幾つかの望ましくない影響が生じうる。例えば、直接接触している強化フィラメントにより、樹脂注入プロセスの間の強化フィラメント間の樹脂の流れを妨げる可能性があり、これにより、強化フィラメントの濡れ不完全になり、望ましくない空洞、また亀裂の核生成が発生しうる。加えて、強化フィラメントの直接的な接触は、複合構造における応力が高い箇所を示す場合があり、樹脂に微小な亀裂が形成されうる。

このことから分かるように、当技術分野において、フィラメント間の樹脂の流れを可能にするため、繊維体積率の要件を満たすため、また強化フィラメント間の直接的な接触を減らす又は避けるために、複合レイアップの強化フィラメント間の局所的な間隔を制御するためのシステム及び方法が必要である。

概要

ポリマーナノ粒子による繊維体積率制御技術の提供。フィラメント断面幅を各々有する複数の強化フィラメント158を含み、ポリマーナノ粒子200の少なくとも一部を、強化フィラメント158の少なくとも一つに、及び/又は他のポリマーナノ粒子200に結合させることができ、ポリマーナノ粒子200は、強化フィラメント158断面幅よりも小さい粒子断面幅を有し、ポリマーナノ粒子200により、強化フィラメント158間の直接的接触を減らす又は避けるために、フィラメント158間に樹脂が流れることができるように、及び/又は繊維体積率の要件を満たすために、強化フィラメント158間の局所的なフィラメント間隔166を得ることができる繊維トウ。

目的

複合レイアップに関する上記の必要性は、各々フィラメント断面幅を有する複数の強化フィラメントを含みうる繊維トウを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

繊維トウであって、フィラメント断面幅を各々有する複数の強化フィラメント(158)と、前記フィラメント断面幅よりも小さい粒子断面幅を有する、複数のポリマーナノ粒子(200)とを含み、前記ポリマーナノ粒子(200)の少なくとも一部は、前記強化フィラメント(158)の少なくとも一つ及び/又は他のポリマーナノ粒子(200)に結合される、繊維トウ。

請求項2

前記複数の強化フィラメント(158)は、第1のフィラメントと第2のフィラメントとを含み、前記複数のポリマーナノ粒子(200)は、前記第1のフィラメントに結合された第1のポリマーナノ粒子と、前記第2のフィラメントに結合された第2のポリマーナノ粒子とを含み、前記第1のポリマーナノ粒子は、前記第2のフィラメント及び/又は第2のポリマーナノ粒子に接触している、請求項1に記載の繊維トウ。

請求項3

前記ポリマーナノ粒子(200)は、10〜200ナノメートルの粒子断面幅を有する、請求項1又は2に記載の繊維トウ。

請求項4

請求項5

前記ポリマーナノ粒子(200)の少なくとも一部は、コア(212)を封入するシース(sheath)(210)を有するコア−シースナノ粒子(208)であり、前記シースは、前記コアとは異なる材料で形成されており、前記シースは、少なくとも一つの強化フィラメントに結合されている、請求項1から4のいずれか一項に記載の繊維トウ。

請求項6

前記シース(210)が、前記強化フィラメントに融解結合した熱可塑性プラスチック材料で形成されている、請求項5に記載の繊維トウ。

請求項7

複数のポリマーナノ粒子(200)を一又は複数の強化フィラメント(158)に結合させることであって、各強化フィラメントがフィラメント断面幅を有し、前記ポリマーナノ粒子(200)は前記フィラメント断面幅よりも小さい粒子断面幅を有する、結合させることと、前記ポリマーナノ粒子(200)を使用して、隣接する強化フィラメント(158)間のフィラメント間隔を維持することとを含む、複合構造を製造するための方法。

請求項8

前記ポリマーナノ粒子(200)の少なくとも一部は、前記強化フィラメント(158)の少なくとも一つに、及び/又は他のポリマーナノ粒子(200)に結合される、請求項7に記載の方法。

請求項9

前記ポリマーナノ粒子(200)の少なくとも一部は、コア(212)を封入するシース(210)を有するコア−シースナノ粒子(208)であり、前記ポリマーナノ粒子(200)を一又は複数の強化フィラメント(158)に結合させるステップは、前記ポリマーナノ粒子(200)のシースを、一又は複数の強化フィラメント(158)に少なくとも部分的に融解結合させることを含む、請求項7又は8に記載の方法。

請求項10

前記ポリマーナノ粒子(200)のシースを前記強化フィラメントに融解結合させるステップが、前記強化フィラメント(158)を加熱することと、前記ポリマーナノ粒子(200)を、前記ポリマーナノ粒子(200)を含むガスの渦を使用して、加熱された強化フィラメントに噴霧することとを含む、請求項7から9のいずれか一項に記載の方法。

請求項11

プリプレグ工程前又はその最中に、及び/又は乾燥繊維プリフォーム樹脂注入前に、前記ポリマーナノ粒子(200)を一又は複数の強化フィラメント(158)に結合させることを更に含む、請求項7から10のいずれか一項に記載の方法。

請求項12

前記強化フィラメント(158)を複合レイアップに配置することと、前記強化フィラメント(158)に樹脂注入することと、樹脂注入中に、前記ポリマーナノ粒子(200)を使用して、前記強化フィラメント(158)間にフィラメント間隔を維持することとを更に含む、請求項7から11のいずれか一項に記載の方法。

請求項13

前記強化フィラメント(158)の樹脂注入後に、前記ポリマーナノ粒子(200)の少なくとも一部を前記樹脂に溶解させることと、前記複合構造の繊維体積率を上げるために、前記ポリマーナノ粒子(200)の一部を溶解させた後で、前記強化フィラメント(158)と共に圧縮させることとを更に含む請求項7から12のいずれか一項に記載の方法。

請求項14

樹脂注入後に、前記ポリマーナノ粒子(200)の少なくとも一部を固体の状態に維持することと、樹脂注入後、そして樹脂硬化中に、前記複合レイアップの所望の繊維体積率を維持することとを更に含む、請求項12に記載の方法。

請求項15

前記ポリマーナノ粒子(200)の少なくとも一部は、前記樹脂よりも高い強靭性を有する熱可塑性プラスチック材料で形成されており、樹脂硬化前又はその最中に、前記ポリマーナノ粒子(200)の少なくとも一部を前記樹脂に溶解させることと、前記ポリマーナノ粒子(200)を溶解させた結果として、ポリマーナノ粒子(200)が欠けている樹脂に対して、前記樹脂の強靭性を高めることとを更に含む、請求項12に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は概して複合材料に関し、更に具体的には、繊維ベッド透過性及び繊維体積率を制御するための複合構造におけるナノ粒子の使用に関する。

