JP2016166322A - 複合材の歪能力を向上させるための高分子ナノ粒子 - Google Patents
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Abstract
【課題】複合構造体の歪能力を増大させるシステム、方法を提供する。【解決手段】樹脂混合物を形成するために、樹脂と樹脂に含まれる複数の高分子ナノ粒子とを含み、高分子ナノ粒子の少なくとも幾つかは、高分子ナノ粒子のポリマー骨格の性質、樹脂の自由体積よりも大きいナノ粒子自由体積及び樹脂の空隙率よりも高いナノ粒子空隙率、の内の少なくとも１つに起因して、樹脂よりも高い歪能力を有し得る組成物。樹脂内の高分子ナノ粒子を用いることにより、樹脂混合物の歪及び／又は歪能力が高まり、複合材構造体の性能が向上し得る方法。【選択図】なし
Description
本開示は複合材料に関し、より詳細には、複合材構造体の歪能力を向上させるための複合材構造体でのナノ粒子の使用に関する。
複合材構造体は、樹脂マトリクスに埋め込まれた強化繊維を含むのが典型的である。複合材構造体は、負荷を繊維長に沿って伝達するよう設計される。樹脂マトリクスは繊維を所定位置に保持し、樹脂マトリクスを通じて負荷を伝わらせることにより、繊維から繊維へと負荷を伝達し得る。複合材構造体に負荷をかける間、樹脂マトリクスは典型的に、多方向に負荷を受ける。例えば、ある負荷が複合材構造体に加わると、樹脂マトリクスが、繊維に平行な方向に沿って及び繊維を横切る一又は複数の方向に沿って、負荷を受け得る。歪の何らかの組み合わせが既定値を超えると、樹脂マトリクスは破損し得る。
歪不変量破壊理論は、複合材構造体内の樹脂マトリクスの破壊を招く歪の組み合わせを予測するために用いられる基準である。歪不変量破壊理論においては、第１の歪不変量Ｊ１を超過すると破壊が発生する。第１の歪不変量Ｊ１は、互いに直交に配向する３つの主歪（ε１＋ε２＋ε３）の合計である。
標準テストクーポンが単軸引張で負荷を受けると、主歪ε１が引張方向に増大する一方、ポアソン比に起因して、クーポンの断面が縮小するので、主歪ε２＋ε３は負であるか圧縮性である。クーポンが引張負荷によって伸長するにつれてクーポン断面が縮小する能力の結果、クーポンが縮小できないようなかなり大きい値よりも、主歪ε１が増大し得る。一方、静水圧引張（即ち、ε１＝ε２＝ε３）で負荷を受けた材料は、３つの主方向の比較的低い歪で破損する。
複合材構造体に負荷がかけられると、強化フィラメントは典型的に、樹脂マトリクスを縮小に抵抗するように拘束する。マトリクスの縮小能力が減少することにより、マトリクスの引張歪能力が制限される。マトリクスの歪能力が制限された結果、複合材構造体の性能が制限され得る。例えば、複合材構造体が引張負荷を受ける場合、樹脂の比較的低い破壊歪により、繊維が破壊歪に到達する前に樹脂の破壊（例えば、微細ひび割れ）が引き起こされ得る。
このように、複合材構造体の性能を向上させる手段として、複合材構造体内の樹脂の歪能力を増大させるシステム及び方法に対する当技術分野での需要が存在する。
複合材構造体内の樹脂の歪能力に関連する上記の需要は本発明によって特に対処され、本発明は、樹脂混合物を形成するために、樹脂と該樹脂内の複数の高分子ナノ粒子とを含む組成物を提供する。高分子ナノ粒子の少なくとも幾つかは、高分子ナノ粒子のポリマー骨格の性質に起因して、及び／又は樹脂の自由体積よりも大きいナノ粒子自由体積に起因して、及び／又は樹脂の空隙率よりも高いナノ粒子空隙率に起因して、樹脂よりも高い歪能力を有し得る。高分子ナノ粒子は、結果として、樹脂混合物の歪能力及び／又は歪能力を高め、これにより複合材構造体の性能が向上し得る。
更なる実施形態では、高い歪能力を有する高分子ナノ粒子を含有する樹脂を含む複合材構造体が開示される。複合材構造体は更に、樹脂混合物内に埋め込まれた複数の強化繊維を含み得る。高分子ナノ粒子の高い歪能力は、ポリマー骨格の性質、ナノ粒子の自由体積、及び／又は、ナノ粒子の空隙率に起因し得る。
組成物の生成方法も開示される。本方法は、樹脂を提供すること、及び、樹脂内に複数の高分子ナノ粒子を混合して樹脂混合物を生成することを含み得る。上述のように、高分子ナノ粒子は高い膨張能力を有し得る。
更なる実施形態では、複合材構造体に印加される負荷に抵抗する方法が開示される。複合材構造体は、複数の高分子ナノ粒子を含む硬化された樹脂を含有し得、複数の高分子ナノ粒子の少なくとも幾つかは、高分子ナノ粒子のポリマー骨格に起因して、比較的高い自由体積を有する高分子ナノ粒子に起因して、及び／又はナノ粒子の空隙率に起因して、樹脂よりも高い歪能力を有し得る。本方法は更に、高分子ナノ粒子を含まない樹脂の体積歪能力よりも高い樹脂混合物の体積歪能力によって、負荷に抵抗することを含み得る。
特徴、機能及び利点は、本開示の様々な実施形態において独立して達成可能であり、又は、以下の説明及び図面を参照して更なる詳細が理解可能である更に他の実施形態において組み合わされてもよい。
本開示の上記の及びその他の特徴は、図面を参照することでより明白となり、図面では、全体を通して類似の番号が類似の部分を表している。
ここで、本開示の様々な実施形態を図示する目的で示された図面を参照すると、樹脂１１８と歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０とを含む樹脂混合物１２２を含む、複合材構造体１００のブロック図が図１に示される。幾つかの実施例で、複合材構造体１００は、一又は複数の複合材プライ１０４（図２）を含む複合材レイアップ１０２として形成され得る。複合材レイアップ１０２は樹脂混合物１２２内に埋め込まれた繊維トウ１１０を含み得る。繊維トウ１１０の各々は、強化フィラメント１１２で形成され得る。繊維１１０の予含浸中及び／又は繊維１１０の樹脂注入中、繊維１１０に樹脂１１８が塗布され得る。
