JP2022541405A - 炭素繊維－金属および他の複合材料の組成物並びに方法 - Google Patents

Abstract

本開示は、概して炭素繊維－金属複合材料を含む複合材料のシステムおよび方法に関する。場合によっては、複合材料は、複数の整列した繊維を挟んで、金属または他の基材の１つ、２つ、またはそれ以上の層から形成され得る。繊維は実質的に整列していてもよく、複合材料内に比較的高密度で存在していてもよい。複合材料は、いくつかの態様では、繊維間の静電相互作用を中和することによって繊維を分散させることにより、例えば、繊維間で通常発生する静電相互作用を中和できる繊維を含む水性液体を使用して調製できる。場合によっては、繊維はせん断流および／または磁性などの技術を用いて整列することができる。他の態様は、概してこうした複合材料、こうした複合材料を含むキットなどの使用方法に関する。【選択図】図３

Description

関連出願
この出願は、２０１９年７月１０日に出願された「短繊維フィルムおよびその他の複合材料のシステムおよび方法」という表題の米国仮特許出願シリアル番号６２／８７２，６８６および２０１９年１１月２０日に出願された「熱硬化性樹脂を含む複合材料の形成方法とシステム」という表題の米国仮特許出願シリアル番号６２／９３８，２６５の利益を主張する。これらはそれぞれ参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本開示は、概して炭素繊維－金属複合材料を含む複合材料のシステムおよび方法に関する。

コールドスタンピングは、平坦な板金を雌雄のダイセット間の３次元ブラケット、パネル、および部品に一致させるために用いられる工程である。ダイセットを閉じることで、板金をダイの特徴に一致させるために強制的に曲げたり伸ばしたりする。この工程を用いて、板金を切断することもできる。コールドスタンピングは、マスマーケット車両用のフレームおよびクロージャー部品の高速生産で多用されている。コールドスタンピングは、加熱スタンピング、機械加工、または鋳造に比べてエネルギー消費量が比較的少ないため、高速生産に有効である。

自動車業界が政府の法律や顧客の需要を満たすために、より燃料効率の高い車両を提供しようとしているため、従来の軟性で高強度の低合金（ＨＳＬＡ）鋼が高強度鋼（ＨＳＳ）やアルミニウム合金に置き換えられている。ＨＳＳ合金とアルミニウム合金はどちらも、より薄い部品と低密度の組み合わせによって、より軽量な構造が可能になる。密度がほぼ３分の１であるため、鋼よりも多くのアルミニウム合金を使用することに重点が置かれている。

５０００系アルミニウム合金は、ほとんどのコールドスタンピング法に適合する。このことで、これらの低強度のアルミニウム合金グレードを自動車のクロージャー用途に採用することが可能になった。フレームとクロージャー部品の重量をさらに減らすために、より強力な６０００系および７０００系のアルミニウム合金に対する需要がある。より強力な６０００系および７０００系のアルミニウム合金は成形性が制限されており、これらのアルミニウム合金をコールドスタンプすると、コールドスタンピング工程中に部品が破損したり割れたりする。６０００系および７０００系のアルミニウム合金シートを効果的にコールドスタンプする能力は見当たらない。

主要な変形タイプが伸張である場合にのみ、厚さが増すにつれて板金の成形性がより高いことが理解される。伸張は、コールドスタンピング工程で一般的に使用されるＨＳＬＡ並びに軟鋼および低強度アルミニウム合金の主なタイプの変形として観察される。変形の主なタイプが主として曲げである場合、板の成形性は厚さが増すにつれて低下する。コールドスタンピング中の６０００系および７０００系アルミニウムにおける主要なタイプの変形として曲げが観察される。

より薄い６０００系および７０００系板は、より厚い板よりもコールドスタンプ能力が高いが、同じ材料のより厚い板よりも機械的特性（曲げ剛性や穿孔エネルギーなど）が低い。より厚い板金の機械的特性を保持しているが、より薄い板金の高い成形性を活用する能力は、市販されている材料には欠けている。

本開示は、概して炭素繊維－金属複合材料を含む複合材料のシステムおよび方法に関する。本開示の主題は、場合によっては、相互に関連する製品、特定の問題に対する代替の解決策、および／または１つまたは複数のシステムおよび／または物品の複数の異なる使用を含む。

本明細書で検討される一態様は、概して第１の実質的に金属層および第２の実質的に金属層、並びに前記第１および第２の金属層の間に配置されたコア層を含むことを対象とする。場合によっては、前記コア層が、前記複合材料内で５体積％～９１体積％の繊維体積分率、または本明細書に記載されているような他の百分率で実質的に横方向に整列した複数の不連続繊維を含む。

別の態様は、概して第１の層および第２の層、並びに前記第１および第２の層の間に配置されたコア層を含む複合材料に関する。特定の実施形態では、前記コア層が、前記複合材料内で、例えば５体積％～９１体積％の繊維体積分率、または本明細書中に記載されているような他の百分率で実質的に横方向に整列した複数の不連続繊維を含む。

さらに別の態様は、概して層と、該層に対して実質的に横方向に整列した複数の不連続繊維とを含む複合材料に関する。ある例では、前記複数の不連続繊維が、前記複合材料内に５体積％～９１体積％の繊維体積分率、または本明細書中に記載されているような他の百分率で存在する。

さらに別の態様は、概して液体を第１の層に適用するステップであって、前記液体は、複数の不連続繊維を含み、剪断流を介して、前記複数の不連続繊維の少なくとも一部の整列を引き起こすステップと、前記液体に磁場を印加して、前記複数の不連続繊維の少なくとも一部の整列を引き起こすステップと、前記複数の不連続繊維に第２の層を適用するステップと、前記第１および第２層に熱および／または圧力を加えて複合材料を形成するステップと、を含む方法を対象とする。

別の態様は、液体を層に適用するステップであって、前記液体が、複数の不連続繊維を含み、剪断流を介して、前記複数の不連続繊維の少なくとも一部の整列を引き起こすステップと、前記液体に磁場を印加して、前記複数の不連続繊維の少なくとも一部の整列を引き起こすステップと、前記層に熱および／または圧力を加えて複合材料を形成するステップと、を含む方法を対象とする。

別の態様では、本開示は、本明細書に記載の実施形態のうちの１つまたは複数を作製する方法を包含する。さらに別の態様では、本開示は、本明細書に記載の実施形態の１つまたは複数の使用方法を包含する。

本開示の他の利点および新規の特徴は、添付の図と併せて検討すると、本開示のさまざまな非限定的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本開示の非限定的な実施形態は、例示として添付の図を参照して説明されるが、これら概略的であり、縮尺通りに描かれることを意図したものではない。
図では、図示されている各同一またはほぼ同一の構成要素は、通常、単一の数字で表される。明確にするために、すべての構成要素がすべての図で名前が付けられているわけではなく、また、当業者が本開示を理解できるようにするのに図解が必要でない場合、本開示の各実施形態のすべての構成要素が示されているわけでもない。
図中：

図１は、一実施形態における、実質的に横方向に整列した炭素繊維を有する基材を示している。 図２は、別の実施形態における、部分的に整列した炭素繊維を有する基材を示している。 図３は、本発明の一実施形態に従って調製された材料と対照材料との比較を示している。 図４は、本発明の特定の実施形態に従うものを含む、さまざまな材料の重量およびコストを示している。

本開示は、概して炭素繊維－金属複合材料を含む複合材料のシステムおよび方法に関する。場合によっては、複合材料は、複数の整列した繊維を挟んで、金属または他の基材の１つ、２つ、またはそれ以上の層から形成され得る。繊維は実質的に整列していてもよく、複合材料内に比較的高密度で存在していてもよい。複合材料は、いくつかの態様では、繊維間の静電相互作用を中和することにより繊維を分散させることによって、例えば、繊維間で通常発生する静電相互作用を中和できる繊維を含む水性液体を使用して調製できる。場合によっては、せん断流および／または磁性などの技術を用いて繊維を整列することができる。他の態様は、概してこうした複合材料、こうした複合材料を含むキットなどの使用方法を対象とする。

特定の態様は、通常さまざまな用途で使用するための複合材料を対象にしており、例えば、比較的高い機械的特性を必要とする。場合によっては、複合材料は、例えば、金属、木材、セラミック、ポリマーなどからなる１つ、２つ、３つ、またはそれ以上の層を含み、他の層、例えばコア層、を含むもしくは挟む層を含み得る。場合によっては、コア層は、炭素または他の種類の繊維を含み得る短い繊維（例えば、長さが５ｍｍ未満）を含み得る。場合によっては、繊維は複合材料内で配向または整列していてもよい。例えば、一部の例では、繊維は層に対して実質的に直交して配向または整列していてもよく、特定の実施形態において、こうした繊維を使用して、複合材料のＺ軸の機械的特性を強化することができる。

