JP2014504222A - 係合形状を備える繊維を含む複合材料、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

複合品は、上面、下面、および側面を有する複数の繊維（２２）を含み、繊維はマトリクス中に埋め込まれている。繊維のうちの少なくとも１つの上面および下面のうちの少なくとも１つは、刻み目領域（４０）、および刻み目領域の両側の１対の側方領域（４２）を含む。複数の繊維は層状に配置されている。１つの層の繊維のうちの少なくとも１つは、別の層の繊維のうちの少なくとも１つの刻み目領域内に受容される。
【選択図】図１

Description

本開示は、主に複合材に関し、より具体的には改良された弾道性能を有する繊維強化複合品に関する。

複合構造は一般的に、繊維がマトリクス中に埋め込まれている、繊維で強化されたマトリクスを含む。複合構造は、繊維の長さに沿って負荷を伝達するように設計されている。繊維から繊維への負荷はマトリクス材料を通じて、同じ層の別の繊維へ、または隣り合う層の繊維へ、伝達されてもよい。しかしながらマトリクスは一般的に、十分に高い負荷がマトリクスを通じて繊維から繊維へ伝達されるときにマトリクスが機能しなくなるように、繊維よりも弱くなっている。マトリクスの機能不全は、複合構造内で繊維を横方向に移動させる。

複合パネルが推進体によって衝撃を受ける可能性のある弾道事象の間、横方向または側方に移動する繊維の能力は通常、複合パネルの全体的な弾道性能にとって有害である。たとえば、マトリクス中の繊維の横方向に移動する能力は、推進体を繊維の間に押し込む。繊維の間の推進体の押し込みは、繊維を破壊することなく複合パネルの厚みに推進体を貫通させる。この点に関して、繊維の側方運動およびそれに続く推進体の押し込みは、パネルの弾道性能能力を減少させる。

上記よりわかるように、当該技術分野において、弾道性能が改善され得るように繊維の側方運動に対する感受性を低減する複合構造の需要が存在する。

弾道性用途向けの複合構造に関する上述の需要は、一実施形態において、少なくとも部分的にマトリクス中に埋め込まれた複数の繊維を含んでもよい複合品を提供する、本開示によって特に解決および緩和される。繊維の各々は、上面、下面、および側面を有してもよい。繊維のうちの少なくとも１つの上面および下面のうちの少なくとも１つは、刻み目領域、および刻み目領域の両側の１対の側方領域を含んでもよい。複数の繊維が層状に配置されてもよい。１つの層の繊維のうちの少なくとも１つは、別の層の繊維のうちの少なくとも１つの刻み目領域内に受容されてもよい。

上面、下面、および側面を有する繊維もまた開示される。上面および下面のうちの少なくとも１つは、刻み目領域、および刻み目領域の両側の１対の側方領域を含んでもよい。刻み目領域は、隣接する繊維の側方領域を受容するように構成されてもよい。

本開示は付加的に、複合品を製造する方法を含む。方法は、上面、下面、および側面を備える複数の繊維を形成するステップを含んでもよい。刻み目領域は、繊維の上面および下面のうちの少なくとも１つにおいて繊維に形成されてもよく、繊維の長さに沿って軸方向に延在してもよい。１対の側方領域は、刻み目領域の両側に形成されてもよい。刻み目領域は、別の繊維の側方領域を受容するように構成されてもよい。

さらなる実施形態において、上面、下面、および側面を備える複数の繊維を形成するステップを含む、複合品を製造する方法が開示される。方法は、刻み目領域、および繊維の上面および下面のうちの少なくとも１つにある刻み目領域の横方向両側の１対の側方領域を形成するステップを、さらに含んでもよい。方法は付加的に、１つの繊維の刻み目領域内に、対応する対の繊維の１対の側方領域を受容するステップを含む。複数の繊維は、少なくとも１つの繊維の側面が直接隣り合う繊維の側面と実質的に平行となるように、隣り合う配置で位置決めされてもよい。方法は、マトリクス中に繊維を少なくとも部分的に埋め込み、複合品を形成するためにマトリクスを硬化または凝固させるステップを含んでもよい。

上記に記載された特徴、機能、および利点は、本開示の各種実施形態において個別に実現されることが可能であり、あるいはさらに別の実施形態と組み合わせられてもよく、その詳細は以下の説明および図面を参照して明らかとなる。