有利には、高分子ナノ粒子１５０が比較的高い歪能力及び／又は膨張能力を有し得る。例えば、高分子ナノ粒子１５０の材料組成物１１６は、硬化された未修飾樹脂１１８よりも高い体積歪能力及び／又はより大きい破壊歪を有し得る。本開示において、未修飾樹脂１１８は、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０を含まない樹脂１１８として記載され得る。高分子ナノ粒子１５０の比較的高い歪能力は、高分子ナノ粒子材料のポリマー骨格１５４の性質に起因し得る。別の実施例で、高分子ナノ粒子１５０の比較的高い歪能力は未修飾樹脂１１８の自由体積よりも大きいナノ粒子自由体積に起因し得る。
更なる実施例で、高分子ナノ粒子１５０の比較的高い歪能力は、未修飾樹脂１１８の空隙率よりも高い、高分子ナノ粒子１５０のナノ粒子空隙率に起因し得る。高分子ナノ粒子１５０の比較的高い歪能力及び／又は膨張能力は、結果として、未修飾樹脂１１８の歪及び／又は歪能力と比較して、樹脂混合物１２２の歪及び／又は歪能力における向上をもたらし得る。樹脂混合物１２２の歪及び／又は歪能力を向上させることは、結果として、複合材構造体１００の負荷担持能力又は剛性など、複合材構造体１００の性能の向上につながる。
有利には、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０は、強化フィラメント１１２のフィラメント断面幅に対して比較的小さい粒子断面幅１５２で提供され得る。例えば、高分子ナノ粒子１５０は１０〜２００ナノメートルの粒子断面幅１５２を有し得、強化フィラメント１１２は５〜３０ミクロンのフィラメント断面幅を有し得る。更に、高分子ナノ粒子１５０は、概して丸い又は球状の形状で提供され得る。高分子ナノ粒子１５０の比較的小さいサイズ及び／又は概して丸いもしくは球状の形状により、樹脂混合物１２２の粘度増加を未修飾樹脂１１８の粘度と比較して最小限に抑え、高分子ナノ粒子１５０が比較的高い担持レベルで樹脂１１８に添加されることが可能となる。一実施例で、高分子ナノ粒子１５０は、体積比で樹脂混合物１２２の７５パーセントまでを構成し得る。樹脂混合物１２２の比較的低い粘度により、複合材レイアップ１０２の処理が促進され得、埋め込み繊維を通る樹脂のフローが促進され得る。
図２は、繊維１１０と樹脂１１８に埋め込まれた複数の歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０とを含む複合材プライ１０４のスタックで作製された、複合材構造体１００の概略図である。図示の実施例で、複合材プライ１０４は一方向性プライ１０８として構成されている。一方向性プライ１０８の各々は、概して平行であり連続的な強化繊維１１０又は繊維トウ１１０を含み得る。一実施例で、一方向性プライ１０８は、互いに隣り合って配置された複数の一方向性テープ１１４又は繊維トウ１１０で作製され得る。繊維トウ１１０の各々は、数千本の強化フィラメント１１２で作製され得る。例えば、１本の繊維トウ１１０が最大で１００，０００本を超える強化フィラメント１２０を含み得る。幾つかの実施例で、強化フィラメントは、５〜３０ミクロンの断面幅又は直径のフィラメントを有する。例えば、炭素強化フィラメントは、約５〜７ミクロンの断面幅のフィラメントを有してもよい。ガラス強化フィラメントは、１０〜２５ミクロンの断面幅のフィラメントを有してもよい。本開示で、繊維、複合材繊維、強化繊維、及び繊維トウの語が交換可能に使用されてもよい。
図２は一方向性プライ１０８で形成された複合材レイアップ１０２を示すが、複合材レイアップ１０２は、一方向性テープ、繊維織物、編み上げ繊維、ステッチ繊維の形態、チョップドファイバの形態、及び任意の他のタイプの波形及び非波形繊維の形態を含むがこれらに限定されない、種々の多様な繊維形態のうちの任意の複合材プライ１０４を用いて提供されてよい。複合材レイアップ１０２内の繊維１１０の構成に関わらず、有利には、樹脂１１８が、樹脂混合物１２２の歪能力を向上させ得る複数の歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０を含み得る。更に、強化繊維１１０又は強化フィラメント１１２を含まない用途では、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０が樹脂混合物１２２内に含まれ得る。例えば、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０は、接着剤、コーティング、射出成型可能なプラスチック、及びその他の用途として用いられる樹脂内に含まれ得る。
図３は、図２の複合材構造体１００の一部の断面を示し、異なる角度に向きを合わされた一方向性プライ１０８の強化フィラメント１１２を示す。例えば、中間の２つの複合材プライ１０４は、紙面に平行に向きを合わされ得る強化フィラメント１１２を含み得る。最上部の複合材プライ１０４及び最下部の複合材プライ１０４は、紙面に直角の方向に沿って向きを合わされ得る。複合材プライ１０４の中間と最上部との間、並びに複合材プライ１０４の中間と最下部との間に配置され得る複合材プライ１０４は、紙の面に対して非平行且つ非垂直に配向される強化フィラメント１２０を含み得る。しかしながら、複合材プライ１０４のうちの何れもが、複合材レイアップ１０２内の他の複合材プライ１０４の強化フィラメント１１２に対して任意の角度に向きを合わされた強化繊維１１０を含み得る。更に、複合材プライ１０４のうちの何れもが、一方向性テープ以外の繊維形態で提供され得る。
図２に示されているような複合材構造体１００は、複合材プライ１０４のスタックをレイアップすることにより形成され得る。一実施例で、複合材プライ１０４は、樹脂混合物１２２を用いて予含浸され得る（例えば、プリプレグ複合材プライ）。樹脂混合物１２２は、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０を含み得る。樹脂混合物１２２の粘度を低下させ、これにより樹脂混合物１２２が流動し、隣接した複合材プライ１０４の樹脂混合物１２２と混合されるように、プリプレグ複合材プライ１０４のスタックに熱が加えられ得る。プリプレグ複合材プライ１０４の樹脂混合物１２２を硬化及び／又は固化するために、熱及び／又は圧力が加えられ得る。複合材構造体１００を得るために、複合材レイアップ１０２が能動的に又は受動的に冷却され得る。