いくつかの実施形態では、複合材料は、コア層または材料を取り囲む２つの層を含み得、例えば「サンドイッチ」構造を形成する。従って、サンドイッチ複合材料は、２つの外皮材料の間に含まれるコア材料を含み得る。例としては、金属、木材、複合材料、セラミック、天然、または複合外皮材料が挙げられる。コア材料は低剛性材料であり得るが、複合材料全体に厚みを与えることができる。２つの外皮層間の隙間が増えると、いくつかの実施形態では、慣性モーメントが大きくなり得、このことで、複合材料の剛性が高くなり得る。外皮と比較して低密度のコア材料もまた、特定の実施形態において、構造の全体的な重量を低減できる。いくつかの実施形態において、コアとして異なる材料を含めて用いると、例えば、穿刺、振動、熱、放電などを抑制することもできる。他の特性としては、本明細書でより詳細に検討されているものが挙げられる。

特定の実施形態では、複合材料は、ポリマーマトリックスに埋め込まれた横方向に配向した炭素繊維を含む「コア」または中間層を含み得る。この複合材の全厚は、１ミリメートル未満であってよく、または本明細書に記載されているような他の寸法を有していてもよい。場合によっては、例えば、複数の層を統合して、より厚い厚さを実現できる。特定の実施形態では、コア層は、例えば、本明細書に記載されるように、横方向に高い炭素繊維の剛性を提供できる。この材料はまた、場合によっては、例えば、マトリックスポリマーが液体またはゲル状の時に、マトリックスポリマーの変位を防ぐことができる。

コア層は、例えば、板金または本明細書に記載の他の材料を含む２つの層間を接合してサンドイッチ複合材料構造、（例えば、Ａ/Ｂ/Ａ構造）を作成することができる。しかしながら、層は異なる組成、寸法などを有してもよく、場合によっては（例えば、Ａ／Ｂ／Ｃ構造を形成する）。さらに、いくつかの実施形態では、横方向炭素繊維複合材料を片面構造（例えば、Ａ／Ｂ構造）または複数の層（例えば、Ａ／Ｂ／Ａ／Ｂ／Ａ、Ａ／Ｂ／Ａ／Ｂなど）に組み込むことができる。さらに他の実施形態は、本明細書に記載されるもののいずれかを含み得る。

特定の実施形態では、横方向炭素繊維コアを使用して、高い横方向剛性を提供でき、これにより、より良好な相対曲げ剛性が得られ、例えば、ＨＳＳおよび先進ＨＳＳおよび超ＨＳＳ、並びに６０００系および７０００系アルミニウム合金などのさまざまな金属の冷間成形が可能になる。こうした材料によって自動車、または本明細書で検討されているもののいずれかを含む他の用途の軽量化が可能になり得る。

場合によっては、コア層は、複合材料内で配向または整列した炭素または他の種類の繊維を含み得る。さまざまな方法を使用して、こうした層、場合によっては、例えば、繊維の分散または整列を維持しながら層が高い繊維体積含有量を有するような層を生成できる。いくつかの実施形態では、繊維は比較的短くてもよく、炭素または他の材料を含み得る。場合によっては、繊維はポリマー樹脂または他のスラリーに均一に分散されていてもよい。短繊維は、凝集を促進する高い静電相互作用を有する可能性があり、ポリマー樹脂が高粘度であると、より高い繊維体積での着実な分散を妨げ得る。従って、これらの加工欠陥によって、複合材料において一貫性のない繊維補強と樹脂含有量の勾配を引き起こす可能性があり、複合材料の性能を大幅に低下させる可能性がある。従って、本明細書で検討される特定の実施形態は、これらの制限を克服できる。らに、いくつかの実施形態は、通常高い繊維体積含有量を維持する整列した繊維を対象としている。短繊維を分散させる問題はさておき、従来技術の方法は、繊維の破損の問題を引き起こす恐れのある、繊維の体積分率が低い、整列が不十分である、または繊維の全長が長いなどの問題に取り組んでいる。

一例として、場合によっては、複合材料は、例えば水性スラリーを使用して、繊維間の静電相互作用を中和することによって調製できる。場合によっては、十分に分散された繊維を含むスラリーを、熱可塑性フィルムなどの基材上に計量できる。計量中、繊維の整列は、例えば、剪断流および／または磁気整列を使用することによって制御できる。これは、例えば、ロールツーロール製造法で実施できる。

例えば、一組の実施形態において、適当な繊維を含む水性液体は、例えば、コーティングとして、基材に適用できる。上記のように、液体を選択して繊維間で通常発生する静電相互作用を中和できる。基材は、例えば、熱可塑性フィルム、または本明細書で検討されるような他の材料であってよい。繊維は、炭素繊維および／または他の繊維を含み得る。次に、例えば、磁場および／または剪断力を加えることによって、例えば、基材に適用される液体に適当な流体を適用することによって、繊維が整列する。整列後、最終的な複合材料は、例えば、熱（例えば、蒸発によって液体を除去するため）および／または圧力（例えば、繊維を基材に埋め込むため）を加え、任意選択で硬化できる熱硬化性層を導入することによって形成できる。

上記の検討は、特定の種類の複合材料を製造するために用いることができる一実施形態の非限定的な例である。ただし、他の実施形態も可能である。従って、より一般的には、さまざまな態様は、サンドイッチまたは他の層状複合材料を含むがこれらに限定されない、さまざまな複合材料および材料を製造するためのさまざまなシステムおよび方法を対象としている。

例えば、特定の態様は通常短繊維フィルムやその他の複合材料を対象としている。場合によっては、こうした複合材料は、基材と、該複合材料またはその少なくとも一部に含まれるもしくは埋め込まれた複数の不連続または短繊維を含み得る。場合によっては、複数の繊維が複合材料内で実質的に整列または配向している。

例えば、いくつかの実施形態では、複合材料は、本明細書に開示されるような１つまたは複数の基材または層、および例えば本明細書で検討されるように整列した不連続繊維の１つまたは複数の層を含み得る。例えば、場合によっては、複合材料は、例えば、本明細書に記載されるもののいずれかを含む、金属、木材、セラミック、ポリマーなどの基材または層、および複数の不連続繊維（いくつかの実施形態では、実質的に横方向に整列していてもよい）を含み得る。複合材料には、複数のこうした層が存在し得る。例えば、一実施形態では、複合材料は、２つの層の間に不連続繊維のコア層が「挟まれた」該２つの層を含み得、例えば、Ａ／Ｂ／Ａ構造を形成する。不連続繊維は、例えば、本明細書で検討されるように、実質的に横方向に整列していてもよい。２つの層は、同じであっても異なっていてもよい（例えば、Ａ／Ｂ／Ｃ構造の場合のように）。層は、例えば、本明細書に記載されているもののいずれかを含む、例えば金属、木材、セラミック、ポリマーなどを含み得る。非限定的な例として、一実施形態では、複合材料は、金属層に対して実質的に横方向に整列した複数の不連続繊維を挟む２つの実質的に金属層を含み得る。

しかしながら、他の実施形態では、他の層数が存在し得ることを理解されたい。例えば、複合材料は、金属、木材、セラミック、ポリマーなどを含む３、４、５層以上、および／または不連続繊維の２、３、４、５層などを含み得る。これらの層の一部またはすべては、実質的に横方向に整列している不連続繊維を含み得る。例えば、一実施形態では、複合材料は、不連続繊維の２つの層を含むもしくは挟む、例えば、金属、木材、セラミック、ポリマーなどの３つの層を含み得る。材料の層と不連続繊維は同じであってよく、例えば、Ａ／Ｂ／Ａ／Ｂ、Ａ／Ｂ／Ａ／Ｂ／Ａ、Ａ／Ｂ／Ａ／Ｂ／Ａ／Ｂ、Ａ／Ｂ／Ａ／Ｂ／Ａ／Ｂ／Ａなどの構造を形成し、またはこれらの１つまたは複数層が異なる場合がある（例えば、Ａ／Ｂ／Ｃ／Ｂ構造のように）。これらのパターン、または他のパターンは、さらに他の実施形態において拡張できる。

基材にはさまざまな材料を使用できる。例えば、複合材料内の１つまたは複数の層は、例えば、以下でより詳細に検討されるように、ポリマー、複合材料、金属、木材、セラミックなどを含む複数の層または複数の基材を含み得る。さらに、場合によっては、複合材料内の基材または層は、これらの材料、および／または他の材料のうちの２つ以上を含む。例えば、基材または層は、複数のポリマー、複合材料、金属、木材、セラミックなどを含み得る。基材または層は、材料の固体シート（例えば、板金）であり得るか、または本明細書で検討されるような連続繊維から形成され得る。他の構造も可能である。

場合によっては、複合材料を別の複合材料層と統合して、複合材料構造を形成できる。複合材料中に複数の基材が存在する場合、基材は独立して同じまたは異なっていてもよく、例えば、第１の層および第２の層が、実質的に同じ組成、またはいくつかの実施形態では異なる組成を有する。１、２、３、４、５、または他の適当な数の基材が存在し得る。