背景技術

0002

複合構造は、複合プライスタックを積層して、複合レイアップを形成することによって形成することができる。各複合プライには、複数の強化繊維又は繊維トウが含まれうる。各繊維トウには、複数の強化フィラメントが含まれうる。例えば、単一の繊維トウは、数千以上の強化フィラメントの束として形成することができる。複合レイアップに熱及び/又は圧力を印加して、複合プライのスタックを圧密化し、樹脂硬化させる又は凝固させることができる。複合レイアップを、受動的に又は能動的に冷却して複合構造を形成することができる。

0003

複合構造は通常、複合構造の強度、剛性、及びその他の構成要件を満たすために特定の繊維体積率を有するように構成される。繊維体積率は、複合構造の総体積に対する複合構造の強化繊維の総体積の比率として表すことができる。製造中に複合レイアップの繊維体積率の可能な制御精度は、複合構造の構成要件を満たす能力に多大な影響を及ぼしうる。

0004

複合レイアップの強化フィラメント間の間隔は、複合構造の繊維体積率に直接影響を与えうる。積層前に樹脂を予め含浸させた複合プライ(例:プリプレグ複合プライ)においては、強化フィラメント間の間隔は、プリプレグ工程中に繊維トウ又は強化フィラメントに適用される樹脂の量を制御することによって直接制御することができる。乾燥繊維複合プライでできた複合レイアップにおいては、強化フィラメント間の間隔は、乾燥繊維複合プライの中へ樹脂を注入している間に印加される圧密化圧力及び/又は真空圧規模及び/又は期間を制御する等、レイアップ処理の条件を制御することによって、間接的に制御することができる。

0005

従来の複合物の製造においては、強化フィラメント間の局所的な間隔は、フィラメントの多数の直径からゼロまで変化しうる。ゼロの間隔では、強化フィラメントは互いに直接接触している。強化フィラメント間の直接的な接触により、幾つかの望ましくない影響が生じうる。例えば、直接接触している強化フィラメントにより、樹脂注入プロセスの間の強化フィラメント間の樹脂の流れを妨げる可能性があり、これにより、強化フィラメントの濡れ不完全になり、望ましくない空洞、また亀裂の核生成が発生しうる。加えて、強化フィラメントの直接的な接触は、複合構造における応力が高い箇所を示す場合があり、樹脂に微小な亀裂が形成されうる。

0006

このことから分かるように、当技術分野において、フィラメント間の樹脂の流れを可能にするため、繊維体積率の要件を満たすため、また強化フィラメント間の直接的な接触を減らす又は避けるために、複合レイアップの強化フィラメント間の局所的な間隔を制御するためのシステム及び方法が必要である。

0007

複合レイアップに関する上記の必要性は、各々フィラメント断面幅を有する複数の強化フィラメントを含みうる繊維トウを提供する本発明によって特に対処される。一又は複数のポリマーナノ粒子を、強化フィラメントの少なくとも一つに、及び/又は他のポリマーナノ粒子に結合させることができる。ポリマーナノ粒子は、強化フィラメントの断面幅よりも小さい粒子断面幅を有しうる。ポリマーナノ粒子は、強化フィラメント間の直接的な接触を減らす又は避けるために、フィラメント間の樹脂の流れを可能にするために、及び/又は繊維体積率の要件を満たすために、強化フィラメント間に局所的なフィラメント間隔を提供しうる。

0008

また、樹脂と、樹脂の中に組み込まれた複数の繊維トウを含む組成物も開示されている。各繊維トウは、複数の強化フィラメントを含みうる。各強化フィラメントは、フィラメント断面幅を有しうる。組成物は更に、強化フィラメントに結合された複数のポリマーナノ粒子を含みうる。ポリマーナノ粒子は、フィラメント断面幅よりも小さい粒子断面幅を有しうる。

0009

また、複合構造の製造方法も開示される。本方法は、複数のポリマーナノ粒子を一又は複数の強化フィラメントに結合させることを含みうる。各強化フィラメントは、フィラメント断面幅を有しうる。ポリマーナノ粒子は、フィラメント断面幅よりも小さい粒子断面幅を有しうる。本方法は更に、ポリマーナノ粒子を使用して、例えば樹脂注入中に、隣接する強化フィラメント間にフィラメント間隔を維持することを含みうる。

0010

既に説明した特徴、機能及び利点は、本発明の様々な実施形態で独立して実現することが可能であるか、以下の説明及び図面を参照してさらなる詳細が理解されうる、さらに別の実施形態で組み合わせることが可能である。

0011

本発明のこれらの及び他の特徴は、図面を参照することにより明確となり、ここでは全図を通して類似の番号が類似の部分を指す。

図面の簡単な説明

0012

樹脂と、強化フィラメントで形成されており、隣接する強化フィラメント間にフィラメント間隔を維持するためのポリマーナノ粒子を含む繊維トウを含む複合構造のブロック図である。
各々が複数の連続的な強化繊維でできた単向性プライのスタックを含む複合構造の斜視図である。
異なる角度に配向された単向性複合プライの強化フィラメントを示す、図2の線3に沿って切り取った複合構造の一部の断面図である。
互いに直接的に接触し、この結果樹脂に亀裂が生じている強化フィラメントを示す、樹脂に組み込まれた複数の強化フィラメントの概略断面図である。
強化フィラメント間に局所的なフィラメント間隔を維持しているポリマーナノ粒子を更に含む、図4の強化フィラメントの概略断面図である。
ポリマーナノ粒子が第1及び第2のフィラメント間の接触を防止するように、第1のフィラメントに、及び/又は第2のフィラメントに結合されうるポリマーナノ粒子によって、第2のフィラメントから分離された第1のフィラメントを示す、樹脂に組み込まれた第1のフィラメントと第2のフィラメントの概略図である。
第1及び第2のフィラメント間の接触を防止している、第1のフィラメントに結合された第1のポリマーナノ粒子と、第2のフィラメントに、そして第1のポリマーナノ粒子に結合された第2のポリマーナノ粒子を示す概略図である。
溶解結合シースを有するコア−シースナノ粒子の概略図である。
強化フィラメントに融解結合されたコア−シースナノ粒子のシースの概略図である。
強化フィラメントのサイジングに結合されたポリマーナノ粒子の概略図である。
複合構造の製造方法に含まれ得る一又は複数の工程を示すフロー図である。
繊維トウの強化フィラメントにポリマーナノ粒子を連続的に適用するためのシステムの概略図である。