プリプレグ工程の前又はプリプレグ工程中に、高い歪能力を有する高分子ナノ粒子１５０が複合材プライ１０４に塗布され得る。幾つかの実施例で、各繊維１１０トウを構成する強化フィラメント１１２の内部に又は間に高分子ナノ粒子が埋め込まれるように、繊維トウ１１０、一方向性テープ、繊維織物、又は他の繊維形態に、高分子ナノ粒子１５０が塗布され得る。例えば、繊維トウ１１０をプリプレグ繊維形態（プリプレグ一方向性テープ、プリプレグ一方向性シート、プリプレグ繊維織物、プリプレグ編み上げ繊維１１０、及び他のプリプレグ繊維形態など）へと形成する前に、移動中の繊維トウ１１０の強化フィラメント１１２上に高分子ナノ粒子１５０がスプレー噴霧され得る。
代替的に、複合材レイアップ１０２は、ドライ繊維複合材プライ１０４をスタックすることにより形成され得る。ドライ繊維複合材プライ１０４に、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０を含有する樹脂混合物１２２が注入され得る。樹脂混合物１２２は、適切な樹脂注入プロセスを用いてドライ繊維複合材プライ１０４へ注入され得る。例えば、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０を含有する樹脂混合物１２２が、真空支援型樹脂トランスファー成形（ＶＡＲＴＭ）、大気圧制御圧力樹脂注入（ＣＡＰＲＩ）、又は他の様々な樹脂トランスファープロセスのうちの任意のものを用いて、ドライ繊維複合材プライ１０４へ注入され得る。樹脂混合物１２２の注入後、複合材レイアップ１０２は固化され得る。樹脂混合物１２２を硬化及び／又は凝固させて複合材構造体１００を形成するために、熱及び／又は圧力が複合材レイアップ１０２に加えられ得る。
本明細書に記載の任意の実施例で、樹脂１１８及び／又は高分子ナノ粒子は、熱可塑性材料及び／又は熱硬化性材料で形成され得る。熱可塑性材料は、アクリル、フルオロカーボン、ポリアミド、ポリオレフィン（例えば、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（例えば、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））、など）、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／又はポリフェニルスルホンを含み得る。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ァイド）、導電性ポリマー（例えば、ポリアニリン）、ベンゾオキサジン、ビスマレイミド、シアン酸エステル、ポリエステル、エポキシ、及びシルセスキオキサンを含み得る。強化フィラメント１２０は、炭素、炭化ケイ素、ホウ素、セラミックなどの材料、及び金属材料から形成されてもよい。強化フィラメント１１２は、Ｅガラス（アルミノホウケイ酸ガラス）、Ｓガラス（アルミノケイ酸ガラス）、純シリカ、ホウケイ酸ガラス、光学ガラス、及び他のガラス組成物から形成されてもよい。
図４は、図３の複合材構造体１００の一部を示し、樹脂混合物１２２内の複数の歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０を示す。図示のように、高分子ナノ粒子１５０は強化フィラメント１１２のフィラメント断面幅に対して比較的小さい粒子断面幅１５２を有し得る。図示の実施例で、高分子ナノ粒子１５０は、複合材レイアップ１０２全体に均一に分布し得る。例えば、高分子ナノ粒子１５０は、一方向性テープ１１４の各々の強化フィラメント１１２の間に含まれ得る。更に、高分子ナノ粒子１５０は、隣接した複合材プライ１０４の間の層間領域１０６に含まれ得る。更に、高分子ナノ粒子１５０は、複合材プライ１０４の一方向性テープ１１４の隣接したペアの対向する側端間の空間に含まれ得る。
これに関して、複合材レイアップ１０２は、強化フィラメント１１２を囲む及び／又は一方向性テープの強化フィラメント１１２間に埋め込まれる高分子ナノ粒子１５０を含有する、プリプレグ一方向性テープ１１４で構成され得る。複合材レイアップ１０２の処理中、樹脂１１８の粘度を低下させるために樹脂混合物１２２に熱が加えられ得、これにより、同じ複合材プライ１０４内で及び隣接した複合材プライ１０４内で、プリプレグ一方向性テープ１１４の各々の樹脂混合物１２２が流動して一方向性テープ１１４の樹脂混合物１２２と混合することが可能となる。樹脂混合物１２２の混合により、結果として、高分子ナノ粒子１５０が複合材レイアップ１０２全体に、概して均一に分散され得る。
しかしながら、他の実施例で、高分子ナノ粒子１５０は、複合材レイアップ１０２の一方向性プライ１０８のレイアップ中及び／又はレイアップ後に、標的位置に選択的に塗布され得る。歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０は、複合材レイアップ１０２の樹脂リッチなポケットに塗布され得る。樹脂リッチなポケットは、複合材レイアップ１０２のその位置における繊維１１０の体積に対して、比較的高い体積の樹脂１１８を含有し得る。他の実施例で、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０は、繊維ベッド内に（例えば、繊維トウ１１０もしくは複合材プライ１０４を構成する強化フィラメント１１２内に又はこれらの間に）優先的に塗布され得る。更に、高分子ナノ粒子は、複合材レイアップ１０２のある領域に選択的に塗布され得る一方、複合材レイアップ１０２の他の領域は高分子ナノ粒子１５０を含まない。例えば、高分子ナノ粒子１５０は、複合材レイアップ１０２の層間領域１０６のうちの一又は複数に塗布され得、複合材レイアップ１０２の他の領域は高分子ナノ粒子１５０を含まなくてもよい。