例えば、一組の実施形態では、複合材料内の材料の層または基材は、金属を含み得る。場合によっては、層の少なくとも５０重量%、少なくとも６０重量%、少なくとも７０重量%、少なくとも７５重量%、少なくとも８０重量%、少なくとも８５重量%、少なくとも９０重量%、または少なくとも９５重量%が金属を含み得る。場合によっては、層は実質的に金属性であってよい。いくつかの実施形態では、基材（不連続繊維を含まない）の少なくとも５体積%、少なくとも１０体積%、少なくとも体積１５％、少なくとも２０体積%、少なくとも２５体積%、少なくとも３０体積%、少なくとも４０体積%、少なくとも５０体積%、少なくとも７０体積%、少なくとも８０体積%、少なくとも９０体積%、少なくとも９５体積%、少なくとも９７体積%、または少なくとも９９体積%が金属であってよい。

存在し得る金属の例としては、鋼、アルミニウム、鉄、チタンなどが挙げられるが、これらに限定されない。例えば、層は、少なくとも５０重量%、少なくとも６０重量%、少なくとも７０重量%、少なくとも８０重量%の金属、例えば鋼、アルミニウム、鉄、チタンなどを含み得る。場合によっては、例えば、これらの金属および／または他の金属のいずれかを含む金属合金などのように、複数の金属が層に存在し得る。例えば、合金は、鋼、アルミニウム、鉄、チタンなどの合金であってよい。使用できるアルミニウム合金の非限定的な例としては、１０００系、２０００系、３０００系、４０００系、５０００系、６０００系、７０００系、または８０００系アルミニウム合金が挙げられる。

別の一組の実施形態では、層または基材は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂などのポリマーを含む。場合によっては、基材は本質的にポリマーからなる。場合によっては、層の少なくとも５０重量%、少なくとも６０重量%、少なくとも７０重量%、少なくとも７５重量%、少なくとも８０重量%、少なくとも８５重量%、少なくとも９０重量%、または少なくとも９５重量%がポリマーを含み得る。場合によっては、層は実質的にポリマーであってよい。いくつかの実施形態では、基材（不連続繊維を含まない）の少なくとも５体積%、少なくとも１０体積%、少なくとも１５体積%、少なくとも２０体積%、少なくとも２５体積%、少なくとも３０体積%、少なくとも４０体積%、少なくとも５０体積%、少なくとも７０体積%、少なくとも８０体積%、少なくとも９０体積%、少なくとも９５体積%、少なくとも９７体積%、または少なくとも９９体積%はポリマーであってよい。

基材は、以下のポリマーを含む1つまたは複数のポリマーを含み得、これらのポリマーに加えて、またはこれらのポリマーの代わりに他のポリマーを含み得る。基材に適したポリマーの例としては、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ)、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアミド１２（ＰＡ１２）、ポリアミド１１（ＰＡ１１）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６．６（ＰＡ６．６）、ポリアミド６．６／６（ＰＡ６．６／６）、アモルファスポリアミド（ＰＡ６－３－Ｔ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリフェニルエーテル（ＰＰＥ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、アクリロニトリルスチレンアクリレート（ＡＳＡ）、スチレンアクリロニトリル（ＳＡＮ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ－パラ－フェニレン－コポリマー（ＰＰＰ）、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンイミン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、および／またはポリメチルペンテン（ＰＭＰ）が挙げられるがこれらに限定されない。

特定の実施形態では、層または基材はセラミックを含み得る。場合によっては、基材は本質的にセラミックからなる。場合によっては、層の少なくとも５０重量%、少なくとも６０重量%、少なくとも７０重量%、少なくとも７５重量%、少なくとも８０重量%、少なくとも８５重量%、少なくとも９０重量%、または少なくとも９５重量%がセラミックを含み得る。場合によっては、層は実質的にセラミックであってよい。いくつかの実施形態では、基材（不連続繊維を含まない）の少なくとも５体積%、少なくとも１０体積%、少なくとも１５体積%、少なくとも２０体積%、少なくとも２５体積%、少なくとも３０体積%、少なくとも４０体積%、少なくとも５０体積%、少なくとも７０体積%、少なくとも８０体積%、少なくとも９０体積%、少なくとも９５体積%、少なくとも９７体積%、または少なくとも９９体積%はセラミックであってよい。

セラミックの非限定的な例としては、シロキサン、シラザン、カルボシランなどが挙げられるが、これらに限定されない。場合によっては、セラミックはケイ素含有セラミックである。セラミックの他の例としては、アルミナ、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ジルコニア、ムライト、二ホウ化ハフニウム、二ホウ化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、炭化チタン、窒化チタン、二酸化トリウム、炭化タンタルが挙げられるが、これらに限定されない。

特定の実施形態は、通常連続繊維から形成された基材を含み、複数の不連続繊維を含有する複合材料を対象としている。繊維は、例えば、ポリマー、金属、木材、セラミックなどを含む１つまたは複数の層を含み得る。連続繊維は、通常平均して不連続繊維の断面寸法よりも実質的に長い長さを有する。例えば、連続繊維は、不連続繊維の断面寸法の１０倍を超える、３０倍を超える、５０倍を超える、１００倍を超える、３００倍を超える、５００倍を超える、または１，０００倍を超える平均長さを有し得る。いくつかの実施形態では、連続繊維は、少なくとも３、少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも３０、少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも３００、少なくとも５００、少なくとも１，０００などの平均アスペクト比（例えば、直径に対する長さまたは平均断面寸法）を有する。さらに、特定の場合において、連続繊維は、少なくとも５ｍｍ、少なくとも１ｃｍ、少なくとも３ｃｍ、少なくとも５ｃｍまたは少なくとも１０ｃｍの平均長さを有し得る。場合によっては、より長い平均長も可能である。

連続繊維は一緒に織られても（例えば、双方向、多方向、準等方性など）、および／または不織であってもよい（例えば、一方向、ベール、マットなど)。特定の実施形態では、連続繊維の他の構成も可能であるが、連続繊維の少なくとも一部は実質的に互いに平行に、および／または直交して配向されている。特定の実施形態では、連続繊維は、布または他の基材、例えば、テキスタイル、トウ、フィラメント、糸、ストランドなどを一緒に規定できる。場合によっては、基材は、他の直交寸法よりも実質的に小さい１つの直交寸法を有し得る(すなわち、基材は、厚さを有し得る）。

基材を形成する連続繊維は、多種多様な材料のいずれかを含むことができ、１種または複数種の繊維が基材内に存在し得る。非限定的な例としては、炭素、玄武岩、炭化ケイ素、アラミド、ジルコニア、ナイロン、ホウ素、アルミナ、シリカ、ホウケイ酸塩、ムライト、綿、または他の任意の天然または合成繊維が挙げられる。

連続繊維は、任意の適当な平均直径を有し得る。例えば、連続繊維は、少なくとも１０マイクロメートル、少なくとも２０マイクロメートル、少なくとも３０マイクロメートル、少なくとも５０マイクロメートル、少なくとも１００マイクロメートル、少なくとも２００マイクロメートル、少なくとも３００マイクロメートル、少なくとも５００マイクロメートル、少なくとも１ｍｍ、少なくとも２ｍｍ、少なくとも３ｍｍ、少なくとも５ｍｍ、少なくとも１ｃｍ、少なくとも２ｃｍ、少なくとも３ｃｍ、少なくとも５ｃｍ、少なくとも１０ｃｍなどの平均直径を有し得る。特定の実施形態では、連続繊維は、１０ｃｍ以下、５ｃｍ以下、３ｃｍ以下、２ｃｍ以下、１ｃｍ以下、５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１ｍｍ以下、５００マイクロメートル以下、３００マイクロメートル以下、２００マイクロメートル以下、１００マイクロメートル以下、５０マイクロメートル以下、３０マイクロメートル以下、２０マイクロメートル以下、１０マイクロメートル以下などの平均直径を有し得る。これらのいずれかの組み合わせも可能である。例えば、連続繊維は、１０マイクロメートル～１００マイクロメートル、５０マイクロメートル～５００マイクロメートル、１００マイクロメートル～５ｍｍなどの平均直径を有し得る。

連続繊維はまた、任意の適当な平均長さを有し得る。例えば、連続繊維は、少なくとも約０．５ｃｍ、少なくとも１ｃｍ、少なくとも２ｃｍ、少なくとも３ｃｍ、少なくとも５ｃｍ、少なくとも１０ｃｍなどの平均長さを有し得る。特定の実施形態では、連続繊維は、１０ｃｍ以下、５ｃｍ以下、３ｃｍ以下、２ｃｍ以下、１ｃｍ以下、０．５ｃｍ以下などの平均直径を有し得る。これらのいずれかの組み合わせも可能である。例えば、連続繊維は、１ｃｍ～１０ｃｍ、１０ｃｍ～１００ｃｍなどの平均長さを有し得る。