実施例

0013

これより図面を参照するが、提示事項は本発明の様々な実施形態を例示するためのものであり、図1には、繊維トウ150を備える繊維ベッドを含む複合構造100のブロック図を示す。繊維トウ150は樹脂110に組み込むことができる。各繊維トウ150は、複数の強化フィラメント158を含みうる。各強化フィラメント158は、フィラメント断面幅160(図6)又は直径を有しうる。一又は複数のポリマーナノ粒子200は、強化フィラメント158に、及び/又は他のポリマーナノ粒子200に結合されうる。

0014

幾つかの実施例では、ポリマーナノ粒子200の一部は、一又は複数の強化フィラメント158に隣接して、及び/又は一又は複数のポリマーナノ粒子200に隣接して機械的に封入されうる、非結合ナノ粒子214(例:図5参照)を含みうる。各ポリマーナノ粒子200は、フィラメント断面幅160よりも小さくて良い粒子断面幅202(図6)を有しうる。例えば、ポリマーナノ粒子200は、10〜200ナノメートルの粒子断面幅202を有し、強化フィラメント158は、5〜30ミクロンのフィラメント断面幅160を有しうる。例えば、炭素強化フィラメント158は、5〜10ミクロンのフィラメント断面幅を有しうる。ガラス強化フィラメント158は、10〜25ミクロンのフィラメント断面幅を有しうる。

0015

ポリマーナノ粒子200が強化フィラメント158間のスペーサとして機能することができ、繊維ベッド152の透過性を維持する、あるいは制御することができ、これにより、樹脂110が強化フィラメント158(図1)間を流れる、及び/又は強化フィラメント158に注入する、又は均一に湿らせることができることが、利点である。加えて、ポリマーナノ粒子200により、強化フィラメント158間の直接的な接触が防止されうる。上で示したように、強化フィラメント158間のフィラメント同士の直接的な接触は、複合構造100(図1)における局所的に繊維含有量が多い領域を示しうる。ポリマーナノ粒子200により、フィラメント同士の直接的な接触、及び複合レイアップ102における局所的に繊維含有量が多い関連領域を防止することができ、これにより、亀裂開始部位を示しうる上記の箇所における応力の集中を減らすあるいは避けることができる。

0016

更に、ポリマーナノ粒子200は、最終的な複合構造100の繊維体積率を正確に制御するための手段を提供しうる。上述したように、複合構造100の繊維体積率は、複合構造100の総体積に対する複合構造100の強化繊維150(図1)の体積の比率として表すことができる。ポリマーナノ粒子200は、樹脂が強化フィラメント158を通って、あるいは強化フィラメント158の間で流れる時に、少なくとも製造プロセスの一部において、強化フィラメント158間のスペーサとして構成されうる。ポリマーナノ粒子200の粒子断面幅202及び/又は樹脂体積に対するポリマーナノ粒子200の総体積は、例えば強度及び剛性条件等の構成要件を満たすための複合構造100の能力に多大な影響を与えうる、複合レイアップ102の繊維体積率を正確に制御するための手段を提供しうる。

0017

図2は、複合プライ104のスタックでできた複合構造100を示す図である。図示した例では、複合構造100は単向性プライ106で形成されていてよい。各複合プライ104は、おおむね平行する連続的な複数の強化繊維又は繊維トウ150を含みうる。単向性プライ106は、並べて配置された繊維トウ150を各々含む複数の単向性テープ154を含みうる。あるいは、一又は複数の複合プライ104は、平行する繊維トウ150を含む単向性シートで形成されていてよい。上述したように、各繊維トウ150は、数千もの強化フィラメント158の束でできていてよい。例えば、単一の繊維トウ150は、最大10万あるいはそれ以上の強化フィラメント158を含みうる。各強化フィラメント158は、最大30ミクロンの直径を有しうる。例えば、上述したように、炭素強化フィラメント158は、5〜10ミクロン(例:5〜7ミクロン)のフィラメント断面幅を有しうる。ガラス強化フィラメント158は、10〜25ミクロンのフィラメント断面幅を有しうる。本発明においては、繊維、強化繊維、複合繊維、及び繊維トウという用語を交互に使用しうる。

0018

複合レイアップ102は、非限定的に、単向性テープ、織布、編組繊維縫合繊維形状短繊維形状(例:短繊維マット)、並びにその他任意の種類の波形及び非波形繊維形状を含む様々な異なる繊維形状の内の任意の一つに配置された繊維トウ150を使用して供給することができる。繊維トウ150(図2)の形状又は配置に関わらず、強化フィラメント158間にフィラメント間隔166(図6)を維持する又は制御し、これにより、複合レイアップ102の透過性、及び/又は最終的な複合構造100の繊維体積率を制御するために、ポリマーナノ粒子200を、一又は複数の繊維トウ150の一又は複数の強化フィラメント158に結合させることができる。

0019

図3は、異なる角度に配向された単向性複合プライ104の強化フィラメント158を示す、図2の複合構造100の一部の断面図である。隣接する強化フィラメント158間に最小限のフィラメント間隔166を維持するために、ポリマーナノ粒子200を、一又は複数の強化フィラメント158に結合させることができる。例えば、各単向性テープ154は、単向性テープ154の他の強化フィラメント158間にフィラメント間隔166を維持するために、ポリマーナノ粒子200を結合させることができる強化フィラメント158を含みうる。図示していないが、隣接する繊維トウ150の強化フィラメント158、又は単向性テープ154と最小限のフィラメント間隔166を維持するために、ポリマーナノ粒子200を、繊維トウ150の最外部の強化フィラメント158又は単向性テープ154にも結合させることができる。ポリマーナノ粒子200はまた、所望のフィラメント間隔166を維持するために、織布、又は編組繊維の強化フィラメント158にも結合させることができる。

0020

図3では、最上部及び最下部の複合プライ104の強化フィラメント158を、紙面に対して垂直方向に沿って配向させることができる。真中の2つの複合プライ104は、紙面に平行して配向された強化フィラメント158を含むことができる。真中の複合プライ104と最上部の複合プライ104との間、及び真中の複合プライ104と最下部の複合プライ104との間に位置づけされる複合プライ104は、紙面に対して平行しない、また垂直でない方向に配向された強化フィラメント158を含みうる。しかしながら、隣接する複合プライ104は、互いに対して任意の角度に配向された強化フィラメント158を含みうる。