本開示のこれらの特徴および他の特徴は以下の図面を参照することで、より明らかとなる。図面においては全体を通じて同じ参照符号が同じ部品を指す。

マトリクス材料およびマトリクス中に埋め込まれた複数の繊維を含む、一実施形態における複合品の斜視図である。 層状に配置され、繊維に形成された刻み目領域によって互いに係合した複数の繊維を示す、図１の複合品の分解斜視図である。 繊維の係合を示す、図１の線３に沿った複合品の部分の拡大斜視図である。 刻み目領域、および刻み目領域の両側の１対の側方領域を各々が有する複数の繊維を示す、図３の線４に沿った複合品の断面図である。 繊維に形成された刻み目領域をさらに示す、図４の繊維の分解斜視図である。 刻み目領域が、互いに嵌合し、繊維相互の面内運動および面外運動に対する抵抗を与えるための、傾斜刻み目側壁を含む繊維のさらなる実施形態の断面図である。 上面および下面に形成された刻み目領域を各々が有する複数の繊維の断面図である。 繊維の上面および下面に対して非直角に配向された側面を有する複数の繊維の断面図である。 各繊維の上面および下面の各々に形成された刻み目領域を示し、繊維の傾斜刻み目側壁および傾斜側面をさらに示す、複数の繊維の断面図である。 繊維の隣り合う結合層ペアに対して直角に配向された繊維の結合層ペアを示す、クロスプライ構造の複合品の複数の層の図である。 複合品を製造する方法論に含まれてもよい、１つ以上の作業を示すフロー図である。

ここで本開示の好適かつ多様な実施形態を図解する目的で示される図面を参照すると、複合品１０の実施形態が図１に示されている。複合品１０は、マトリクス１８、およびマトリクス１８中に埋め込まれた複数の繊維２２を含む、繊維強化複合パネル１４として作成されてもよい。有利なことに、マトリクス１８は、実質的に光透過性の材料で形成されてもよい。同様に、繊維２２は、実質的に光透過性の繊維２２の材料で形成されてもよい。
複合品１０は実質的に平坦なパネル表面１６を有するパネル１４構成において図１に示されているものの、複合品１０は、無制限に様々なサイズ、形状、および構成のいずれにおいて提供されてもよく、平面および／または複合曲率面を含んでもよい。

有利なことに、本明細書に開示されるような複合品１０は、繊維２２の長さに沿って軸方向に延在し、側方または面内方向４６への繊維２２の係合（図４から図１０）を可能にし、場合により、以下に記載されるような面外方向４８への係合（図６、図８から図１０）を可能にする、刻み目領域４０（図２）を含む。繊維２２の面内係合４６は、隣接する層２０の繊維２２のうちの少なくとも１つに対する１つの層２０の繊維２２のうちの少なくとも１つの相対運動を、制限または防止できる。２つの異なる層２０の係合繊維２２は、結合層ペア２１を含む。繊維２２の係合は、繊維２２の間の推進体の押し込みを防止することによって、複合品１０の弾道性能を改善できる。加えて、繊維２２の係合は、隣り合う繊維２２の間の間隙を最小化することによって、複合品１０の光学的品質も改善できる。さらに、刻み目領域４０の追加により、複合品１０の層間剪断強度、剛性、圧縮強度、破壊靱性、および損傷許容性などの特性の改善を含む、複合品１０の機械的特性を有利に改善および／または制御できる。加えて、複合品１０の光学性能は、さもなければマトリクス１８および繊維２２の両方を光が通過して光学的歪みを生じることになる位相差を生じる、マトリクス１８を通過して繊維２２の間を通過する光の量を最小化するために、繊維２２の上面および下面２６、２８（図４）に対して非直角に繊維２２の側面３０（図４）を配向することによって、改善され得る。

図１を参照すると、パネル１４として形成され、マトリクス１８中に埋め込まれた複数の繊維２２を含む、複合品１０が示されている。繊維２２は、マトリクス１８の構造補強材として機能でき、複合品１０の機械的および弾道性能を改善できる。たとえば、繊維２２は、繊維２２の強化された引張強さおよび弾性係数の結果として、複合品１０の特定の剛性（すなわち、複合品１０の剛性をその密度で割ったもの）を改善するための、構造的補強を提供する。この点に関して、本開示の文脈において、強度、張力、および剛性などの特性は力学的特性および／または準静的特性に関するものであることに、注意すべきである。

弾道性能は、繊維２２のうちの１つ以上に形成された刻み目領域４０（図２）によって提供される繊維２２の係合により、改善され得る。具体的には、刻み目領域４０は、１つの層２０の繊維２２を隣接する層２０の繊維２２と係合させて、互いにおよびマトリクス１８に対して側方に移動する係合繊維２２の能力を制限する。刻み目領域４０によって提供される係合の技術的効果は、繊維２２の間の推進体の押し込みの減少または排除である。押し込みの間、推進体が繊維２２の間を通過して繊維２２を破壊することなく推進体に複合パネル１４を貫通させるように、繊維２２を不適切に横方向に押すことがある。しかしながら本開示は、繊維２２に形成された刻み目領域４０と繊維２２との係合によって、繊維２２のこのような側方運動を最小化または低減する。