図５は、硬化された未修飾樹脂１１８のユニットセル（最小単位（ｕｎｉｔ ｃｅｌｌ））の概略図であり、高分子ナノ粒子を含まない未修飾樹脂１１８を示す。未修飾樹脂１１８は、より低い破壊歪を有し得るか又は熱可塑性樹脂１１８よりも脆弱であり得る、熱硬化性材料で作成され得る。図５Ａは、硬化された未修飾樹脂１１８に対する２軸引張１６８の印加を示す概略図であり、未修飾樹脂１１８全体に亘り全方向に均一に分散される樹脂歪１２０を示す。
図６は、未修飾樹脂１１８に埋め込まれた強化フィラメント１１２を含有する、複合材構造体１００の例示的なブロック２００の概略斜視図である。強化フィラメント１１２は、例示的なブロック２００の第１の方向２０２に沿って向くように図示されている。図６には、第１の方向２０２に直角方向の第２の方向２０４、並びに、第１の方向及び第２の方向２０４に対して直角方向の第３の方向２０６も示されている。図６Ａは、強化フィラメント１１２に平行な第１の方向２０２に沿って図６の例示的なブロック２００に印加される単軸引張負荷２０８の概略斜視図であり、第１の方向２０２に沿って生じた引張歪２１０を示している。未修飾樹脂１１８を含有する強化フィラメント１１２が、第２の方向２０４及び第３の方向２０６に沿った収縮を拘束するので、複合材構造体１００の例示的なブロック２００は、第２の方向２０４及び第３の方向２０６に沿って比較的小さい歪を呈する。上述のように、未修飾樹脂１１８の低下した、引張負荷方向を横切る方向に沿った収縮又は歪能力により、強化フィラメント１１２の歪は制限され、複合材構造体１００の性能が損なわれる。
図７は、図４の線７で切り取った、硬化された樹脂混合物１２２のユニットセルの概略図であり、樹脂混合物１２２内の高い歪能力を有する複数の高分子ナノ粒子１５０を示している。これに関して、硬化された樹脂混合物１２２は、未修飾樹脂１１８の歪能力よりも大きい、少なくとも１つの方向に沿った歪能力を有し得る。上述のように、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０は、未修飾樹脂１１８よりも高い歪能力を有すると特徴付けられ得る。例えば、高分子ナノ粒子１５０は、高分子ナノ粒子１５０の材料組成物１１６（例えば、ポリウレタン、エチレンプロピレンゴム）のポリマー骨格１５４の性質に起因し、本質的に高い歪能力を有し得る。
上述のように、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０は、比較的小さい粒子断面幅１５２又は約１０〜２００ナノメートルの直径を備え得る。幾つかの実施例で、高分子ナノ粒子は１０〜１００ナノメートルの断面幅を有し得る。しかしながら、特定の用途では、高分子ナノ粒子が２ミクロンまでの断面幅を有し得る。有利には、高分子ナノ粒子１５０の比較的小さい粒子断面幅１５２は、含浸工程又は樹脂注入中に発生し得る過度に大きいナノ粒子の除去を防止し得る。これに関して、過剰に大きいナノ粒子が、樹脂の流入中に強化フィラメント１１２間を通過することを防止され得る。
幾つかの実施例で、樹脂混合物１２２は、実質的に同じ粒子断面幅１５２を有し得る高分子ナノ粒子１５０を含有し得る。しかしながら、他の実施例で、高分子ナノ粒子１５０のうちの幾つかが、樹脂混合物１２２内の他の高分子ナノ粒子１５０の粒子断面幅１５２とは異なる粒子断面幅１５２を有し得る。更に、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０に加えて、樹脂混合物１２２は、高い歪能力の提供とは異なる機能を有し得る高分子ナノ粒子を含み得る。例えば、樹脂混合物１２２内の高分子ナノ粒子の少なくとも幾つかが、未修飾樹脂１１８の靱性よりも高い靱性を有し得る熱可塑性材料で形成され得る。
例えば、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０に加えて、樹脂混合物１２２はまた、樹脂硬化の前もしくは樹脂硬化中、並びに樹脂の大部分が複合材レイアップ１０２を通流した後、熱可塑性高分子ナノ粒子が完全に又は部分的に樹脂混合物１２２内に溶解するように、樹脂１１８内に少なくとも部分的に可溶であり得る、熱可塑性高分子ナノ粒子（図示せず）を含有し得る。熱可塑性高分子ナノ粒子の溶解の結果、樹脂混合物１２２は、硬化された未修飾樹脂１１８の靱性に対して増大した靱性を有し得る。樹脂混合物１２２の増大した靱性より、運用中の複合材構造体１００の熱サイクル及び／又は機械的負荷において、複合材構造体１００内の亀裂発生もしくは亀裂成長が低減又は防止され得る。一実施形態で、高分子ナノ粒子１５０の少なくとも幾つかは、樹脂１１８と高分子ナノ粒子１５０との間で負荷を伝達可能であり得る、シース（図示せず）内に含有され得る。他の実施例で、シースは少なくとも部分的に樹脂１１８に可溶であり得る。例えば、シースの溶解が、硬化された樹脂１１８の靱性の向上に繋がるように、シースは熱可塑性であり得る。
好ましくは、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０及び／又は他のタイプの高分子ナノ粒子は、樹脂混合物１２２の粘度に対する高分子ナノ粒子の影響を低下させる手段として、丸い形状又は球状の形状で提供され得る。高分子ナノ粒子の概して丸い形状又は球状の形状により、樹脂注入もしくは樹脂流入中、ナノ粒子が強化フィラメント１１２間に滑り込むことが可能となり得、鋭利な端部もしくは角部を有する、球状でない形状又は複雑な形状のナノ粒子の場合に発生し得る、高分子ナノ粒子の強化フィラメント１１２又は他の高分子ナノ粒子とのインターロックが回避され得る。しかしながら、高分子ナノ粒子が球状でない形状で提供されてもよい。例えば、高分子ナノ粒子は、長方形もしくは楕円形状などの概して丸い形状、又は、立方体、長方形、ピラミッド型、及びその他の形状を含むがこれらに限定されない３次元のファセット形状として提供され得る。