場合によっては、連続繊維が複合材料の比較的大きな部分を構成し得る。例えば、特定の実施形態では、連続繊維は、複合材料の質量の少なくとも１％、少なくとも２％、少なくとも３％、少なくとも４％、少なくとも５％、少なくとも７％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも３５％、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、または少なくとも９７％を構成し得る。場合によっては、連続繊維は、複合材料の質量の９７％以下、９５％以下、９３％以下、９１％以下、９０％以下、８５％以下、８０％以下、７０％以下、６０％以下、５０％以下、４０％以下、３０％以下、２０％以下、または１０％以下を構成し得る。これらのいずれかの組み合わせも可能である。

いくつかの実施形態では、層または基材は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、および／またはビトリマーなどの材料を含む。層または基材結合剤に存在し得る材料の追加の非限定的な例としては、エポキシ、ポリエステル、ビニルエステル、ポリエチレンイミン、ポリエーテルケトンケトン、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリ（メチルメタクリレート）ポリプロピレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、シリコーンゴム、ポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴム、またはプレセラミックモノマー、シロキサン、シラザン、またはカルボシランが挙げられる。場合によっては、層または基材は、イミン結合オリゴマーおよび反応性部分を含む独立した架橋剤から調製された共有結合ネットワークポリマーを含み得る。反応性部分の非限定的な例としては、エポキシ、イソシアネート、ビスマレイミド、スルフィド、ポリウレタン、無水物、および／またはポリエステルが挙げられる。ビトリマーの例としては、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルに基づくエポキシ樹脂、芳香族ポリエステル、ポリ乳酸（ポリラクチド）、ポリヒドロキシウレタン、クエン酸を含むエポキシ化大豆油、ポリブタジエンなどが挙げられるが、これらに限定されない。

さらに、他の実施形態では、上記のように、複合材料内の基材または層は、これらの材料、および／または他の材料のうちの２つ以上を含み得る。例えば、基材または層は、複数のポリマー、複合材料、金属、木材、セラミックなどを含み得る。複合材料内に２つ以上の基材または層が存在する場合、これらは独立して同じでも異なっていてもよい。

複合材料はまた、いくつかの態様では、１つまたは複数の不連続繊維を含み得る。これらは、複合材料のどこにでも存在し得、例えば、基材内、またはその少なくとも一部に含まれるもしくは、埋め込まれ得る。場合によっては、不連続繊維は、複合材料内で実質的に整列していてもよく、例えば、複合材料内で層を形成する。場合によっては、基材の少なくとも５０体積%、少なくとも７０体積%、少なくとも８０体積%、少なくとも９０体積%、少なくとも９５体積％、少なくとも９７体積％、または少なくとも９９体積%が不連続繊維を含み得る。

不連続繊維には、多種多様な材料のいずれかが形成されていても、または含まれていてもよく、１種または複数種の材料が存在し得る。例えば、不連続繊維は、材料、例えば炭素（例えば、炭素繊維）、玄武岩、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アラミド、ジルコニア、ナイロン、ホウ素、アルミナ、シリカ、ホウケイ酸塩、ムライト、窒化物、窒化ホウ素、グラファイト、ガラス、ポリマー（本明細書に記載されているもののいずれかを含む）など、を含み得る。不連続繊維は、任意の天然および／または任意の合成材料を含み得、磁性および／または非磁性であり得る。

いくつかの実施形態では、不連続繊維は、複合材料内で少なくとも実質的に整列していてもよい。不連続繊維を整列させるための方法は、本明細書でより詳細に検討されている。さまざまな配列が可能であり、場合によっては、例えば、光学的または微視的に決定することができる。従って、場合によっては、配列は定性的に決定することができる。ただし、整列は完全である必要はないことを理解すべきである。場合によっては、複合材料内の繊維の少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも２５％、少なくとも５０％、少なくとも７５％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、または少なくとも９５％が複数の繊維、例えば、複合材料の試料内の平均整列から２０°以内、１５°以内、１０°以内、または５°以内の整列を示し得る。場合によっては、繊維の平均的な整列は、その位置での基材の平面に対して少なくとも６０°、少なくとも６５°、少なくとも７０°、少なくとも７５°、少なくとも８５°、または少なくとも８７°になるように配向していてもよい。

いかなる理論にも拘束されることを望まないが、基材に実質的に直交する不連続繊維が整列することで、基材の補強を提供するのに役立ち得ると考えられている。これは、例えば、異なる方向の力を受けた場合に、基材の強度を改善し得る。例えば、基材内の繊維は、３次元で実質的に直交する方向に走り得、それにより、加えられる力の方向に関係なく、基材に強度を提供する。繊維はまた、例えば、層間微小亀裂、プライ貫通方向の割れ目などを伴う、表面の劣化を制限し得る。さらに、いくつかの実施形態では、繊維は、その機械的特性に加えて、またはその代わりに、基材の他の特性、例えば、複合材料内の電気的および／または熱的特性を高め得る。

他の人々が基材に繊維を詰めることを提案しているが、例えば、繊維の凝集を引き起こすより高い静電相互作用、および／または一貫した分散を妨げ得るポリマー樹脂のより高い粘度のために、高体積繊維分率が以前は達成不可能であったと考えられている。従って、特定の実施形態は、概して少なくとも４０体積％の繊維、少なくとも４５体積%の繊維、少なくとも５０体積%の繊維、少なくとも５５体積%の繊維、少なくとも６０体積％の繊維、少なくとも６５体積％の繊維、少なくとも７０体積％の繊維などの（例えば、本明細書で検討されるような実質的に整列した繊維の）繊維体積分率を対象としている。

以下でより詳細に検討されるように、磁場、剪断流などを含むさまざまな実施形態において、さまざまな技術を用いて不連続繊維を整列させることができる。非限定的な例として、本明細書で検討されるものを含む磁性粒子は繊維に付着することができ、次に磁場を使用して磁性粒子を操作することができる。例えば、磁場を使用して、磁性粒子を基材内に移動させ、および／または基材内の不連続繊維を整列させることができる。磁場は、例えば、本明細書で検討されるように、一定または時変（例えば、振動）であってよい。例えば、印加される磁場は、１Ｈｚ～５００Ｈｚの周波数および０．０１Ｔ～１０Ｔの振幅を有し得る。磁場の他の例は、以下でより詳細に説明される。

場合によっては、不連続繊維は、少なくとも１ｎｍ、少なくとも３ｎｍ、少なくとも５ｎｍ、少なくとも１０ｎｍ、少なくとも３０ｎｍ、少なくとも５０ｎｍ、少なくとも１００ｎｍ、少なくとも３００ｎｍ、少なくとも５００ｎｍ、少なくとも１マイクロメートル、少なくとも３マイクロメートル、少なくとも５マイクロメートル、少なくとも１０マイクロメートル、少なくとも２０マイクロメートル、少なくとも３０マイクロメートル、少なくとも５０マイクロメートル、少なくとも１００マイクロメートル、少なくとも２００マイクロメートル、少なくとも３００マイクロメートル、少なくとも５００マイクロメートル、少なくとも１ｍｍ、少なくとも２ｍｍ、少なくとも３ｍｍ、少なくとも５ｍｍ、少なくとも１０ｍｍ、少なくとも１５ｍｍなどの平均長さまたは特性寸法を有し得る。特定の実施形態では、不連続繊維は、５ｃｍ以下、３ｃｍ以下、２ｃｍ以下、１．５ｃｍ以下、１ｃｍ以下、５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１ｍｍ以下、５００マイクロメートル以下、３００マイクロメートル以下、２００マイクロメートル以下、１００マイクロメートル以下、５０マイクロメートル以下、３０マイクロメートル以下、２０マイクロメートル以下、１０マイクロメートル以下、５マイクロメートル以下、３マイクロメートル以下、１マイクロメートル以下、５００ｎｍ以下、３００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、５ｎｍ以下などの平均長さまたは特性寸法を有し得る。これらのいずれかの組み合わせも可能である。例えば、複合材料内の不連続繊維は、１ｍｍ～５ｍｍの平均長さを有し得る。