さらに、刻み目領域４０（図２）は内面係合４６（図４から図１０）を破壊するために推進体によって必要とされるエネルギーの増加を招くが、そうでない場合、繊維２２の側方分離を促進する。加えて、刻み目領域４０は特定の構成において面内および面外係合４６、４８（図６、図８から図１０）を提供するように構成されてもよく、繊維２２を互いに近接させたままにし、推進体などからの貫通に対する抵抗が改善された複合パネル１４をもたらす。刻み目領域４０は、複合品１０が推進体による衝撃に続いて構造的負荷を持ち続けてもよいように、改善された損傷抵抗をさらに提供できる。

図２を参照すると、図１の複合品１０またはパネル１４の分解図が示されており、ストリップとして形成されてマトリクス１８中の層２０に配置された複数の繊維２２を図解している。図２に示されるように、繊維２２はストリップ状に配置されており、繊維２２の各々の長さに沿って延在する刻み目領域４０によって必然的に互いに整列されている。繊維２２の各々は、図４において最もよくわかるような、対向する１対の実質的に平坦な繊維表面２４を含む、長尺断面形状を有してもよい。図２に示されるものと類似の実施形態において、上面および下面２６、２８（図４）などの繊維表面２４は、複合品１０の光学性能を向上させるために、複合品１０の物品表面１２と実質的に平行に配向されてもよい。

図３を参照すると、繊維２２がマトリクス１８中の層２０に配置されている、複合品１０の拡大斜視図が示されている。層２０は、複合品１０の内部で互いに対していかなる配向で配置されてもよく、図３に示されるクロスプライ構造に限定されるものではない。さらに、図３の複合品１０は３つの結合層ペア２１（図１から図２）を形成する繊維２２の層２０を６つ有するように示されているものの、いくつの層２０がどのような相互接続性の配置で提供されてもよい。たとえば、複合品１０は、刻み目領域４０を含んでもよいが別の層２０の繊維２２と相互接続しなくてもよい、繊維２２の単一層２０を含んでもよい。さらに、複合品１０は、いくつの結合層ペア２１を形成する繊維２２を含んでもよい。結合層ペア２１のうちの１つ以上は、繊維２２のうちの１つ以上の上面および／または下面２６、２８（図４）に形成された刻み目領域４０によって、別の結合層ペア２１のうちの１つ以上と相互接続されてもよい。この点に関して、複合品１０は、繊維２２の単一層２０または繊維２２の数十以上の層２０を含んでもよい。層２０は、互いに対していずれの方向に配向されてもよい。より具体的には、いずれの層２０の繊維２２も、隣の層２０の繊維２２に対していかなる角度で配向されてもよい。

図３は、刻み目領域４０を経由して隣り合う層２０の繊維２２と係合した繊維２２を各々が含む、いくつかの層２０を示している。層２０は、直接隣り合う層２０の繊維２２に対していずれの方向に配向された繊維２２を含んでもよい。たとえば、図３は、結合層ペア２１の１つの層２０の繊維２２が、結合層ペア２１の直接隣り合う層２０の繊維２２に対して直角に配向されている、クロスプライ構造を示している。図３は複合品１０の非限定的実施形態の図解であり、複合品１０の代替構成またはマトリクス１８中の繊維２２の層２０の代替配置を限定するように解釈されないことに注意すべきである。たとえば、層２０は、図３に示されるように互いに対して直角配向で、または隣接する層２０に対して非直角配向（たとえば１５°、２２．５°、４５°、６０°、７５°など）で、配向されてもよい。

図４を参照すると、図３の線４に沿った複合品１０の一部の拡大断面図が示されており、互いに係合した繊維２２の１対の層２０を図解している。図４からわかるように、繊維２２の各々は光の屈曲または屈折を最小化するために、比較的扁平なまたは実質的に平坦な繊維２２面を備える、長尺断面形状を有することが好ましいが、そうでない場合、光が曲面を通過するときに光の屈曲または屈折が発生する。この点に関して、繊維２２の実質的に平坦な構成は、複合品１０の光学性能を改善させる。

図４から図５を参照すると、繊維２２の全体的に長尺の形状は比較的高いアスペクト比を有することが好ましい。アスペクト比は、繊維厚み３２（図４）に対する繊維幅３４（図４）の比率として定義されてよい。繊維２２の断面はいずれのアスペクト比で提供されてもよいものの、一実施形態において、アスペクト比はおよそ３からおよそ５００の間で異なってもよい。一実施形態において、繊維厚み３２はおよそ５ミクロンからおよそ５，０００ミクロン（たとえば０．００２から０．２０インチ）の範囲であってもよい。しかしながら、繊維２２は無制限にいずれの繊維厚み３２で提供されてもよい。