0021

複合構造100は、樹脂110を予め含浸させうる複合プライ104のスタック(例:プリプレグ複合プライ)を積層することによって形成することができる。複合プライ104(図3)の積層後に、樹脂110(図3)の粘度を低減して、樹脂110が流れ、隣接する複合プライ104の樹脂110と混ざり合うことを可能にするために、熱を印加することができる。樹脂110を硬化させ及び/又は凝固させて複合構造100を形成するために、熱及び/又は圧力を印加することができる。ポリマーナノ粒子200を、プリプレグ工程の前又はその最中に、一又は複数の強化フィラメント158に結合させることができる。幾つかの例では、ポリマーナノ粒子200を、強化フィラメント158の製造中に強化フィラメント158に適用することができる。下記の一例では(図12参照)、ポリマーナノ粒子200を、移動している繊維トウ150の強化フィラメント158上に噴霧することができる。

0022

あるいは、複合レイアップ102は、ポリマーナノ粒子200を結合させることができる強化フィラメント158(図3)を含む乾燥繊維複合プライ104のスタックを積層することによって、形成することができる。乾燥繊維複合プライ104は、様々な樹脂注入プロセスのうちの任意の一つを使用して、樹脂110と共に圧密化しうる及び/又は樹脂110を注入しうる。例えば、樹脂膜注入(RFI)、樹脂トランスファー成形RTM)、真空補助樹脂トランスファー成形(VARTM)、制御気圧樹脂注入(CAPRI)、又はその他様々な樹脂トランスファープロセスの内の任意のものを使用して、樹脂110を乾燥繊維複合プライ104の中に注入することができる。樹脂110を硬化させ及び/又は凝固させて複合構造100を形成するために、熱及び/又は圧力を印加することができる。

0023

本明細書に開示されるいかなる例においても、樹脂110及び/又はポリマーナノ粒子200を、熱可塑性プラスチック材料及び/又は熱硬化性材料から形成することができる。熱可塑性プラスチック材料は、アクリル、フッ化炭素、ポリアミドポリオレフィン(例:ポリエチレンポリプロピレン)、ポリエステルポリカーボネートポリウレタンポリアリールエーテルケトン(例:ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリエーテルケトンエーテルケトン(PEKEK))、等)、及び/又はポリエーテルイミドを含みうる。熱硬化性材料は、ポリウレタン、フェノールポリイミドスルホン化ポリマーポリフェニレンスルフィド)、導電性ポリマー(例:ポリアニリン)、ベンゾキサジンビスマレイミドシアネートエステル、ポリエステル、エポキシ、及びシルセスキオキサンを含みうる。強化フィラメント158は、炭素、炭化ケイ素ホウ素、セラミック、及び金属材料等の材料から形成することができる。強化フィラメント158はまた、E−ガラス(アルミニウムホウケイ酸塩ガラス)、S−ガラス(アルミノケイ酸塩ガラス)、純シリカ、ホウケイ酸塩ガラス、光学ガラス等のガラス、及び他のガラス組成物から形成されていてもよい。

0024

図4に、樹脂110と強化フィラメント158の組成物108に組み込まれた強化フィラメント158の断面を示す。強化フィラメント158は、単向性テープ、単向性シート、織布、編組繊維、及びその他様々な繊維形状の内の任意の形状の繊維トウ150を形成する強化フィラメント158の束に含まれうる。図4において、幾つかの強化フィラメント158は、フィラメント同士が互いに直接接触している。強化フィラメント158間のフィラメント同士の直接的な接触は、複合構造100において局所的に繊維含有量が多い領域を表しうる。加えて、強化フィラメント158が直接接触すると、複合レイアップ102の中に樹脂を注入中等に、強化フィラメント158間の樹脂の流れが妨げられる可能性があり、この結果、強化フィラメント158の湿りが不完全になり、望ましくない空洞、また亀裂の核生成が発生しうる。加えて、強化フィラメント158の直接的な接触は、複合構造100の応力が高い箇所を表す可能性があり、フィラメント同士が直接接触する箇所において樹脂110に亀裂114が形成されうる。

0025

図5は、強化フィラメント158に結合されたポリマーナノ粒子200を更に含む、図4の強化フィラメント158の断面図である。見て分かるように、ポリマーナノ粒子200は、フィラメント断面幅160に対して小さい粒子断面幅202(図6)を有する。ポリマーナノ粒子200は、局所的なフィラメント間隔166を維持し、直接的なフィラメント同士の接触、及び局所的に繊維含有量が多い関連領域を防止することにより、上記箇所における応力の集中を低減するあるいは防止することができることが、利点である。図5にはまた、強化フィラメント158に、又は他のポリマーナノ粒子200に結合されていない非結合ナノ粒子214も示す。上記の自由な又は結合されていないナノ粒子214を、繊維トウ150内に組み込む、及び/又は繊維トウ150の強化フィラメント158で囲むことができる。上記の自由なナノ粒子214は強化フィラメント158に結合されていなくてよいが、自由なナノ粒子200もまた、強化フィラメント158間のフィラメント間隔166を維持するためにスペーサとして機能することができる、及び/又は自由なナノ粒子を溶解させて樹脂110を強化することができる。

0026

図5を再び参照すると、ポリマーナノ粒子200が欠けている繊維ベッドの透過性に対して複合レイアップ102の繊維ベッド152の透過性を上げるのに十分な密度又は体積含有量で供給可能な複数のポリマーナノ粒子200が示されている。加えて、ポリマーナノ粒子200は、複合構造100の所望の繊維体積率を達成するために、特定の粒子断面幅202(例:直径)及び/又は樹脂110の特定密度又は体積含有量で含まれうる。例えば、複合レイアップ102は、結果的に複合構造100が30から70%の繊維体積率を有するような体積含有量のポリマーナノ粒子200を含みうる。

0027

強化フィラメントの長さに沿った所定のポイントにおいて、ポリマーナノ粒子200(図5)を、強化フィラメント158を断面から見た時にポリマーナノ粒子200が円周方向に互いに間隔を置いて配置されるように、強化フィラメント158(図5)の円周周囲に位置決めされうる。一つの強化フィラメント158上の対のポリマーナノ粒子200間の円周方向の間隔は、別の強化フィラメント158とのフィラメント同士の直接的な接触が不可能となるようなものにすることができる。強化フィラメント158はまた、いずれのポリマーナノ粒子200も他のポリマーナノ粒子200と接触しえないような、ポリマーナノ粒子200の線密度を含みうる。非限定的な例では、強化フィラメント158は、強化フィラメント158を側面から見た時に、強化フィラメント158の単位長さ毎に約1〜1000の線形密度のポリマーナノ粒子200を含みうる。