さらに、不連続繊維はまた、任意の適当な平均直径を有し得る。例えば、不連続繊維は、少なくとも１０マイクロメートル、少なくとも２０マイクロメートル、少なくとも３０マイクロメートル、少なくとも５０マイクロメートル、少なくとも１００マイクロメートル、少なくとも２００マイクロメートル、少なくとも３００マイクロメートル、少なくとも５００マイクロメートル、少なくとも１ｍｍ、少なくとも２ｍｍ、少なくとも３ｍｍ、少なくとも５ｍｍ、少なくとも１ｃｍ、少なくとも２ｃｍ、少なくとも３ｃｍ、少なくとも５ｃｍ、少なくとも１０ｃｍなどの平均直径を有し得る。特定の実施形態では、不連続繊維は、１０ｃｍ以下、５ｃｍ以下、３ｃｍ以下、２ｃｍ以下、１ｃｍ以下、５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１ｍｍ以下、５００マイクロメートル以下、３００マイクロメートル以下、２００マイクロメートル以下、１００マイクロメートル以下、５０マイクロメートル以下、３０マイクロメートル以下、２０マイクロメートル以下、１０マイクロメートル以下などの平均直径を有し得る。これらのいずれかの組み合わせも可能である。例えば、不連続繊維は、１０マイクロメートル～１００マイクロメートル、５０マイクロメートル～５００マイクロメートル、１００マイクロメートル～５ｍｍなどの平均直径を有し得る。

特定の実施形態では、不連続繊維は、平均して、その厚さまたは直径の少なくとも１０倍または少なくとも５０倍の長さを有し得る。場合によっては、複合材料内の繊維は、少なくとも３、少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも３０、少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも３００、少なくとも５００、少なくとも１，０００、少なくとも３，０００、少なくとも５，０００、少なくとも１０，０００、少なくとも３０，０００、少なくとも５０，０００、または少なくとも１００，０００の平均アスペクト比（繊維の長さの繊維の直径または厚さに対する比）を有し得る。場合によっては、平均アスペクト比は、１００，０００未満、５０，０００未満、３０，０００未満、１０，０００未満、５，０００未満、３，０００未満、１，０００未満、５００未満、３００未満、１００未満、５０未満、３０未満、１０未満、５未満などであり得る。場合によっては、これらのいずれかの組み合わせも可能である。例えば、アスペクト比は５～１００，０００であり得る。

場合によっては、不連続繊維が複合材料の比較的大きな部分を構成し得る。例えば、特定の実施形態では、不連続繊維は、複合材料の質量または体積の少なくとも1％、少なくとも２％、少なくとも３％、少なくとも４％、少なくとも５％、少なくとも７％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも３５％、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、または少なくとも９７％を構成し得る。場合によっては、不連続繊維は、複合材料の質量または体積の９７％以下、９５％以下、９０％以下、８５％以下、８０％以下、７０％以下、６０％以下、５０％以下、４０％以下、３０％以下、２０％以下、または１０％以下を構成し得る。これらのいずれかの組み合わせも可能である。

不連続繊維の少なくとも一部が被覆されていない場合がある。ただし、場合によっては、不連続繊維の一部またはすべてが被覆されていてもよい。コーティングは、例えば、磁性粒子などの粒子の繊維への吸着または結合を容易にするために、または他の理由で使用できる。

一例として、不連続繊維の少なくとも一部はサイジングで被覆されている。サイジングのいくつかの例としては、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリアミド、フェノキシ、ポリイミド、エポキシなどが挙げられるが、これらに限定されない。これらのサイジングは、例えば、溶液、分散液、エマルションなどとしてスラリーに導入できる。他の例として、繊維は、界面活性剤、シランカップリング剤、エポキシ、グリセリン、ポリウレタン、有機金属カップリング剤などでコーティングされていてもよい。界面活性剤の非限定的な例としては、オレイン酸、ドデシル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウムなどが挙げられる。シランカップリング剤の非限定的な例としては、アミノ、ベンジルアミノ、クロロプロピル、ジスルフィド、エポキシ、エポキシ／メラミン、メルカプト、メタクリレート、テルタススルフィド、ウレイド、ビニル、イソシネート、およびvinly－ベンジル－アミノベースのシランカップリング剤が挙げられる。有機金属カップリング剤の非限定的な例としては、アリールおよびビニルベースの有機金属カップリング剤が挙げられる。

上述のように、一組の実施形態では、不連続繊維の少なくとも一部は炭素繊維であり得る。炭素繊維は、例えば、本明細書で検討されるような磁性粒子を使用して、磁場内で直接的または間接的に整列することができる。例えば、特定の種類の炭素繊維は反磁性であり、印加された磁場を使用して直接移動することができる。従って、特定の実施形態は、常磁性または強磁性材料を実質的に含まない繊維または複合材料を対象としているが、それでも外部磁場を使用して整列することができる。例えば、常磁性または強磁性の材料が存在する場合、それらは材料の５％未満、１％未満、０．５％未満、０．３％未満、０．１％未満、０．０５％未満、０．０３％未満、０．０１％未満、０．００５％未満、０．００３％未満、または０．００１（質量）％未満を形成し得る。

反磁性炭素繊維を含むさまざまな炭素繊維は商業的に得ることができる。場合によっては、炭素繊維は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、レーヨン、ピッチなどのポリマー前駆体から製造できる。場合によっては、炭素繊維はフィラメントヤーンに紡糸して、例えば、化学的または機械的方法を用いて、完成した炭素繊維の最終的な物理的特性を強化する方法でポリマー原子を最初に整列させることができる。フィラメントヤーンの紡糸中に使用される前駆体の組成および機械的方法は異なる場合がある。延伸または紡糸後、ポリマーフィラメントヤーンを加熱して非炭素原子を追い出し（炭化または熱分解）、最終的な炭素繊維を生成できる。いくつかの実施形態では、こうした技術を使用して、比較的高い炭素含有量、例えば、少なくとも９０％、または本明細書に記載される他の含有量を有する炭素繊維を製造できる。

炭素繊維の非限定的な例としては、例えば、市販のものを含む、ピッチおよび／またはポリマーベース（例えば、元ＰＡＮまたは元レーヨン）の異形が挙げられる。場合によっては、これらは、中／標準弾性率（２００ＧＰａを超える）炭素繊維、高弾性率（３００ＧＰａを超える）、または超高弾性率（５００ＧＰａを超える）炭素繊維を含み得る。

一組の実施形態では、炭素繊維は、比較的高い炭素含有量を有する。いかなる理論にも拘束されることを望まないが、こうした繊維は、それらが低エネルギー磁場で配向することができる反磁性特性を示し得ると考えられている。一般に、反磁性は印加された磁場とは反対方向の誘導磁場の生成による、印加された磁場に対する材料の反発である。材料は通常、全体的な磁気応答への顕著な常磁性または強磁性の寄与がない場合、反磁性として分類される。多くの場合、反磁性材料の磁気応答は非常に弱く、無視できる。ただし、比較的高い磁場は、こうした反磁性材料では顕著な物理的応答を誘発し得る。

従って、場合によっては、比較的高度に配向した分子構造を示す炭素繊維は、異方的高反磁性特性を示し得る。こうした反磁性特性によって、炭素繊維が、本明細書に記載されるような比較的弱い磁場で配向することができる。例えば、一組の実施形態では、印加された磁場は、印加された磁場の反対方向の炭素繊維のＣ－Ｃ結合で強い誘導磁場を生成し得る。特定の種類の炭素繊維は、繊維内方向に平行な高度のＣ－Ｃ結合を持っている場合があり、これが異方的反磁性応答を生成し得る。従って、こうした炭素繊維は、炭素繊維が印加された磁場に完全に平行に整列する時に中和される磁気トルクを受けることができる。従って、適当な磁場を印加することにより、こうした反磁性特性に起因して炭素繊維は整列することができる。この応答は、重力、粘性、および／または粒子間立体効果を克服するのに十分であり得る。

例えば、特定の実施形態では、炭素繊維は、８０質量%を超える、９０質量%を超える、９２質量%を超える、９４質量%を超える、９５質量%を超える、９６質量%を超える、９７質量%を超える、９８質量%を超える、９９質量%を超える、または９９．５質量%を超える炭素含有量を有し得る。このような炭素繊維は、場合によっては商業的に入手できる。例えば、炭素繊維は、例えば、除去できる他の成分を「燃焼させる」または酸化させることによって（例えば、ガスに変えることによって）熱分解的に生成でき、比較的高い炭素含有量を有する炭素繊維を残す。炭素繊維を製造する他の方法もまた、例えば、本明細書で詳細に検討されるように可能である。

炭素繊維はまた、場合によっては、炭素繊維内のＣ－Ｃ結合の実質的な整列も示し得る。
例えば、炭素繊維の少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、または少なくとも９５％は、実質的なＣ－Ｃ結合の整列を示し得る。
こうした整列は、例えば、広角Ｘ線回折（ＷＡＸＤ）、または当業者に知られている他の技術を用いて決定できる。

一組の実施形態では、炭素繊維は、比較的高い弾性率（剛性の尺度である引張弾性率）を有し得る。通常、高弾性率の繊維は、低弾性率の繊維よりも剛性が高く、軽量である。炭素繊維は、力が当該繊維に平行に加えられると、すなわち、炭素繊維が異方性であると、通常高弾性率を有する。いくつかの実施形態では、炭素繊維は（例えば、繊維に平行に力が加わると）、少なくとも１００ＧＰａ、少なくとも２００ＧＰａ、少なくとも３００ＧＰａ、少なくとも４００ＧＰａ、少なくとも５００ＧＰａ、少なくとも６００ＧＰａ、少なくとも７００ＧＰａなどの弾性率を有し得る。より柔軟な炭素繊維は、より整列が少ない可能性があると考えられている、つまり、弾性率の低い炭素繊維は、印加された磁場内で整列するのではなく、磁場に対してかすかな物理的応答を示すもしくは、応答がない場合がある。