図４から図５に示されるように、繊維２２の上面および下面２６、２８は互いに対して実質的に平行に配向されることが好ましい。しかしながら、繊維２２は、上面および下面２６、２８が互いに対して非平行に配向された代替構成で提供されてもよい。前述のように、繊維２２の各々は繊維２２の長さに沿って軸方向に延在する刻み目領域４０を含むことが好ましい。図４は各繊維２２の上面および下面２６、２８のうちの１つに形成された刻み目領域４０を示しているものの、繊維２２は、図７および図９に示されるように、および以下に詳細に説明されるように、各繊維２２の上面および下面２６、２８の両方に刻み目領域４０が形成されている実施形態において提供されてもよい。

図４から図５を参照すると、繊維２２の刻み目領域４０は、全体的に繊維２２の幅の範囲内に集中してもよい。しかしながら、繊維２２は、刻み目領域４０が繊維２２の側面３０のうちの１つに向かって偏向している構成で提供されてもよいと考えられる。図７および図９に示されるように上面および下面２６、２８の両方に刻み目領域４０を有する繊維２２の構成では、以下に詳細に説明されるように、上面２６の刻み目領域４０は、繊維２２の下面２８の刻み目領域４０と全体的に整列していてもよい。しかしながら、上面および下面２６、２８の刻み目領域４０は、互いにずれていてもよい。

刻み目領域４０は、側方領域４２の繊維厚み３２よりも薄い刻み目領域４０の厚みを有する繊維２２をもたらすことができる。図４から図５よりわかるように、刻み目領域４０の各々は、刻み目領域４０の横方向両側に設けられた側方領域４２のうちの１つを有する。刻み目領域４０における繊維２２の厚みは、側方領域４２における繊維２２の厚みよりも全体的に薄く示されている。しかしながら、繊維２２は、刻み目領域４０および側方領域４２が実質的に類似の厚みを有する構成で提供されてもよい。このような構成（図示せず）において、繊維２２は、図４から図５に示される構成によって形成される比較的浅いＵ字型断面と比較して、比較的浅い帽子型断面を形成し得る。刻み目領域４０は、刻み目側壁４４によって対向側壁に隣接してもよい。図４および図５は、上面および下面２６、２８に対して直角に配向されている、刻み目側壁４４を示す。しかしながら図６、図８、および図９は、上面および下面２６、２８に対して非直角の角度で形成された刻み目側壁４４を示す。刻み目領域４０、側方領域４２、刻み目側壁４４、および側面３０は比較的鋭角で比較的平坦な表面を含むように示されているものの、繊維２２は、側方領域４２、側面３０、および刻み目側壁４４を含む刻み目領域４０が曲面で、または平面と曲面との組み合わせで形成されるように構成されてもよいことに、注意すべきである。加えて、刻み目側壁４４および側面３０の角は丸められ、斜角を付けられ、面取りされ、または別途非鋭角が設けられてもよい。

上述のように、１つの繊維２２の側方領域４２は、結合層ペア２１を形成するために、層２０の繊維２２の隣接する１つの刻み目領域４０の内部に受容されてもよい。たとえば、図４に示されるように、各刻み目領域４０は、図４に示されるような隣接層２０の隣り合う１対の繊維２２の１対の側方領域４２を受容してもよい。この点に関して、繊維２２は、隣り合う配置で位置決めされ、刻み目領域４０の係合によって互いに対して保持される。繊維２２は、繊維２２の側面３０が互いに対して実質的に平行に配向されるように、配置されることが好ましい。たとえば図４は、互いに対して平行に、および上面および下面２６、２８に対して実質的に直角に配向されている、繊維２２の各々の側面３０を示している。

同様に、図６および図７は、上面および下面２６、２８に対して実質的に直角に配向されている側面３０を示している。加えて、図６は、上面および下面２６、２８に対して非直角に配向された刻み目領域４０の各々の刻み目側壁４４を示す。この点に関して、図６は結合層ペア２１を示し、刻み目側壁４４の配向によって面内係合４６および面外係合４８を提供する繊維２２の構成を表す。

図７を参照すると、刻み目領域４０が繊維２２の面内係合４６を提供するように、刻み目側壁４４が上面および下面２６、２８に対して実質的に直角に配向されている、刻み目領域４０が示されている。図７は、図４および図５に示される繊維２２の単一の刻み目領域４０によって提供されるものよりも大きい度合いの隣接繊維２２の面内係合４６を提供するために繊維２２の各々の上面および下面２６、２８の各々に形成された、刻み目領域４０をさらに示す。図７はまた、各繊維２２の両側に位置する層２０の繊維２２との各繊維２２の係合を促進するために繊維２２の各々の上面および下面２６、２８の両方に形成された、刻み目領域４０も示す。図７は結合層ペア２１を形成するために互いに係合された層２０のうちの２つを示すものの、繊維２２の上面および下面２６、２８の両方にある刻み目領域４０は、図７に示される２つの層２０を越える追加層２０の面内相互接続を促進する。