高分子ナノ粒子の丸い形状もしくは球状の形状及び／又は比較的小さい粒子断面幅１５２により、樹脂の粘度に対する影響が比較的小さく、樹脂混合物１２２内の高分子ナノ粒子の比較的高い濃度を可能とし得る。幾つかの実施例で、高分子ナノ粒子２００は、樹脂１１８及び高分子ナノ粒子２００を含有する、体積比で樹脂混合物１２２の７５パーセントまでを構成し得る。好ましくは、高分子ナノ粒子２００は、高分子ナノ粒子２００の体積百分率の範囲の下限として、樹脂混合物１１４の体積の最小１０％を占めてもよい。しかしながら、幾つかの例では、高分子ナノ粒子２００は、範囲の下限で、体積の５％未満を占めてもよい。更に他の例では、高分子ナノ粒子２００は、範囲の下限で、樹脂混合物１１４の１０％未満を占めてもよい。更なる例では、高分子ナノ粒子２００は、範囲の下限で、体積の１５％未満を占めてもよい。
ある種の応用では、高分子ナノ粒子２００の体積百分率の範囲の上限として、樹脂混合物１１４の体積の最大６５％で高分子ナノ粒子２００を提供することが望ましいことがある。しかしながら、幾つかの例では、高分子ナノ粒子２００は、範囲の上限として、体積の５０％未満を占めてもよい。ある種の応用では、高分子ナノ粒子２００は、樹脂混合物１１４の高分子ナノ粒子２００の体積百分率の範囲に関する上述の下限及び上限の任意の組み合わせで提供されてもよい。高分子ナノ粒子２００の体積百分率の範囲に関する上述の下限及び上限の非限定的な組み合わせには、高分子ナノ粒子２００が樹脂混合物１１４の体積百分率で５〜７５％を占める配合が含まれる。別の例では、樹脂混合物１１４の体積百分率で１０〜７５％を占める高分子ナノ粒子２００が含まれる。更に他の例では、高分子ナノ粒子２００は、樹脂混合物１１４の体積百分率で１５〜６５％を占めてもよい。更に別の例では、高分子ナノ粒子２００は、樹脂混合物１１４の体積百分率で２０〜５０％を占めてもよい。有利には、概して丸い形又は球形の高分子ナノ粒子２００は、樹脂１１２内での高分子ナノ粒子２００の濃度が直線的に上昇するにつれて樹脂１１２の特性を直線的に改善し、樹脂の粘度の影響は最小限又は無視しうる程度に抑えることができる。
図７Ａは、図５Ａの未修飾樹脂１１８に印加された二軸引張１６８と同じ大きさで、図７の硬化された樹脂混合物１２２に印加された、二軸引張１６８の概略図である。二軸引張１６８負荷の印加に応答して、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０は、ナノ粒子の膨張１６２を呈し得る。これに関して、高分子ナノ粒子１５０の膨張又は拡張により、図５Ａに示す未修飾樹脂１１８の歪に対して、樹脂１１８マトリクスの歪における増大が可能となり得る。図７Ａで、全方向に均一に伸びている樹脂混合物１２２の歪が示される。樹脂１１８高分子ナノ粒子間の領域はポアソン比に起因して歪み得、結果として樹脂１１８マトリクスの歪能力が増大し得る。
図８は、上述のように高い歪能力を有する高分子ナノ粒子１５０を含有する樹脂混合物１２２内に埋め込まれた強化フィラメント１１２を含有する、複合材構造体１００の例示的なブロック２００の概略斜視図である。図示の実施例で、高分子ナノ粒子１５０は、樹脂１１８マトリクス全体に亘り実質的に均一に分散され得、個々の繊維１１０トウ（図２）の強化フィラメント１１２の間及び／又は隣接して配置された複合材レイアップ１０２繊維１１０トウの間に、位置し得る。図８Ａは、強化フィラメント１１２の長さに平行な第１の方向２０２に沿って例示的なブロック２００に印加される単軸引張負荷２０８の概略斜視図である。第２の方向２０４及び第３の方向２０６の両方に沿った、樹脂混合物１２２に生じた圧縮歪２１２、２１４も示されている。有利には、複数の高分子ナノ粒子１５０のナノ粒子歪みの影響は、ポアソン比による高分子ナノ粒子１５０間の樹脂混合物１２２の領域の歪みを考慮に入れる。結果として、図６Ａに示す例示的なブロック２００のより低い引張歪み２１０の量に対して、複合材構造体１００の例示的なブロック２００の第１の方向２０２に沿った引張歪２１０が増大する。ナノ粒子歪みの結果として増大した歪能力は、複合材構造体１００の性能の向上につながり得る。
図９は、硬化された修飾済み樹脂１１８の自由体積よりも大きいナノ粒子自由体積を有する自由体積の大きい高分子ナノ粒子１５６を含有する、硬化された樹脂混合物１２２のユニットセルの一実施形態の概略図である。本開示で、自由体積の大きい高分子ナノ粒子１５６は、オングストロームレベルの空隙率を有するものとして記載され得る。自由体積の大きい高分子ナノ粒子１５６はまた、高分子組成物を構成するポリマー鎖の端部に未充填体積を含む、高分子組成物を有する材料で作製されるものとして記載され得る。自由体積の大きい高分子ナノ粒子１５６において、高分子ナノ粒子１５６の体積の９５パーセントまでが、非連結の固体（図示せず）であり得、これにより、自由体積の大きい高分子ナノ粒子１５６の自由体積の膨張が可能であり得る。非連結の固体は、組成物の体積膨張中に最小限の応力を呈する単一の非固体相を有する組成物を表し得る。図９Ａは、図９Ａの硬化された樹脂混合物１２２に印加される二軸引張１６８の概略図であり、未修飾樹脂１１８（図５Ａ）の歪能力よりも高い、発生したナノ粒子歪１６０及び樹脂混合物歪１２４を示す。樹脂混合物１２２の歪は、自由体積の大きい高分子ナノ粒子１５６の比較的高い膨張能力によって提供され得る。
図１０は、複数の細孔１７０を各々が有する多孔性高分子ナノ粒子１５８を含有する樹脂１１８を含む、硬化された樹脂混合物１２２のユニットセルの概略図である。幾つかの実施例で、多孔性高分子ナノ粒子１５８は、硬化された未修飾樹脂１１８の空隙率よりも高いナノ粒子空隙率を有し得る。多孔性高分子ナノ粒子は単一の細孔１７０を含有し得る。幾つかの実施例で、単一の細孔１７０が、多孔性高分子ナノ粒子１５８の外面に密封される全体積の５０パーセントよりも多くを占め得る。しかしながら、他の実施例で、単一の多孔性高分子ナノ粒子１５８が複数の細孔１７０を有し得る。幾つかの実施例では、細孔１７０が、多孔性高分子ナノ粒子１５８の全体積の５０パーセントよりも多くを占め得る。代替的に、多孔性高分子ナノ粒子１５８は、多孔性高分子ナノ粒子１５８の全体積の５０パーセントを下回る細孔１７０の全体積を有し得、樹脂１１８の空隙率よりも高い空隙率を有し得る。多孔性高分子ナノ粒子１５８はまた、水の浸入を最小限に抑えるために、少なくとも部分的に、疎水性又は超疎水性の材料で作製され得る。好ましくは、空隙率のレベルに関わらず、多孔性高分子ナノ粒子１５８は未修飾樹脂１１８よりも高い歪能力を有する。図１０Ａは、図１０Ａの硬化された樹脂混合物１２２に印加される二軸引張１６８の概略図であり、未修飾樹脂１１８（図５Ａ）の歪能力よりも高い、ナノ粒子歪１６０及び樹脂混合物歪１２４を示している。