0028

上述したように、ポリマーナノ粒子200は、フィラメント断面幅160又は直径よりも小さい粒子断面幅202又は直径で供給されうる。強化フィラメント158は、最大10ミクロンの直径を有しうる。幾つかの実施例では、強化フィラメント158は、約5〜7ミクロンの直径を有しうる。ポリマーナノ粒子200は、10〜200ナノメートルの粒子断面幅202を有する。幾つかの実施例では、ポリマーナノ粒子200は、10〜100ナノメートルの断面幅を有しうる。粒子断面幅202は、最終的な複合構造100の繊維体積率が30〜70パーセントになるようなフィラメント間隔166を得られるように選択することができる。他の例では、ポリマーナノ粒子200の量及び断面幅は、最終的な複合構造100の繊維体積率が約40〜65パーセントとなるように、供給することができる。

0029

ポリマーナノ粒子200は、樹脂110が強化フィラメント158に注入される時に、ポリマーナノ粒子200の上の樹脂110の流れの制約が低減されうる又は最小限なりうるような、おおむね丸い又は球状で供給されうる。しかしながら、ポリマーナノ粒子200はおおむね丸い又は球状に制限されない。例えば、ポリマーナノ粒子200は、図示していないが、非限定的に、長方形、又は楕円形円筒形、管状、立方体矩形ピラミッド等の三次元形状、及び他の丸くない形状を含む他の形状で供給されうる。他の例では、強化フィラメント158間での機械的封入を促進するために、高アスペクト比長円形又は立方体の形状のポリマーナノ粒子(図示せず)を供給することができる。

0030

幾つかの実施例では、ポリマーナノ粒子200は、硬化プロセス中に所定のポイントにおいて樹脂110に部分的に又は完全に溶解可能であるように構成することができる。例えば、ポリマーナノ粒子200は、固体のまま構成することができ、これにより、樹脂の注入中及び/又は樹脂の硬化サイクル中に、特定ポイント(例:特定温度及び/又は関連時間)までその初期形状(例:球状)を保つことができ、樹脂の注入及び/又は樹脂の硬化サイクルの後に、ポリマーナノ粒子200が樹脂110に部分的に又は完全に溶解し始めうる。幾つかの実施例では、ポリマーナノ粒子200の溶解は、ポリマーナノ粒子200が強化フィラメント158から解放される又は分離する原因となりうる。

0031

幾つかの実施例では、ポリマーナノ粒子200は、樹脂110の強靭性よりも高い強靭性を有する材料組成物108(図4)いてよい。ポリマーナノ粒子200の溶解により、ポリマーナノ粒子200が欠けている樹脂110の強靭性に対する樹脂混合物112の強靭性の純増加を得ることができる。一例では、ポリマーナノ粒子200は、少なくとも樹脂110の硬化温度まで、及び/又は大部分の樹脂の流れが完了するまでその球形状を保つように構成することができ、樹脂110の硬化温度において、及び/又は大部分の樹脂の流れが完了した時点において、ポリマーナノ粒子200は部分的に又は完全に樹脂110の中に溶解するように構成されうる。

0032

図6に、樹脂110に組み込まれた第1のフィラメント162と、第2のフィラメント164を示す。第1のフィラメント162は、ポリマーナノ粒子200によって第2のフィラメント164から分離されている又は間隔をおいて配置されている。図から分かるように、粒子断面幅202は、フィラメント断面幅160よりも小さい。幾つかの実施例では、ポリマーナノ粒子200は、第1のフィラメント162に結合(例:接着)させることができ、第2のフィラメント164と接触させて、第1のフィラメント162と第2のフィラメント164との間にフィラメント間隔166を維持して、第1のフィラメント162が第2のフィラメント164と直接接触することを防止することができる。他の実施例では、ポリマーナノ粒子200を第1及び第2のフィラメント162、164に結合(例:接着)させることができ、第1のフィラメント162と第2のフィラメント164との間にフィラメント間隔166を維持して、第1及び第2のフィラメント162、164が直接接触しないように防止することができる。

0033

図7に、第1のフィラメント162に隣接する(例:結合された又は接着された)第1のポリマーナノ粒子204と、第2のフィラメント164に隣接する(例:結合された又は接着された)第2のポリマーナノ粒子206を示す。第1のポリマーナノ粒子204を、第1のフィラメント162と第2のフィラメント164との間のフィラメント間隔166を広げる第2のポリマーナノ粒子206に結合させる(例:接着させる)こともでき、第1のフィラメント162が第2のフィラメント164と直接接触するのを防止することができる。複合レイアップ102は、図6に示す単一のナノ粒子間隔と、図7に示す二重のナノ粒子間隔の任意の数の組み合わせを含みうる。更に、複合レイアップ102は、上述したように、繊維トウ150内に組み込み、強化フィラメント158によって囲むことができる結合されていない、又は自由なナノ粒子214を含みうる。非結合ナノ粒子214は、樹脂の強靭性等の樹脂の特性を局所的に変更する又は改善するために、隣接する繊維間の層間領域等の複合レイアップの他の領域に、又はその他の領域に位置づけすることもできる。

0034

図8は、コア−シースナノ粒子208として構成され、繊維トウ150(図5)の一又は複数の強化フィラメント158に結合されうる種類のポリマーナノ粒子200の概略図である。コア−シースナノ粒子208は、コア212を封入するシース210を含みうる。シース210は、少なくとも一つの強化フィラメント158に結合されるように構成されうる。シース210及び/又はコア212は、ポリマーナノ粒子200を形成することができる上述した熱硬化性材料の内の任意の一つで形成されていてよい。幾つかの実施例では、シース210及び/又はコア212は、ポリマーナノ粒子200を形成することができる上述した熱可塑性プラスチック材料の内の任意の一つで形成されていてよい。シース210は、コア212とは異なる材料で形成され得る。一例では、コア212は、シース210のガラス転移温度よりも高い場合があるガラス転移温度を有しうる。