図８を参照すると、刻み目側壁４４が上面および下面２６、２８に対して非直角に配向されている、繊維２２の実施形態が示されている。同様に、繊維２２の側面３０は、繊維２２の面外係合４８を提供するために、上面および下面２６、２８に対して非直角に配向されている。図８に示される実施形態において、側面３０は、上面および下面２６、２８に対していずれの角度で配向されてもよい。たとえば、側面３０は上面および下面２６、２８に対して１０度未満または１７０度超の角度で配向されてもよいものの、側面３０は上面および下面２６、２８に対しておよそ１０°から１７０度の間で配向されてもよい。さらに、図８は、上面および下面２６、２８に対して非直角に配向された側面３０および刻み目側壁４４を有する各繊維２２を示すものの、繊維２２は、側面３０のみが上面および下面２６、２８に対して非直角に配向され、刻み目側壁４４は上面および下面２６、２８に対して実質的に直角に配向されている構成で、またはその逆の構成で、提供されてもよい。側面３０および刻み目側壁４４は互いに対して実質的に同じ角度で配向されているように示されているものの、側面３０は刻み目側壁４４に対して異なる角度で配向されてもよいことにも、注意すべきである。

図９を参照すると、上面および下面２６、２８に対して非直角の配向（図８）を有する刻み目側壁を有する刻み目側壁４４を備えて形成された各繊維２２の刻み目領域４０を図解する、繊維２２の代替実施形態が示されている。同様に、繊維２２の側面３０は、繊維２２の強化された係合および移動に対する抵抗を提供するために、上面および下面２６、２８に対して非直角の角度で形成されていてよい。図９はまた、図７に示される上述のものと同様に、各繊維２２の両側に位置する層２０の繊維２２との各繊維２２の係合を促進するために、繊維２２の各々の上面および下面２６、２８の両方に形成された刻み目領域４０も示す。この点に関して、図９は、結合層ペア２１のうちの２つを形成するためにその係合を促進するための、上面および下面２６、２８の両方に刻み目領域４０を有する、層２０のうちの３つを示している。上記よりわかるように、繊維２２の各々の上面および下面２６、２８にある刻み目領域４０によって、いくつの層２０が係合されてもよい。

図１０を参照すると、繊維２２の層２０のうちの８つの積層を含み、４つの結合層ペア２１を形成する、複合品１０の一部の断面図が示されている。ここでわかるように、結合層ペア２１の層２０は、隣り合う結合層ペア２１の層２０に対して全体的に直角に配向されている。この点に関して、図１０は、図２および図３に示される繊維２２のクロスプライ構造と類似の層２０のクロスプライ構造を示している。より具体的には、図１０は、紙面から出て延在する結合層ペア２１のうちの２つと、紙面に沿って延在する結合層ペア２１のうちの２つとを示す。上記よりわかるように、繊維２２の上面および／または下面２６、２８のうちの１つ以上に刻み目領域４０を設けることによって、いくつの層２０がいずれの配置で係合してもよい。

図１から図１０に示される実施形態において、マトリクス１８材料は、隣り合う繊維２２の側面３０の間、および隣り合う繊維２２の刻み目領域４０と刻み目側壁４４との間を含む、繊維２２の上面および下面２６、２８の各々の間に提供されてもよい。マトリクス１８材料は、物理的および光学的に繊維２２を互いに結合させてもよい。図１から図１０に示される実施形態において、繊維２２の配置は面内方向の分離に抵抗する。加えて、図６、図８、および図９に示されるように傾斜刻み目側壁４４を有する繊維２２の特定の実施形態は、刻み目側壁４４の非直角配向のため、面外分離に対する抵抗を提供できる。

有利なことに、繊維２２は、異なる負荷条件の下でマトリクス１８における繊維２２の相対運動量を制御する手段を提供する係合効果のため、分離に抵抗する。図１に示されるパネル１４などの複合品１０に対する推進体の衝撃の間、繊維２２の別の非接続層２０を互いに対して移動させながら、繊維２２が面内分離に抵抗することが、望ましいだろう。たとえば、図１０に示される配置において、最上結合層ペア２１の直下の層２０が最上結合層ペア２１と接続されず、したがって最上結合層ペア２１の層２０に対して側方に移動する間、最上結合層ペア２１は繊維２２の面内拡散（すなわち横方向）に対して抵抗できる。