図１１は、複合構造物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。本方法の工程３０２は、上述の熱可塑性材料又は熱硬化性材料のうちの任意の１つで形成され得る樹脂１１８を提供することを含む。
方法の工程３０４は、歪特性が向上した樹脂混合物１２２を形成するために、複数の歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０を樹脂１１８に混合することを含み得る。上述のように、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０の歪能力は、高分子ナノ粒子１５０のポリマー骨格１５４の性質、自由体積の大きい高分子ナノ粒子１５６、及び／又は一又は複数の細孔１７０を有する多孔性高分子ナノ粒子１５８、を含むがこれらに限定されない、一又は複数の特性によって提供され得る。歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０は、未修飾樹脂１１８の体積歪能力よりも高い体積歪能力を有し得る。
プリプレグ工程の前に又はその間に、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０が樹脂１１８に添加され得る。代替的に、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０は、液体樹脂注入プロセス中、樹脂１１８を複合材レイアップ１０２に注入する前に液体樹脂１１８と混合され得る。更に、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０は、複合材レイアップ１０２の一又は複数の複合材プライ１０４間にレイアップされ得る樹脂フィルム（図示せず）に含まれ得る。更なる実施例で、樹脂マトリクスの歪能力を高めるために、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０は、複合材レイアップ１０２の標的領域に添加され得る。更なる態様では、他の機能を有する高分子ナノ粒子が歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０に含まれ得る。例えば、樹脂の靱性、弾性率、強度、熱膨張率（ＣＴＥ）、不燃性、発煙性及び毒性レベル、導電性、及び／又は耐食性を高めるために、高分子ナノ粒子が樹脂１１８に添加され得る。更に、硬化による収縮、反応熱を低減し、並びに／又は、複合材レイアップ１０２及び／もしくは複合材構造体１００の他の特性を向上させるために、高分子ナノ粒子が添加され得る。
方法の工程３０６は、樹脂混合物１２２の硬化前に、樹脂混合物１２２内に強化繊維１１０を埋め込むことを含み得る。上述のように、強化繊維１１０は、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０を含有する樹脂混合物１２２で予含浸され得る。プリプレグ繊維１１０は、一方向性テープ、繊維織物、編み上げ繊維、又は他の繊維形態を含む様々な任意の繊維形態で配置され得る。代替的に、高分子ナノ粒子１５０を含有する樹脂混合物１２２は、任意の様々な樹脂注入処理を用いてドライ繊維１１０レイアップ内に注入され得る。
方法の工程３０８は、樹脂混合物１２２を硬化することを含み得る。幾つかの実施例で、複合材レイアップ１０２を固化して繊維体積率を向上させるために、並びに／又は揮発性物質及び／もしくはボイドを複合材レイアップ１０２から除去するために、硬化前又は硬化中に圧力が印加され得る。固化に続いて、樹脂混合物１２２を硬化又は固化して複合材構造体１００を形成するために、熱及び／又は圧力が加えられ得る。
図１２は、複合材構造体１００に印加される負荷に抵抗する方法４００の一又は複数の工程を示すフロー図である。本方法の工程４０２は、高い歪能力を有する高分子ナノ粒子１５０を含有する硬化された樹脂混合物１２２を有する複合材構造体１００に、負荷を印加することを含み得る。上述のように、歪能力の高い高分子ナノ粒子１５０の添加により、樹脂混合物１２２及び／又は複合材構造体１００のポアソン比に起因して収縮する能力を高めることによって樹脂１１８の性能が直接的に向上し得、これにより、樹脂の歪能力が高まり、従って複合材構造体１００の性能が向上し得る。有利には、歪能力の高い高分子ナノ粒子の添加により、ベースとなる樹脂１１８の化学構造を変更することが回避され、これにより耐溶剤性及びその他の特性を含む樹脂の特性が影響を受けない。
方法の工程４０４は、未修飾樹脂１１８の体積歪能力よりも高い樹脂混合物１２２の体積歪能力を用いて、複合材構造体１００に対する負荷に抵抗することを含み得る。一実施例で、方法は、複合材構造体１００の第１の軸又は第１の方向２０２に沿って負荷を印加すること、及び、未修飾の樹脂１１８を含有する複合材構造体１００の歪能力よりも高い硬化された樹脂混合物１２２の歪能力を用いて、負荷に抵抗することを含み得る。例えば、複合材構造体１００が単軸引張で負荷をかけられ得る。高分子ナノ粒子１５０の歪能力の結果、単軸引張負荷は、樹脂１１８を含有する複合材構造体１００の引張歪よりも大きい、第１の軸又は第１の方向２０２に沿った複合材構造体１００の引張歪を引き起こし得る。方法は更に、第１の方向２０２を横切る方向を向く、第２の軸又は第２の方向２０４に沿って、圧縮歪によって単軸引張荷重に抵抗することを含み得る。高分子ナノ粒子を含有する複合材構造体１００の第２の方向２０４に沿った圧縮歪は、未修飾の樹脂１１８を含有する複合材構造体１００の圧縮歪よりも大きくなり得る。