一組の実施形態では、炭素繊維は、液体（例えば、水、油、ポリマー樹脂、ポリマー溶融物、金属溶融物、エタノールなどのアルコール、または別の揮発性有機化合物）内で浮遊する時に異方的反磁性応答を示し得、磁場が印加される。例えば、場合によっては、適当な磁場が印加されると、すなわち反磁性応答を示していると、炭素繊維は整列し得る。場合によっては、磁場は、少なくとも１００ｍＴ、少なくとも２００ｍＴ、少なくとも３００ｍＴ、少なくとも５００ｍＴ、少なくとも７５０ｍＴ、少なくとも１Ｔ、少なくとも１．５Ｔ、少なくとも２Ｔ、少なくとも３Ｔ、少なくとも４Ｔ、少なくとも５Ｔ、少なくとも１０Ｔなどであってよい。場合によっては、適当な磁場が印加されると、液体内の浮遊炭素繊維の少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、または少なくとも９０％が整列を示し得る。

典型的には、炭素繊維は、１つの直交寸法（例えば、その長さ）が他の２つの直交寸法（例えば、その幅または厚さ）よりも実質的に大きいような形状を有する。場合によっては、繊維は実質的に円筒形であってよい。上述のように、場合によっては、炭素繊維は比較的硬い場合がある。しかしながら、炭素繊維は完全に真っ直ぐである必要はない（例えば、曲がっていても、繊維自体に沿って長さを決定することができる）。

一組の実施形態では、炭素繊維は、基材の厚さと実質的に同じか、またはそれよりも小さい寸法（例えば、特性寸法）を有していてもよい。例えば、複合材料内の少なくとも一部の炭素繊維は、実質的に基材の厚さにわたる平均長さを有し得る。ただし、他の場合には、炭素繊維の特性寸法が厚さよりも大きくてもよい。

上述のように、一組の実施形態では、磁性粒子などの粒子を、例えば、不連続繊維を整列させるために、または他の用途のために加えてもよい。粒子は、不連続繊維の少なくとも一部に吸着または結合することができる。場合によっては、粒子は、不連続繊維および／または連続繊維の一部またはすべてを被覆することができる。粒子の吸着を促進するためにコーティングを必ずしも必要としないが、このことは本明細書で検討されるような材料のコーティングによって促進することができる。

粒子が磁性である場合、粒子は、多種多様な磁気の影響を受けやすい材料のいずれかを含み得る。例えば、磁性材料は、１つまたは複数の強磁性材料を含み得、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、アルニコ、鉄、ニッケル、コバルトの酸化物、希土類金属、またはこれらおよび／または他の適当な強磁性材料の２つ以上を含む。場合によっては、磁性粒子は、少なくとも２、少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも２０、少なくとも４０、少なくとも１００、少なくとも２００、少なくとも５００、少なくとも１，０００、少なくとも２，０００、少なくとも５,０００、または少なくとも１０，０００の比透磁率を有し得る。

しかしながら、すべての粒子が必ずしも磁性であるとは限らないことを理解すべきである。場合によっては、例えば、磁性粒子に加えておよび／または磁性粒子の代わりに、非磁性粒子を使用できる。非磁性粒子の非限定的な例としては、ガラス、ポリマー、金属などが挙げられる。

粒子（存在する場合）は、球形または非球形であってよく、任意の適当な形状または大きさであってよい。粒子は、比較的単分散であるか、またはさまざまな大きさであり得る。場合によっては、粒子は、平均して、少なくとも１０マイクロメートル、少なくとも２０マイクロメートル、少なくとも３０マイクロメートル、少なくとも５０マイクロメートル、少なくとも１００マイクロメートル、少なくとも２００マイクロメートル、少なくとも３００マイクロメートル、少なくとも５００マイクロメートル、少なくとも１ｍｍ、少なくとも２ｍｍ、少なくとも３ｍｍ、少なくとも５ｍｍ、少なくとも１ｃｍ、少なくとも１．５ｃｍ、少なくとも２ｃｍ、少なくとも３ｃｍ、少なくとも５ｃｍ、少なくとも１０ｃｍなどの特性寸法を有し得る。複合材料内の粒子はまた、１０ｃｍ以下、５ｃｍ以下、３ｃｍ以下、２ｃｍ以下、１．５ｃｍ以下、１ｃｍ以下、５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１ｍｍ以下、５００マイクロメートル以下、３００マイクロメートル以下、２００マイクロメートル以下、１００マイクロメートル以下、５０マイクロメ－トル以下、３０マイクロメートル以下、２０マイクロメートル以下、１０マイクロメートル以下などの平均特性寸法を有し得る。これらのいずれかの組み合わせも可能である。例えば、粒子は、１００マイクロメートル～１ｍｍ、１０マイクロメートル～１０マイクロメートルなどの特性寸法を示し得る。非球形粒子の特性寸法は、該非球形の粒子と同じ体積を有する完全な球の直径とみなすことができる。

いくつかの実施形態では、粒子（磁性および／または非磁性粒子を含む）は、複合材料の比較的大きな部分を構成し得る。例えば、特定の実施形態では、粒子は複合材料の体積の少なくとも１％、少なくとも２％、少なくとも３％、少なくとも４％、少なくとも５％、少なくとも７％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも３５％、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、または少なくとも９７％を構成し得る。
場合によっては、粒子は複合材料の体積の９７％以下、９５％以下、９０％以下、８５％以下、８０％以下、７０％以下、６０％以下、５０％以下、４5％以下、４０％以下、３５％以下、３０％以下、２５％以下、２０％以下、１５％以下、１０％以下、７％以下、５％以下、４％以下、３％以下、２％以下、または１％以下を構成し得る。これらのいずれかの組み合わせも可能である。

検討したように、一組の実施形態は、概して複合材料を対象としている。場合によっては、複合材料は通常平面である。しかしながら、こうした基材は（平面であり得るが）、数学的に完全な平面構造である必要はないことを理解すべきである。例えば、基材はまた変形可能な、曲線状の、湾曲している、折り畳まれている、巻いている、折り目が付いているなどであってもよい。
例として、基材は、少なくとも約0.1マイクロメートル、少なくとも約０．２マイクロメートル、少なくとも約０．３マイクロメートル、少なくとも約０．５マイクロメートル、少なくとも約１マイクロメートル、少なくとも約2マイクロメートル、少なくとも約３マイクロメートル、少なくとも約５マイクロメートル、少なくとも約１０マイクロメートル、少なくとも約３０マイクロメートル、少なくとも約５０マイクロメートル、少なくとも約１００マイクロメートル、少なくとも約３００マイクロメートル、少なくとも約５００マイクロメートル、少なくとも約１ｍｍ、少なくとも約２ｍｍ、少なくとも約３ｍｍ、少なくとも約５ｍｍ、少なくとも約１ｃｍ、少なくとも約３ｃｍ、少なくとも約５ｃｍ、少なくとも約１０ｃｍ、少なくとも約３０ｃｍ、少なくとも約５０ｃｍ、少なくとも約１００ｃｍなどの平均厚さを有し得る。特定の例では、平均厚さは、１００ｃｍ未満、５０ｃｍ未満、３０ｃｍ未満、１０ｃｍ未満、５ｃｍ未満、３ｃｍ未満、１ｃｍ未満、５ｍｍ未満、２ｍｍ未満、３ｍｍ未満、１ｍｍ未満、５００マイクロメートル未満、３００マイクロメートル未満、１００マイクロメートル未満、５０マイクロメートル未満、３０マイクロメートル未満、１０マイクロメートル未満、５マイクロメートル未満、３マイクロメートル未満、１マイクロメートル未満、０．５マイクロメートル未満、０．３マイクロメートル未満、または０．１マイクロメートル未満であり得る。これらのいずれかの組み合わせもまた、特定の実施形態において可能である。例えば、平均厚さは、０．１～５０００ミクロン、１０～２０００ミクロン、５０～１，０００ミクロンなどであり得る。厚さは、基材全体で均一または不均一であってもよい。また、基材は、剛性（例えば、本明細書で検討されるように）であってもよく、または場合によっては変形可能であってもよい。