複数ペアの層２０の間の相対運動は、マトリクス１８、および層２０を互いに接合するために随意的に含まれてもよい接着剤の材料特性の選択によって、制御されてもよい。たとえば、互いに対して限られた度合いの層２０の移動を提供する接着剤を選択することが、望ましいといえる。弾道事象の間のマトリクス１８の内部における特定の繊維２２の相対運動または滑りは、特定の繊維２２の長さの大部分が推進体の減速に寄与する結果となり望ましいだろう。

繊維２２および／またはマトリクス１８は不透明材料で形成されてもよいものの、繊維２２およびマトリクス１８（図１から図１０）は、好ましくは実質的に光透過性のいずれか適切な材料で形成されてもよい。この点に関して、マトリクス１８および／または繊維２２は、実質的な透明から実質的な不透明までの間の、いずれの透明度を有するいずれの材料で形成されてもよい。マトリクス１８および／または繊維２２は熱可塑性プラスチック材料で形成されてもよく、これは以下のうちの少なくとも１つを含んでもよい。すなわちアクリル、フルオロカーボン、ポリアミド、ポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルイミド、エポキシおよび無機樹脂である。樹脂および油もまた、マトリクス１８に使用されてよい。マトリクス１８および／または繊維２２はまた、以下のうちの少なくとも１つを含む熱硬化性材料で形成されてもよい。すなわち、ポリウレタン、フェノール、ポリイミド、ビスマレイミド、ポリエステル、エポキシ、およびシルセスキオキサンである。マトリクス１８および／または繊維２２は、炭素、炭化ケイ素、およびホウ素を含むがこれらに限定されない無機材料で形成されてもよい。さらにマトリクス１８および／または繊維２２は、Ｅガラス（アルミノホウケイ酸ガラス）、Ｓガラス（アルミノケイ酸塩ガラス）、純石英、ホウケイ酸ガラス、および光学ガラスなどのガラスで形成されてもよい。さらに繊維２２は、金属材料で形成されてもよい。

本明細書に開示されるような複合品１０（図１から図１０）は、様々な用途において実現されてもよい。たとえば、複合品１０は、航空機のフロントガラス、円蓋、または窓などの車両用途向けの、弾道パネル１４として実現されてもよい。加えて複合品１０は、膜、構造用パネル、建築用パネル、または非構造用パネル１４などとして、いずれの非車両用途で実現されてもよい。この点に関して、複合品１０は無制限に、いずれの車両または非車両用途向けにも、いずれのサイズ、形状、および構成で形成されてもよい。

図１１を参照すると、複合品１０を製造する方法論に含まれてもよい１つ以上の作業を図解するフロー図が示されている。ステップ１０２において、複合品１０は、上面、下面、および側面２６、２８、３０（図４）を備える複数の繊維（図４）を形成することによって製造されてもよい。繊維２２は、押出成形、引き抜き成形、またはその他の適切な製造プロセスによって形成されてよい。上面および下面２６、２８は、互いに実質的に平行となるように形成されてもよく、全体的に平坦であってもよい。繊維２２は長尺断面形状で形成されてもよく、３から５００の範囲外のその他のアスペクト比も考えられるものの、繊維厚み３２（図４）に対する繊維幅３４（図４）がおよそ３からおよそ５００のアスペクト比を有してもよい。

繊維２２の側面３０（図４）は、上面および下面２６、２８に対して実質的に直角に、または図６に示されるように上面および下面２６、２８に対して非直角に、形成されてもよい。この点に関して、側面３０は上面および下面２６、２８に対していずれの角度で形成されてもよい。たとえば、より大きいまたは小さい角度も考えられるものの、側面３０は上面および下面２６、２８のうちの少なくとも１つに対しておよそ１０度から１７０度の間の角度で形成されてもよい。

さらに図１１を参照すると、ステップ１０４は、図４から図９に示されるものと同様に、繊維２２の各々の上面および／または下面２６、２８に、刻み目領域４０および刻み目領域４０の横方向両側の１対の側方領域４２を形成するステップを含んでもよい。図４から図９よりわかるように、刻み目領域４０は、刻み目領域の繊維厚み３２よりも大きい側方領域４２における繊維２２の厚みをもたらしてもよい。

図７および図９に示される構成では、刻み目領域４０は上面および下面２６、２８の両方に形成されてもよく、刻み目領域４０は互いにずれていてもよいものの、刻み目領域４０は図７および図９に示されるように互いに対して全体的に垂直方向に整列していてもよい。構成の１つ以上において、刻み目領域４０は繊維２２の側面３０のうちの１つに向かって偏向していてもよいものの、刻み目領域４０は図１から図１０に示されるように全体的に繊維２２の幅の範囲内に集中してもよい。図４から図１０を参照すると、刻み目領域４０は、上面および下面２６、２８に対していずれの角度で形成されてもよい刻み目側壁４４を含んでもよい。たとえば刻み目領域４０は、図４、図５、および図７に示されるように、上面および下面２６、２８に対して直角に形成されてもよい。あるいは刻み目側壁４４は、図６および図８から図１０に示されるものと同様に、上面および下面２６、２８に対して非直角の角度で形成されてもよい。