0035

図9は、コア−シースナノ粒子208のシース210の概略図である。シース210は、熱可塑性プラスチック材料で形成され得る。シース210の温度を、シース210を強化フィラメント158に接着させる又は融解結合させる一方で、コア212を固体のまま保つことを可能にしうるシース210のガラス転移温度を超えるまで加熱することができる。幾つかの例では、コア212もまた不溶性材料で形成され得る。他の例では、コア212は、樹脂110の硬化プロセスの間の特定ポイントにおいて溶解可能な材料で形成されていてよい。例えば、コア212は、樹脂硬化サイクルピーク温度関連期間において溶解可能であってよい。

0036

幾つかの例では、シース210は、硬化サイクル中の特定ポイントにおいて樹脂110に溶解するように構成可能である。例えば、シース210は、複合レイアップ102の中を大部分の樹脂の流れが生じた後に、樹脂110に溶解してもよい。シース210は、樹脂110の強靭性よりも高い強靭性を有しうる熱可塑性プラスチック材料で形成されていてよい。シース210は、樹脂硬化前又は硬化中に樹脂110に溶解可能であってもよく、これにより樹脂110の強靭性が上がりうる。シース210が溶解した結果、複合レイアップ102の樹脂注入後に、コアーシースナノ粒子208が強化フィラメント158から解放されうる又は分離されうる。このように、シース210が部分的に又は完全に溶解することにより、繊維ベッド152の圧縮が可能になり、樹脂注入の後で、複合レイアップ102の繊維体積率を上げることができる。あるいは、シース210は樹脂110に不溶性であってよく、これにより、強化フィラメントがフィラメント間隔に維持され、樹脂注入後及び樹脂硬化中に複合レイアップの所望の繊維体積率が維持されうる。

0037

図10は、強化フィラメント158の製造中等に、強化フィラメント158にオプションとして適用されうるサイジング168又は表面コーティングに結合された非コアーシースポリマーナノ粒子200の概略図である。上記サイジング168は、強化フィラメント158と樹脂110との間の接着性を改善するために、及び/又は強化フィラメント158の製織又は編組中、/又はプリプレグ工程中等の破損から強化フィラメント158を守るために、強化フィラメント158の表面に堆積させることができる表面仕上げを含みうる。

0038

本明細書に開示されるいかなる例においても、ポリマーナノ粒子200の少なくとも一部は、樹脂110よりも高い強靭性を有する熱可塑性プラスチック材料で形成されていてよい。ポリマーナノ粒子200は、樹脂硬化前に、又はその最中に樹脂110に溶解するように構成することができ、この結果、硬化された樹脂110の強靭性が上がりうる。例えば、原樹脂110に加えたポリマーナノ粒子200の一部を、樹脂110の強靭性を上げる手段として、硬化プロセス中の特定ポイント後に、樹脂110に溶解させることができる。ポリマーナノ粒子200の残りの部分を、繊維ベッド152に所望レベルの透過性を付与するために、強化フィラメント158に結合させることができる。樹脂の硬化又は凝固プロセス中に、強化フィラメント158に結合されたポリマーナノ粒子200を、大部分の樹脂の流れが完了した後に溶解させることもできる。

0039

幾つかの例では、樹脂混合物112は、一種類を超えるポリマーナノ粒子200を含みうる。例えば、樹脂混合物112は、樹脂110に溶解可能な、ある種類のポリマーナノ粒子200等の2つ以上の異なる種類のポリマーナノ粒子200と、樹脂110に不溶性の別の種類のポリマーナノ粒子200とを含みうる。また更に、樹脂混合物112は、異なる溶解度を有するポリマーナノ粒子200を含みうる。例えば、樹脂混合物112は、樹脂110の硬化中等の異なる時点で溶解する、異なるレベルの溶解度を有するポリマーナノ粒子200を含みうる。

0040

樹脂の強靭性が上がると、樹脂110の亀裂の成長又は亀裂の開始の傾向が低減されうる又は阻止されうる。複合構造100の一又は複数の箇所の亀裂の成長又は亀裂の開始の傾向を低減することによって、複合構造100の荷重担持性能を上げることができ、複合構造100の構造質量を削減することが可能になりうる。構造質量の削減は、幾つかの性能の利点をもたらしうる。航空機の場合、構造質量の削減は、燃料効率、範囲、最大積載量、又は他の性能の改善に相当しうる。

0041

図11は、複合構造100の製造方法300に含まれ得る一又は複数の工程を示すフロー図である。本方法のステップ302は、複数のポリマーナノ粒子200を一又は複数の強化フィラメント158に結合させることを含みうる。上述したように、複数の強化フィラメント158を互いに束ねて、繊維トウ150を形成することができる。ポリマーナノ粒子200を、強化フィラメント158の製造中に、強化フィラメント158に結合させることができる、又は適用することができる。幾つかの例では、ポリマーナノ粒子200を、強化フィラメント158が繊維形成装置(図示せず)から引き出される時に強化フィラメント158に適用することができる。

0042

幾つかの例では、ポリマーナノ粒子200を、繊維トウ150が単向性テープ、単向性シート、織布、編組繊維、及び他の繊維の形態に形成される時に、強化フィラメント158に適用することができる。ポリマーナノ粒子200を、プリプレグ工程中に一又は複数の強化フィラメント158に結合させる又は適用させることもでき、ここで、樹脂110は、繊維トウ、単向性テープ、織布、編組繊維、及び他の繊維の形態に適用される。加えて、ポリマーナノ粒子200を、強化フィラメント158の表面全体でポリマーナノ粒子200の含有量が変化するように、強化フィラメント158上に組織的に印刷パターン(図示せず)で加えることができる。印刷パターンは、強化フィラメント158を含む複合構造の一又は複数の特性を変える効果を有しうる。

0043

ポリマーナノ粒子200を、移動している繊維トウ150の個々の強化フィラメント158に連続的に適用するためのシステムの一例の概略図を示す図12簡潔に参照する。システムは、噴霧ノズル356によって放射されるポリマーナノ粒子200を含むガスの渦358をの中を、繊維トウ150を支持して通過させる噴霧ノズル356及び対のローラ354を含みうる。噴霧ノズル356は、繊維トウ150がポリマーナノ粒子200を含む高圧ガスの渦358の中を通過する時に、強化フィラメント158を分離した状態350に一時的に分離し、又はバラバラにすることができる高圧噴霧ノズルであってよい。