一組の実施形態において、結合剤もまた、複合材料内に存在し、例えば、これを用いて複合材料内の連続繊維および不連続繊維を結合することができる。例えば、結合剤によって、連続繊維および不連続繊維を複合材料内の所定の位置で保持することが容易になり得る。ただし、結合剤は任意選択であり、すべての場合に必要なわけではないことを理解すべきである。場合によっては、結合剤は樹脂を含み得る。結合剤は、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、および／またはビトリマーを含み得る。特定の実施形態では、結合剤は、熱可塑性溶液、熱可塑性溶融物、熱可塑性ペレット、熱硬化性樹脂、揮発性有機化合物などの揮発性化合物、水、または油を含み得る。結合剤の追加の非限定的な例としては、エポキシ、ポリエステル、ビニルエステル、ポリエチレンイミン、ポリエーテルケトンケトン、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリ（メチルメタクリレート）、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、シリコーンゴム、ポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴム、またはプレセラミックモノマー、シロキサン、シラザン、またはカルボシランが挙げられる。場合によっては、結合剤は、イミン結合オリゴマーから調製された共有結合ネットワークポリマーと、反応性部分を含む独立した架橋剤とを含み得る。反応性部分の非限定的な例としては、エポキシ、イソシアネート、ビスマレイミド、スルフィド、ポリウレタン、無水物、および／またはポリエステルが挙げられる。ビトリマーの例には、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルに基づくエポキシ樹脂、芳香族ポリエステル、ポリ乳酸（ポリラクチド）、ポリヒドロキシウレタン、クエン酸を含むエポキシ化大豆油、ポリブタジエンなどが含まれるが、これらに限定されない。特定の実施形態では、結合剤にはこれらの材料および／または他の材料のいずれか１つまたは複数を含む混合物も含まれ得る。

いくつかの実施形態では、結合剤は複合材料の質量の少なくとも１％、少なくとも２％、少なくとも３％、少なくとも４％、少なくとも５％、少なくとも７％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、２０％、または少なくとも２５％、および／または２５％以下、２０％以下、１５％以下、１０%以下、７％以下、５％以下、４％以下、３％以下、２％以下、または１％以下を構成し得る。

複合材料は、さまざまな用途で使用できる。非限定的な例として、複合材料は、さまざまな用途、例えば圧力容器の補強、風力タービンの部品、重い構造物を引き上げるのに使用されるシム、スポーツ用品（例えば、ゴルフクラブ、テニスラケット、自転車のフレームなど）、建築または建設資材、電子デバイス用の積層品または封入剤、電池部品、または自動車、航空機、船舶、宇宙船などの車両用のパネルに使用できる。場合によっては、複合材料は、エネルギー貯蔵用途の部品として、または炭素繊維もしくはセラミックマトリックスの部品として、材料内の応力集中もしくは層間剥離の除去もしくは低減、材料の硬化、表面摩耗の除去もしくは低減、電気衝撃の放散、電気信号の送信、電磁波の減衰もしくは送信、熱衝撃の放散、熱勾配の除去もしくは低減に役立ち得る。

別の態様は、概して本明細書に記載されているような複合材料を製造するためのシステムおよび方法を対象としている。一組の実施形態では、複合材料は液体から調製できる。液体は、例えば、スラリー、溶液、エマルションなどであってよい。液体は、本明細書で検討されるような不連続繊維を含み得、そして基材に適用され得る。次に、本明細書で検討されるように繊維を整列し、次に液体を除去して繊維含有基材を作成できる。整列後、最終的な複合材料は、例えば、熱を加えることによって（例えば、液体を除去するために）、および／または圧力を加えることによって（例えば、繊維を基材に埋め込むために）形成され得る。場合によっては、複合材料は、例えば結合剤を用いて硬化するまたは固めることができ、これを使用して、基材内の不連続剤を動かなくさせるまたは固定することができる。複合材料は、さまざまな実施形態において、比較的剛性または可撓性であり得る。例えば、一組の実施形態では、複合材料は、連続ロールに巻回され得る。場合によっては、スラリーなどの液体を使用できる。スラリーは、不連続繊維、および任意選択で、基材に適用される磁性粒子または他の成分を含み得る。

一組の実施形態では、液体は、例えば水性液体を使用して、不連続繊維間の静電相互作用を中和できる。このことには、例えば、不連続繊維が凝集することなく比較的高い繊維体積で液体内に分散することを可能にするのに役立ち得る。場合によっては、界面活性剤および／またはアルコールをスラリーに導入して、繊維間の静電相互作用を低減できる。高せん断混合と流動も、特定の場合に凝集／綿状沈殿を低減するのに役立ち得る。

いくつかの実施形態では、液相には、例えば、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂、例えば、熱可塑性溶液、熱可塑性溶融物、熱硬化性樹脂、揮発性有機化合物、水、または油が含まれ得る。熱硬化性樹脂の非限定的な例としては、ポリエチレンイミン、ポリエーテルケトンケトン、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリ(メチルメタクリレート)、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、ポリフッ化ビニリデン、フェノール、エポキシ、ビスマレイミド、シアネートエステル、ポリイミドなどが挙げられる。エラストマーの非限定的な例としては、シリコーンゴムおよびスチレンブタジエンゴムなどが挙げられる。熱可塑性樹脂の非限定的な例としては、エポキシ、ポリエステル、ビニルエステル、ポリカーボネート、ポリアミド（例えば、ナイロン、ＰＡ－６、ＰＡ－１２など）、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、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などが挙げられる。セラミックモノマーの非限定的な例としては、シロキサン、シラザン、またはカルボシランなどが挙げられる。場合によっては、これらのうちの１つまたは複数を加えて、不連続繊維を液体内に均一に分散させる際に役に立つことができる。揮発性有機化合物の例としては、イソプロパノール、ブタノール、エタノール、アセトン、トルエン、またはキシレンが挙げられるが、これらに限定されない。

任意の適当な量の不連続繊維が、スラリーまたは他の液体中に存在し得る。例えば、スラリーの体積の少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも３５％、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、または少なくとも８０％が、不連続繊維であり得る。場合によっては、８５％以下、８０％以下、７５％以下、７０％以下、６５％以下、６０％以下、５５％以下、５０％以下、４５％以下、４０％以下、３５％以下、３０％以下、２５％以下、２０％以下、１５％以下、または１０％以下が不連続繊維であり得る。場合によっては、これらのいずれかの組み合わせも可能である。例えば、スラリーまたは他の液体は、７０％～８０％、７５％～８５％、５０％～９０％などの不連続繊維を含み得る。

スラリーまたは他の液体の調製後、それを基材に適用または曝露できる。任意の適当な方法を用いて、スラリーまたは他の液体を基材に適用できる。非限定的な例として、液体を基材上に注ぐ、被覆する、噴霧する、もしくは塗装する、または基材を液体内に部分的または完全に浸漬することができる。液体を用いて、基材を濡らし、被覆し、および／または取り囲むことができる。

一組の実施形態によれば、本明細書で検討されるように、磁場を印加して、不連続繊維を直接的または間接的に操作することができる。任意の適当な磁場を印加できる。いくつかの事例では、磁場は一定の磁場である。他の事例では、磁場は時間とともに変化し得る。例えば、磁場は、例えば、不連続な薬剤の操作を容易にするために、振動しまたは振幅および／または方向が周期的に変化し得る。振動は、正弦波または別の繰り返し波形（例えば、方形波またはのこぎり波）であり得る。周波数は、例えば、少なくとも０．１Ｈｚ、少なくとも０．３Ｈｚ、少なくとも０．５Ｈｚ、少なくとも１Ｈｚ、少なくとも３Ｈｚ、少なくとも５Ｈｚ、少なくとも１０Ｈｚ、少なくとも３０Ｈｚ、少なくとも５０Ｈｚ、少なくとも１００Ｈｚ、少なくとも３００Ｈｚ、少なくとも５００Ｈｚ以上など、および／又は１０００Ｈｚ以下、５００Ｈｚ以下、３００Ｈｚ以下、１００Ｈｚ以下、５０Ｈｚ以下、３０Ｈｚ以下、１０Ｈｚ以下、５Ｈｚ以下、３Ｈｚ以下などであってよい。例えば、周波数は１Ｈｚ～５００Ｈｚ、１０Ｈｚ～３０Ｈｚ、５０Ｈｚ～Ｈｚなどであってよい。さらに、周波数は実質的に一定に保たれ得る、または周波数は場合によっては変化し得る。

磁場は、一定であろうと振動であろうと、任意の適当な振幅を有し得る。例えば、振幅は、少なくとも０．００１Ｔ、少なくとも０．００３Ｔ、少なくとも０．００５Ｔ、少なくとも０．０１Ｔ、少なくとも０．０３Ｔ、少なくとも０．０５Ｔ、少なくとも０．１Ｔ、少なくとも０．３Ｔ、少なくとも０．５Ｔ、少なくとも１Ｔ、少なくとも３Ｔ、少なくとも５Ｔ、少なくとも１０Ｔなどであり得る。場合によっては、振幅は２０Ｔ以下、１０Ｔ以下、５Ｔ以下、３Ｔ以下、１Ｔ以下、０．５Ｔ以下、０．３Ｔ以下、０．１Ｔ以下、０.０５Ｔ以下、０．０３Ｔ以下、０．０１Ｔ以下、０．００５Ｔ以下、０．００３Ｔ以下などであり得る。振幅は、これらの値の任意の組み合わせに含まれ得る。例えば、振幅は、０．０１Ｔ～１０Ｔ、１Ｔ～３Ｔ、０．５Ｔ～１Ｔなどであり得る。振幅は、実質的に一定であり得るか、または特定の実施形態において、例えば、これらの値の任意の範囲内で変化し得る。