幾つかの実施例で、方法は、強化フィラメント１１２が互いに接触することを防ぎ繊維１２０（図４）の浸透性を制御するための離間材（スペーサ）として機能する、一又は複数の強化フィラメント１１２に、複数の高分子ナノ粒子２００を結合することを含み得る。高分子ナノ粒子２００は、強化フィラメント１１２が繊維形成装置（図示せず）から引かれている間、強化フィラメント１１２に塗布され得る。他の実施例で、高分子ナノ粒子２００は、繊維トウ１１０が、一方向性テープ、一方向性シート、繊維織物、編み上げ繊維、及び他の繊維形態へと形成される間、強化フィラメント１１２に塗布され得る。高分子ナノ粒子２００はまた、プリプレグ工程中に、一又は複数の強化フィラメント１１２に結合されるか又は塗布されてもよく、この場合、繊維トウ、一方向性テープ、繊維織物、編み上げ繊維、及び繊維形態に樹脂１１８が塗布され得る。
幾つかの実施例では、高分子ナノ粒子２００が強化フィラメント１１２に溶融（ｍｅｌｔ−ｆｕｓｅ）され得る。例えば、高分子ナノ粒子２００が熱可塑性材料で形成され、又は、高分子ナノ粒子２００が、コアを包囲する熱可塑性シースを各々が有する、コアシースナノ粒子（図示せず）として構成されてもよい。コアシースナノ粒子が強化フィラメント１１２と接触すると、強化フィラメント１１２及び／又は高分子ナノ粒子のシースは、コアシースナノ粒子の外部の強化フィラメント１１２に対する接合又は溶融が引き起こされる温度まで、加熱され得る。
本開示の例示的な実施形態は、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保守方法（図示せず）の内容に記述される。製造前の段階では、コンポーネントの製造及び／又は保守は、航空宇宙コンポーネントの仕様及び設計、並びに材料の調達を含み得る。製造段階では、航空宇宙コンポーネントのコンポーネント及びサブアセンブリの製造、並びにシステムインテグレーションが行われる。その後、航空機、宇宙性、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に供され得る。
１つの例では、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む。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る。任意の数の他のシステムが含まれ得る。航空宇宙産業の例を示したが、様々な例示的な実施形態は、自動車産業などの他の産業にも適用され得る。
本明細書で具現化されている装置及び方法は、航空宇宙コンポーネントの製造及び／又は保守方法の段階のうちの少なくとも１つにおいて採用されることがある。具体的には、複合材構造体１００（例えば、図１）、被覆、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段階のうちのいずれか１つにおいて製造されてもよい。例えば、限定しないが、複合材構造体は、コンポーネント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、定期的な製造及び保守、又は航空機の製造及び保守における他の何らかの段階のうちの少なくとも１つで製造され得る。更には、複合材構造体は、一又は複数の航空宇宙コンポーネントで使用され得る。例えば、複合材構造体は、航空機、宇宙船、衛星、又は他の航空宇宙コンポーネントの機体の構造、内装、又は他の部品に含まれ得る。
本開示の一態様によれば、樹脂、複数の高分子ナノ粒子、樹脂内に埋め込まれた複数の強化繊維を含有する複合材構造体が提供され、高分子ナノ粒子のうちの少なくとも幾つかは、下記の少なくとも１つ：高分子ナノ粒子のポリマー骨格の性質、樹脂の自由体積よりも大きいナノ粒子自由体積、及び、樹脂の空隙率よりも大きいナノ粒子空隙率に起因して、樹脂よりも高い歪能力を有する。有利には、複合材構造体は、その繊維が下記のうちの少なくとも１つの構成：繊維トウ、一方向性テープ、繊維織物、及び／又は編み上げ繊維を有する。有利には、高分子ナノ粒子は、体積比で樹脂混合物の１０パーセント以上を構成し、高分子ナノ粒子は、体積比で樹脂混合物の７５パーセントまでを構成する。
本開示の一態様によれば、組成物の形成方法が提供され、本方法は、樹脂を提供すること、及び、樹脂混合物を形成するために樹脂内に複数の高分子ナノ粒子を混合することを含み、高分子ナノ粒子の少なくとも幾つかは、下記の少なくとも１つ：高分子ナノ粒子のポリマー骨格の性質、樹脂の自由体積よりも大きいナノ粒子自由体積、及び、樹脂の空隙率よりも高いナノ粒子空隙率に起因して、樹脂よりも高い歪能力を有する。有利には、方法は更に、樹脂混合物の硬化前に、樹脂混合物内に強化繊維を少なくとも部分的に埋め込むことを含む。
本開示の一態様によれば、樹脂、複数の高分子ナノ粒子を含む組成物が提供され、高分子ナノ粒子の少なくとも幾つかは、下記の少なくとも１つ：高分子ナノ粒子のポリマー骨格の性質、樹脂の自由体積よりも大きいナノ粒子自由体積、及び、樹脂の空隙率よりも高いナノ粒子空隙率に起因して、樹脂よりも高い歪能力 を有する。有利には、組成物は、高分子ナノ粒子は、体積比で樹脂混合物の１０パーセント以上を構成し、高分子ナノ粒子は、体積比で樹脂混合物の７５パーセントまでを構成する。
本発明のさらなる修正及び改良は、当業者には明らかであろう。したがって、本明細書に記載され、示される部分の特定の組み合わせは、本開示のある特定の実施形態を表すことを意図するのみであり、本開示の精神及び範囲内にある代替的な実施形態又は装置を限定するものではない。
１００ 複合材構造体
１０２ 複合材レイアップ
１０４ 複合材プライ
１０６ 層間領域
１０８ 一方向プライ
１１０ 繊維トウ
１１２ 強化フィラメント
１１４ 樹脂混合物
１１６ 組成物
１１８ 樹脂
１２０ 強化フィラメント
１２２ 樹脂混合物
１２４ 樹脂混合物ひずみ