図１１を参照すると、ステップ１０６は、図６から図１０に示されるように繊維２２を係合するために、繊維２２の刻み目領域４０の内部に対応する１対の繊維２２の１対の側方領域４２を受容するステップを含んでもよい。図示されるように、刻み目領域４０の各々は、それぞれの対の繊維２２の１対の側方領域４２を収容する。図１１の方法論のステップ１０８は、繊維２２のうちの少なくとも１つの側面３０が直接隣り合う繊維２２の側面３０と実質的に平行に配向されるように、互いに隣り合わせの関係になるように複数の繊維２２を位置決めするステップを含んでもよい。繊維２２は、隣り合う繊維２２の側面３０が互いに近接するように構成されることが好ましい。

１つの層２０の係合繊維２２は、隣接する層２０の繊維２２の長尺方向への配向に対していずれの角度で、長尺方向に配向されてもよい。たとえば図１から図３に示されるように、層２０は、隣り合う層２０に対して実質的に直角に配向されてもよい。あるいは、実質的に平行な繊維２２を有する複数の層２０が、図７および図９に示されるものと類似の繊維２２の上面および下面２６、２８の両方に刻み目領域４０を含む実施形態のため、係合してもよい。互いに対して非直角に配向された繊維２２の層２０が、隣り合う層２０の繊維２２に沿って軸方向に延在する刻み目領域４０と嵌合するために局所化された特徴（図示せず）を提供することによって係合されてよいこともまた、考えられる。

図１１を参照すると、ステップ１１０は、図１から図３に示されるものと同様に、マトリクス１８に繊維２２を少なくとも部分的に埋め込むステップを含んでもよい。上述のように、マトリクス１８は実質的に光透過性の材料で形成されることが好ましい。同様に、繊維２２も実質的に光透過性の材料で形成されることが好ましい。図１１のステップ１１２は、複合品１０を形成するためにマトリクス１８および／または繊維２２を硬化または凝固するステップを含んでもよい。この点に関して、複合品１０は、硬化または凝固を促進するために、熱および／または圧力を受けてもよい。

本発明の一実施形態は、各々が上面、下面、および側面を有する複数の繊維（２２）を含む複合品に関し、繊維のうちの少なくとも１つの上面および下面のうちの少なくとも１つは刻み目領域（４０）および刻み目領域（４０）の両側の１対の側方領域（４２）を有し、複数の繊維（２２）は層状に配置され、１つの層の繊維のうちの少なくとも１つは隣接する層の繊維のうちの少なくとも１つの刻み目領域内に受容される。上述の複合品において、繊維（２２）は、側方領域（４２）の繊維厚みよりも薄い刻み目領域（４０）の厚みを有してもよい。繊維のうちの少なくとも１つの側面が直接隣り合う繊維の側面と実質的に平行となるように、隣り合う配置で位置決めされた複数の繊維（２２）をさらに含んでもよい。複合品は、各々が刻み目領域（４０）を有する上面および下面をさらに含んでもよく、少なくとも１つの繊維の上面の刻み目領域は、繊維の下面の刻み目領域と実質的に整列している。複合品は、対向する対の刻み目側壁（４４）を含む刻み目領域をさらに含んでもよく、刻み目側壁のうちの少なくとも１つは、繊維の上面および下面のうちの少なくとも１つに対して非直角に配向されている。複合品は、繊維厚みに対する繊維幅のアスペクト比の断面を有する繊維（２２）をさらに含んでもよく、アスペクト比はおよそ３からおよそ５００の範囲である。複合品は、アクリル、フルオロカーボン、ポリアミド、ポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルイミドのうちの少なくとも１つを含む熱可塑性プラスチック材料、ポリウレタン、フェノール、ポリイミド、ビスマレイミド、ポリエステル、エポキシ、シルセスキオキサンのうちの少なくとも１つを含む熱硬化性材料、炭素、炭化ケイ素、およびホウ素のうちの少なくとも１つを含む無機材料、およびＥガラス（アルミノホウケイ酸ガラス）、Ｓガラス（アルミノケイ酸塩ガラス）、純石英、ホウケイ酸ガラス、光学ガラスを含むガラスのうちの少なくとも１つで形成される、マトリクスおよび繊維のうちの少なくとも１つを、さらに含んでもよい。