0044

幾つかの例では、繊維トウ150がガスの渦を通過する前に、繊維トウ150を加熱することができる。例えば、各ローラ354を、繊維トウ150の抵抗加熱用電源に接続させることができる。あるいは、繊維トウ150を、非限定的に、繊維トウに熱風を吹き付ける、繊維トウを輻射加熱する、又はその他の加熱手段を含む他の手段によって加熱することができる。幾つかの例では、ポリマーナノ粒子200が分離された強化フィラメント158の逆帯電した表面に引き付けられるように、渦358の中のポリマーナノ粒子200を帯電させることができる。強化フィラメント158の加熱された表面にポリマーナノ粒子200が接触した結果、ポリマーナノ粒子200が強化フィラメント158に接着されうる、又は融解結合されうる。強化フィラメント158が渦358から出た後に、強化フィラメント158は、繊維トウ150が分離していない状態352に戻りうる。ポリマーナノ粒子200を含む繊維トウ150を、積層、及び複合構造100への処理のために、様々な異なるプリプレグ、又は乾燥繊維の形態(例:単向性テープ、織布、編組繊維)の内の任意の一つに配置することができる。

0045

ステップ302において、ポリマーナノ粒子の強化フィラメント158への結合は、ポリマーナノ粒子200の少なくとも一部の、強化フィラメント158への結合(例:図6)及び/又は他のポリマーナノ粒子200(例:図7)への結合を含みうる。ポリマーナノ粒子200の一部を、強化フィラメント158に、又は他のポリマーナノ粒子200に結合されえない、又は接着されえない、自由な又は非結合ナノ粒子214として供給することができる。例えば、図5に、樹脂110の幾つかの非結合ナノ粒子214を示す。上述したように、上記非結合ナノ粒子214を繊維トウ150の内に組み込むことができ、強化フィラメント158に結合されたポリマーナノ粒子200として同じスペーサの機能を発揮させることができる。本明細書に開示された例の内の任意の例では、非結合ナノ粒子214及び/又はポリマーナノ粒子200を、上述したように、樹脂の処理特性を改善する、及び/又は樹脂110の強靭性を改善する等の樹脂110の特性を変えるために、樹脂110の中で溶解可能でありうる。

0046

幾つかの例では、ポリマーナノ粒子200を強化フィラメント158に結合させるステップは、コア−シースナノ粒子208のシース210を一又は複数の強化フィラメント158に融解結合させることを含みうる。コア212は、熱可塑性プラスチック材料で形成されていてよいシース210のガラス転移温度よりも高いガラス転移温度を有しうる。本方法は、シース210を、シースのガラス転移温度を上回る温度に、またコア212のガラス転移温度を下回る温度に加熱することを含みうる。本方法は更に、一又は複数の強化フィラメント158を加熱することと、コア−シースナノ粒子208のシース210を強化フィラメント158に接触するように配置することと、コア212をおおむね固体に保つ一方で、シース210を強化フィラメント158に接着させる、又は融解結合させることを含みうる。一例では、本方法は、上述したように、ポリマーナノ粒子200を含むガスの渦358の噴霧を利用して、加熱された強化フィラメント158上に、ポリマーナノ粒子200を噴霧することを含みうる。

0047

また更なる実施例では、ポリマーナノ粒子200を強化フィラメント158に結合させるステップは、強化フィラメント158を第1の極性電荷で荷電させることと、第1の極性とは逆の第2の極性の電荷でポリマーナノ粒子200を荷電させることとを含みうる。本方法は更に、ポリマーナノ粒子200を強化フィラメント158の近くに配置することと、第1及び第2の極性の間に生じる引力により、ポリマーナノ粒子200を強化フィラメント158との接触関係に引き入れることを可能にすることとを含みうる。おそらく気づきのように、ポリマーナノ粒子200を強化フィラメント158に適用するために、他の方法を実行することができる。例えば、ポリマーナノ粒子200を、強化フィラメント158へのコーティングとして適用されうる溶剤懸濁液に供給することができる。上述したように、ポリマーナノ粒子200の強化フィラメント158への結合は、様々な異なる樹脂注入法の内の任意の方法を利用して、プリプレグ工程の前又は最中に、及び/又は乾燥繊維プレフォームの樹脂注入前に、行うことができる。

0048

方法300のステップ304は、ポリマーナノ粒子200を使用して、隣接する強化フィラメント158間のフィラメント間隔166を維持することを含みうる。上述したように、ポリマーナノ粒子200の存在により、強化フィラメント158が互いに接触しないように維持され、これにより、繊維ベッド152に透過性が付与されうる。フィラメント間隔166により、樹脂110のはっきりした経路が、繊維ベッド152内で強化フィラメント158に注入されうる、又は強化フィラメント158を湿らせうるように、強化フィラメント158間を流れることが可能になりうる。加えて、ポリマーナノ粒子200により、強化フィラメント158間の直接的な接触が防止されうる。ポリマーナノ粒子200の存在は、強化フィラメント158間の直接的なフィラメント同士の接触を低減する又は防止することによって、そうでない場合に、上記の箇所において応力の集中及び亀裂開始の可能性につながりうる、複合構造100の局所的に繊維含有量が高い領域を避けることができる。

0049

方法300のステップ306は、強化フィラメント158に樹脂110を注入することを含むことができる。上述したように、本方法は、強化フィラメント158を複合レイアップ102の中に配置することを含みうる。例えば、乾燥繊維複合プライ104を、スタックの形態に配置することができる。本方法は、上述した湿潤樹脂レイアッププロセスの内の任意の一つによって、又は樹脂膜注入によって、強化フィラメント158に樹脂110を注入することを含みうる。本方法は更に、樹脂注入中に、強化フィラメント158の間にフィラメント間隔166を維持することを含みうる。

0050

本方法は更に、強化フィラメント158の樹脂注入の後で、樹脂110に、ポリマーナノ粒子200の少なくとも一部を溶解させることを含みうる。例えば、強化フィラメント158に結合された幾つかのポリマーナノ粒子200は、レイアップ及び硬化プロセスの間の所定の温度及び/又は関連期間の後で、樹脂110に溶解可能な材料で形成されていてよい。本方法は、複合構造100の繊維体積率を上げる手段として、ポリマーナノ粒子200の少なくとも一部を溶解させた後で、強化フィラメント158を互いに圧縮することを含みうる。