１５０ 高分子ナノ粒子
１５２ 粒子断面幅
１５４ ポリマー骨格
１５６ 自由体積の大きい高分子ナノ粒子
１５８ 多孔性高分子ナノ粒子
１６０ ナノ粒子ひずみ
１６２ 拡張
１６８ ２軸引張
１７０ ポア
２００ 高分子ナノ粒子
２０２ 第１の方向
２０４ 第２の方向
２０６ 第３の方向
２０８ 単軸引張負荷
２１０ 引張ひずみ
２１２、２１４ 圧縮ひずみ
３００、４００ 方法
１０２ 複合材レイアップ
１０４ 複合材プライ
１０６ 層間領域
１０８ 一方向プライ
１１０ 繊維トウ
１１２ 強化フィラメント
１１４ 樹脂混合物
１１６ 組成物
１１８ 樹脂
１２０ 強化フィラメント
１２２ 樹脂混合物
１２４ 樹脂混合物ひずみ
１５０ 高分子ナノ粒子
１５２ 粒子断面幅
１５４ ポリマー骨格
１５６ 自由体積の大きい高分子ナノ粒子
１５８ 多孔性高分子ナノ粒子
１６０ ナノ粒子ひずみ
１６２ 拡張
１６８ ２軸引張
１７０ ポア
２００ 高分子ナノ粒子
２０２ 第１の方向
２０４ 第２の方向
２０６ 第３の方向
２０８ 単軸引張負荷
２１０ 引張ひずみ
２１２、２１４ 圧縮ひずみ
３００、４００ 方法
Claims (15)
- 樹脂（１１８）、
複数の高分子ナノ粒子（１５０）、
前記樹脂と前記高分子ナノ粒子とを含む樹脂混合物（１２２）を含む組成物であって、
前記高分子ナノ粒子（１５０）の少なくとも幾つかが、
前記高分子ナノ粒子（１５０）のポリマー骨格の性質、
前記樹脂（１１８）の自由体積よりも大きいナノ粒子自由体積、及び
前記樹脂（１１８）の空隙率よりも高いナノ粒子空隙率
のうちの少なくとも１つに起因して、前記樹脂（１１８）よりも高い歪能力を有する、組成物。 - 前記高分子ナノ粒子（１５０）が概して球状である、請求項１に記載の組成物。
- 前記樹脂（１１８）は、硬化されると、前記高分子ナノ粒子（１５０）を含まない樹脂（１１８）の歪能力よりも高い、少なくとも１つの方向に沿った歪能力を有する、請求項１又は２に記載の組成物。
- 前記高分子ナノ粒子（１５０）の少なくとも幾つかが、ナノ粒子の全体積の５０パーセントよりも多くを占める単一の細孔（１７０）によって提供されるナノ粒子空隙率を有する、請求項１から３の何れか一項に記載の組成物。
- 前記高分子ナノ粒子（１５０）の少なくとも幾つかがナノ粒子自由体積を有し、前記高分子ナノ粒子の体積の９５パーセントまでが、非連結の固体であり、これにより、前記高分子ナノ粒子の自由体積膨張が可能となる、請求項１から４の何れか一項に記載の組成物。
- 前記高分子ナノ粒子（１５０）が、１０〜２００ナノメートルの粒子断面幅を有する、請求項１から５の何れか一項に記載の組成物。
- 前記高分子ナノ粒子（１５０）は、体積比で前記樹脂混合物（１２２）の１０パーセント以上を構成し、前記高分子ナノ粒子（１５０）は、体積比で前記樹脂（１１８）混合物の７５パーセントまでを構成する、請求項１から６の何れか一項に記載の組成物。
- 前記樹脂混合物（１２２）は、複合材構造体のコーティング、接着剤、射出成形用プラスチック、樹脂混合物のうちの少なくとも１つに含まれる、請求項１から７の何れか一項に記載の組成物。
- 前記樹脂（１１８）及び／又は前記高分子ナノ粒子（１５０）は、
熱可塑性材料、アクリル、フルオロカーボン、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、ベンゾオキサジン、ビスマレイミド、シアン酸エステル、ポリエステル、エポキシ、及びシルセスキオキサン
のうちの少なくとも１つで構成される、請求項１から８の何れか一項に記載の組成物。 - 前記高分子ナノ粒子（１５０）の少なくとも幾つかが、熱可塑性材料で形成され、且つ少なくとも部分的に前記樹脂（１１８）に可溶であり、
前記樹脂混合物（１２２）が、硬化されると、前記高分子ナノ粒子（１５０）を含まない硬化された樹脂（１１８）の靱性に対して増大した靱性を有する、請求項１から９の何れか一項に記載の組成物。 - 前記高分子ナノ粒子（１５０）が、
前記樹脂（１１８）と前記高分子ナノ粒子との間で負荷を伝達可能であるか、
少なくとも部分的に前記樹脂（１１８）に可溶であるかの何れかである、シース内に含有される、請求項１から１０の何れか一項に記載の組成物。 - 複合材構造体に印加される負荷に抵抗する方法であって、
複数の高分子ナノ粒子（１５０）を含む樹脂（１１８）を有する複合材構造体に負荷を印加するステップであって、前記高分子ナノ粒子（１５０）の少なくとも幾つかが、
前記高分子ナノ粒子（１５０）のポリマー骨格の性質、
前記樹脂（１１８）の自由体積よりも大きいナノ粒子自由体積、及び
前記樹脂（１１８）よりも高い空隙率であるナノ粒子空隙率
の少なくとも１つに起因して、前記樹脂（１１８）よりも高い歪能力を有する、ステップと、
前記高分子ナノ粒子を含まない樹脂（１１８）の体積歪能力よりも高い前記樹脂（１１８）の体積歪能力を用いて、前記負荷に抵抗するステップと
を含む方法。 - 前記負荷を印加するステップ及び前記負荷に抵抗するステップが、
前記複合材構造体の第１の軸に沿って前記負荷を印加すること、及び
前記高分子ナノ粒子（１５０）を含まない複合材構造体の歪能力よりも高い、硬化された前記樹脂（１１８）の前記第１の軸に沿った歪能力を用いて、前記負荷に抵抗すること
を含む、請求項１２に記載の方法。 - 前記負荷を印加するステップ及び前記負荷に抵抗するステップが、
前記第１の軸に沿って引張負荷を印加すること、及び
前記高分子ナノ粒子（１５０）を含まない複合材構造体の引張歪よりも大きい、前記第１の軸に沿った引張歪を用いて、前記負荷に抵抗することを含む、請求項１２又は１３に記載の方法。 - 前記複合材構造体が前記第１の軸に直角方向の第２の軸を有し、前記負荷に抵抗するステップが更に、
前記高分子ナノ粒子（１５０）を含まない複合材構造体の圧縮歪よりも大きい、前記第２の軸に沿った圧縮歪を用いて、前記負荷に抵抗することを含む、請求項１４に記載の方法。
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