本発明の別の実施形態は、上面、下面、および側面を備える複数の繊維を形成するステップ（１０２）と、繊維の上面および下面のうちの少なくとも１つに刻み目領域および刻み目領域の両側の１対の側方領域を形成するステップ（１０４）と、１つの繊維の側方領域を他方の繊維の刻み目領域内に受容するステップとを含む、複合品の製造方法に関する。方法は、対応する対の繊維の刻み目領域の１対の側方領域を刻み目領域内に受容するステップ（１０６）を、さらに含んでもよい。方法は、上面および下面の両方に刻み目領域を形成するステップを、さらに含んでもよい。方法は、繊維のうちの少なくとも１つの側面が直接隣り合う繊維の側面と実質的に平行になるように、複数の繊維を隣り合う配置で位置決めするステップ（１０８）を、さらに含んでもよい。方法は、繊維の上面および下面のうちの少なくとも１つに対して非直角の角度で刻み目領域の刻み目側壁を形成するステップを、さらに含んでもよい。

本開示の付加的な変更および改良が、当業者にとって自明である可能性がある。このため、本明細書に記載および図解される部品の特定の組み合わせは、本開示の特定の実施形態を示すことのみを意図しており、本発明の精神および範囲内の代替実施形態または装置を制限する役割を果たすよう意図されるものではない。

Claims (13)

1. 各々が上面、下面、および側面を有する複数の繊維（２２）を含む複合品であって、
   繊維のうちの少なくとも１つの上面および下面のうちの少なくとも１つは刻み目領域（４０）および刻み目領域（４０）の両側の１対の側方領域（４２）を有し、
   複数の繊維（２２）は層状に配置され、
   １つの層の繊維のうちの少なくとも１つは隣接する層の繊維のうちの少なくとも１つの刻み目領域内に受容される、複合品。
2. 繊維（２２）は、側方領域（４２）の繊維厚みよりも薄い刻み目領域（４０）の厚みを有する、請求項１に記載の複合品。
3. 複数の繊維（２２）は、繊維のうちの少なくとも１つの側面が直接隣り合う繊維の側面と実質的に平行となるように、隣り合う配置で位置決めされている、請求項１に記載の複合品。
4. 上面および下面は各々が刻み目領域（４０）を含み、
   少なくとも１つの繊維の上面の刻み目領域は、繊維の下面の刻み目領域とおおむね整列している、請求項１に記載の複合品。
5. 刻み目領域は対向する対の刻み目側壁（４４）を含み、
   刻み目側壁のうちの少なくとも１つは、繊維の上面および下面のうちの少なくとも１つに対して非直角に配向されている、請求項１に記載の複合品。
6. 繊維（２２）は繊維厚みに対する繊維幅のアスペクト比の断面を有し、
   アスペクト比はおよそ３からおよそ５００の範囲である、請求項１に記載の複合品。
7. マトリクスおよび繊維のうちの少なくとも１つは、
   アクリル、フルオロカーボン、ポリアミド、ポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルイミドのうちの少なくとも１つを含む熱可塑性プラスチック材料と、
   ポリウレタン、フェノール、ポリイミド、ビスマレイミド、ポリエステル、エポキシ、シルセスキオキサンのうちの少なくとも１つを含む熱硬化性材料と、
   炭素、炭化ケイ素、およびホウ素のうちの少なくとも１つを含む無機材料と、
   Ｅガラス（アルミノホウケイ酸ガラス）、Ｓガラス（アルミノケイ酸塩ガラス）、純石英、ホウケイ酸ガラス、光学ガラスを含むガラスと、
   のうちの少なくとも１つで形成されている、請求項１に記載の複合品。
8. フロントガラス、円蓋、窓、膜、構造用パネル、建築用パネル、非構造物のうちの少なくとも１つとして構成されている、請求項１に記載の複合品。
9. 複合品を製造する方法であって、
   上面、下面、および側面を備える複数の繊維を形成するステップ（１０２）と、
   繊維の上面および下面のうちの少なくとも１つに刻み目領域および刻み目領域の両側の１対の側方領域を形成するステップ（１０４）と、
   １つの繊維の側方領域を他方の繊維の刻み目領域内に受容するステップと、を含む方法。
10. 対応する対の繊維の１対の側方領域を刻み目領域（１０６）内に、受容するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 上面および下面の両方に刻み目領域を形成するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
12. 繊維のうちの少なくとも１つの側面が直接隣り合う繊維の側面と実質的に平行になるように、複数の繊維を隣り合う配置で位置決めするステップ（１０８）をさらに含む、請求項９に記載の方法。
13. 繊維の上面および下面のうちの少なくとも１つに対して非直角の角度で刻み目領域の刻み目側壁を形成するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。

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