0051

本方法300のステップ308は、樹脂110を硬化させて又は凝固させて、複合構造100を形成することを含みうる。強化フィラメント158を含む繊維ベッド152の樹脂注入の後に、ポリマーナノ粒子200が溶解した結果として、ポリマーナノ粒子200の少なくとも一部により、強化フィラメント158が分離する又は解放される。ポリマーナノ粒子200の溶解により、樹脂の注入後、及び樹脂の硬化中に、最終的な複合構造100の繊維体積率が高まるように、追加の繊維ベッドの圧縮が可能になりうる。幾つかの実施例では、溶解可能なポリマーナノ粒子200は、原樹脂110の強靭性に対して高い強靭性を有することができ、この結果、硬化された複合構造100の樹脂の強靭性が高まる。例えば、ポリマーナノ粒子200の一部は、樹脂の硬化前又はその最中に樹脂110に溶解され、硬化樹脂110の強靭性を高めうる熱可塑性プラスチック材料で形成されていてよい。

0052

本発明の一態様によれば、組成物が提供されており、組成物は、樹脂と、樹脂に組み込まれ、一又は複数が、フィラメント断面幅を各々有する複数の強化フィラメント、及び強化フィラメントに結合され、且つフィラメント断面幅よりも小さい粒子断面幅を有する複数のポリマーナノ粒子とを含む複数の繊維トウとを含む。組成物は、ポリマーナノ粒子が10〜200ナノメートルの粒子断面幅を有するものであることが、利点である。組成物は、ポリマーナノ粒子の少なくとも一部が強化フィラメント、あるいはポリマーナノ粒子に結合していないものであることが、利点である。組成物は、ポリマーナノ粒子の少なくとも一部がコアを封入しているシースを有するコア−シースナノ粒子であり、シースは少なくとも一つの強化フィラメントに融解結合されているものであることが、利点である。組成物は、シースが熱可塑性プラスチック材料で形成されており、下記:樹脂に溶解可能であり、強化フィラメントを含む繊維ベッドの樹脂注入後に強化フィラメントから分離するように構成されたもの;樹脂に不溶性であり、樹脂注入後及び樹脂硬化中に、複合レイアップの所望の繊維体積率を維持するように構成されたものの内の一つである、組成物であることが、利点である。組成物は、ポリマーナノ粒子の少なくとも一部は、樹脂よりも高い強靭性を有する熱可塑性プラスチック材料で形成されており、ポリマーナノ粒子が、樹脂硬化前、又はその最中に樹脂に溶解し、硬化樹脂の強靭性を高めるように構成された組成物であることが、利点である。組成物は、樹脂及び/又はポリマーナノ粒子が、下記熱可塑性プラスチック材料、アクリル、フッ化炭素、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホンポリスルホン、及びポリフェニルスルホン
熱硬化性材料、ポリウレタン、フェノール、ポリイミド、スルホン化ポリマー、導電性ポリマー、ベンゾキサジン、ビスマレイミド、シアネートエステル、ポリエステル、エポキシ、及びシルセスキオキサンの内の少なくとも一つを含む組成物であることが、利点である。

0053

本発明の一態様によれば、各々フィラメント断面幅を有する複数の強化フィラメントと、フィラメント断面幅よりも小さい粒子断面幅を有する複数のポリマーナノ粒子とが提供されており、ポリマーナノ粒子の少なくとも一部は、強化フィラメント及び/又は他のポリマーナノ粒子の内の少なくとも一つに結合される。繊維トウは、ポリマーナノ粒子がおおむね球状であることが、利点である。

0054

他の例では、本方法は、樹脂注入後及び樹脂硬化中に、ポリマーナノ粒子200の少なくとも一部を固体で維持し、これにより、樹脂注入後に複合レイアップ102の所望の繊維体積率を維持することを含みうる。粒子断面幅202の選択によって、及び複合レイアップ102の総体積に対する、ポリマーナノ粒子200の総体積の選択によって、最終的な複合物において所望の繊維体積率を維持することができる。

0055

本発明の図示した実施形態は、航空機、宇宙船、衛星、又は他の航空宇宙コンポーネントの製造及び/又は保守方法(図示せず)の背景において説明することができる。試作構成部品の製造及び/又は保守は、航空宇宙コンポーネントの仕様及び設計、材料の調達を含みうる。製造段階では、航空宇宙コンポーネントの、構成部品及びサブアセンブリの製造と、システムインテグレーションとが行われる。その後、航空機、宇宙船、衛星、又は他の航空宇宙コンポーネントは、認可及び納品を経て運航されうる。

0056

一例では、製造及び保守方法によって製造された航空宇宙コンポーネントは、複数のシステム及び内装を有する機体を含みうる。複数のシステムの例には、推進システム電気システム油圧システム、及び環境システムのうちの一又は複数が含まれうる。任意の数の他のシステムも含まれ得る。航空宇宙産業の例を示したが、様々な例示的実施形態は、自動車産業などの他の産業にも適用され得る。

0057

本明細書で実施される装置及び方法は、航空コンポーネントの製造及び/又は保守方法のうちの少なくとも1つの段階で用いられ得る。具体的には、複合構造100(例:図1参照)、コーティング、射出成形プラスチック、及び/又は接着剤は、航空宇宙コンポーネントの製造及び保守方法の内の任意の段階において製造することができる。例えば、限定しないが、複合構造は、構成部品及びサブアセンブリの製造、システムインテグレーション、定期的な整備及び保守、又は航空機の製造及び保守方法における他の何らかの段階のうちの少なくとも1つで製造可能である。また更に、複合構造を、航空宇宙コンポーネントの一又は複数の構造に使用することができる。例えば、複合構造を、機体、内装、又は航空機、宇宙船、衛星、又は他の航空宇宙コンポーネントの他の何らかの部品の構造に含むことができる。

0058

本開示の更なる修正及び改良が、当業者には明らかであろう。したがって、本明細書に説明され図示されている、部品の特定の組み合わせは、本開示のある種の実施形態のみを表すことを意図し、本開示の趣旨及び範囲に含まれる代替的な実施形態又は装置を限定することを意図していない。

0059

要素リスト
100複合構造
102複合レイアップ
104複合プライ
106単向性プライ
108組成物
110樹脂
112樹脂混合物
114 亀裂
150繊維トウ
152 繊維ベッド
154 単向性テープ
156繊維プレフォーム
158強化フィラメント
160フィラメント断面幅
162 第1のフィラメント
164 第2のフィラメント
166フィラメント間隔
168サイジング
200ポリマーナノ粒子
202粒子断面幅
204 第1のポリマーナノ粒子
206 第2のポリマーナノ粒子
208コア−シースナノ粒子
210 シース
212 コア
214非結合ナノ粒子
300 製造方法
350 強化フィラメントの分離した状態
352非分離状態
354ローラ
356噴霧ノズル
358 PNPを含むガスの渦又は噴霧

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