いくつかの実施形態では、磁場の方向（すなわち、最大振幅の方向）は、平均方向を中心に＋／－９０°、＋／－８５°、＋/－８０°、＋/－７５°、＋/－７０°、＋/－６５°、＋/－６０°、＋/－５５°、＋／－５０°、＋／－４５°、＋／－４０°、＋／－３５°、＋／－３０°、＋／－２５°、＋／－２０°、＋／－１５°、＋／－１０°、＋／－５°変化し得る。

適当な磁場を生成するためのさまざまな異なるデバイスが商業的に入手可能であり、永久磁石または電磁石が挙げられる。場合によっては、回転するディスクに磁石を取り付け、ディスクを適切な速度または周波数で回転させることによって、振動磁性を生成できる。永久磁石の非限定的な例としては、鉄磁石、アルニコ磁石、希土類磁石などが挙げられる。

一組の実施形態では、剪断流を使用して、不連続繊維を整列させるまたは操作することができる。例えば、剪断流体を基材に適用して、複数の不連続剤の少なくとも一部を、例えば、剪断流の方向に整列させることができる。使用できる剪断流体の例としては、水、または油などの別の液体、エタノールなどのアルコール、有機溶媒（例えば、イソプロパノール、ブタノール、エタノール、アセトン、トルエン、またはキシレンなど）などが挙げられる。特定の実施形態では、剪断流体は、少なくとも１ｃＰの粘度を有し得る。さらに、場合によっては、剪断流体は、空気などの気体であり得る。剪断流体の線形流量は、例えば、少なくとも１０ｍｍ／分、少なくとも２０ｍｍ／分、少なくとも３０ｍｍ／分、少なくとも５０ｍｍ／分、少なくとも１００ｍｍ／分、少なくとも２００ｍｍ／分、少なくとも３００ｍｍ／分などであってよい。

例えば、一組の実施形態において、繊維をアルコール、溶媒、または樹脂を含む液体に添加してスラリーを形成できる。場合によっては、スラリーを流して繊維を整列させることができ、例えばここでスラリーは剪断流体として使用される。しかしながら、他の場合には、スラリーを最初に基材に適用し、次に剪断流体を使用して繊維を整列させることができる。

さらに、いくつかの実施形態では、機械的振動を使用して、例えば、磁気操作に加えて、および／または磁気操作の代わりに、不連続繊維を操作することができる。例えば、機械的振動を使用して、不連続繊維を基材内に、例えば、基材内の細孔または穴に移動させ、および／または、例えば、本明細書で検討されるように、基材内の不連続剤を少なくとも実質的に整列させることができる。一組の実施形態では、機械的振動を適用して、少なくとも１マイクロメートル、少なくとも２マイクロメートル、少なくとも３マイクロメートル、少なくとも５マイクロメートル、少なくとも１０マイクロメートル、少なくとも２０マイクロメートル、少なくとも３０マイクロメートル、少なくとも５０マイクロメートル、少なくとも１００マイクロメートル、少なくとも２００マイクロメートル、少なくとも３００マイクロメートル、少なくとも５００マイクロメートル、少なくとも１，０００マイクロメートル、少なくとも２，０００マイクロメートル、少なくとも３，０００マイクロメートル、少なくとも５，０００マイクロメートル、または少なくとも１０，０００マイクロメートルの不連続繊維の運動を引き起こすことができる。

さらに、場合によっては、機械的振動が時間とともに変化する場合がある。例えば、機械的振動は、例えば、不連続繊維の操作を容易にするために、振幅および／または方向が周期的に変化し得る。振動は、正弦波または別の繰り返し波形（例えば、方形波またはのこぎり波）であり得る。周波数は、例えば、少なくとも０．１Ｈｚ、少なくとも０．３Ｈｚ、少なくとも０．５Ｈｚ、少なくとも１Ｈｚ、少なくとも３Ｈｚ、少なくとも５Ｈｚ、少なくとも１０Ｈｚ、少なくとも３０Ｈｚ、少なくとも５０Ｈｚ、１００Ｈｚ、少なくとも３００Ｈｚ、少なくとも５００Ｈｚなど、および／又は１０００Ｈｚ以下、５００Ｈｚ以下、３００Ｈｚ以下、１００Ｈｚ以下、５０Ｈｚ以下、３０Ｈｚ以下、１０Ｈｚ以下、５Ｈｚ以下、３Ｈｚ以下などで有り得る。例えば、周波数は１Ｈｚ～５００Ｈｚ、１０Ｈｚ～３０Ｈｚ、５０Ｈｚ～Ｈｚなどであり得る。さらに、周波数は実質的に一定に保たれ得る、または周波数は場合によっては変化し得る。振動磁場と組み合わせて適用される場合、それらの周波数は独立して同じまたは異なり得る。

一組の実施形態において、整列の間および／または整列後、いくつかの実施形態では基材内の不連続繊維を配置または固定して、例えば、不連続繊維のその後の動きを防止または制限し、比較的硬い複合材料を形成することができる。複合材料を形成するための技術の非限定的な例としては、液体またはスラリーを固化、硬化、ゲル化、溶融、加熱、蒸発、凍結、凍結乾燥、または加圧することが挙げられるが、これらに限定されない。別の一連の実施形態では、熱硬化性ポリマーなどの材料を硬化して複合材料を固めることができる。従って、基材は、固体、ゲルなどである複合材料を形成できる。

場合によっては、液体は比較的揮発性の溶媒を含み得、これは、加熱および／または蒸発によって（例えば、適当な時間待つことによって、または、例えば、ドラフトもしくは他の換気領域で溶媒を蒸発させることによって）除去できる。揮発性溶媒の非限定的な例としては、イソプロパノール、ブタノール、エタノール、アセトン、トルエン、またはキシレンが挙げられる。溶媒を除去する方法の他の例としては、真空の適用、凍結乾燥、機械的振とうなどが挙げられる。

一組の実施形態では、加熱を例えば基材に適用して、液体を乾燥させるか、または溶媒の一部を除去することができる。例えば、基材は、少なくとも約３０℃、少なくとも約３５℃、少なくとも約４０℃、少なくとも約４５℃、少なくとも約５０度、少なくとも約５５℃、少なくとも約６０℃、少なくとも約６５℃、少なくとも約７０℃、少なくとも約７５℃、少なくとも約８０℃、少なくとも約９０℃、少なくとも約１００℃、少なくとも約１２５℃、少なくとも約１５０℃、少なくとも約１７５℃、少なくとも約２００℃、少なくとも約２５０℃、少なくとも約３００℃、少なくとも約３５０℃、少なくとも約４００℃、少なくとも約４５０℃、少なくとも約５００℃などの温度に加熱され得る。熱を加える任意の適当な方法、例えば、熱電変換器、オーミックヒーター、ペルティェ素子、燃焼ヒーターなどを使用できる。場合によっては、加熱により液体の粘度が低下し得る。加熱は、例えば、磁場および／または機械的振動の適用の前、同時、または後に適用できる。場合によっては、加熱を使用して、熱硬化性プレポリマーの架橋または硬化を防止または開始できる。

一組の実施形態では、圧力を基材に加えて、例えば、不連続繊維を基材に部分的または完全に埋め込んで、例えば、複合材料を形成できる。場合によっては、圧力を使用して、基材から液体の一部を除去することもできる。例としては、ホットプレス、カレンダリング、真空注入などがあげられるが、これらに限定されない。圧力は、例えば、少なくとも１５ｐｓｉ（ゲージ）、少なくとも３０ｐｓｉ、少なくとも４５ｐｓｉなどであり得る（１ｐｓｉ ＝ ６９９５Ｐａ）。

結着剤もまた、一組の実施形態では、例えば、複合材料の硬化および／または液体の少なくとも一部の除去の前、最中、および／または後に適用できる。いくつかの実施形態において、結合剤を用いて、例えば、乾燥プライ材料を湿らせることによってあらかじめ含浸した複合プライを製造することができる。結合剤は場合によっては液体であってもよく、複合材料への適用後に硬化を引き起こすことができる。場合によっては、結合剤は複合材料の少なくとも一部に浸透する。浸透技術の非限定的な例としては、重力および毛細管力を使用すること、結合剤に圧力を加えることによってそれを複合材料中に押し込むことなどが挙げられる。他の例としては、ホットプレス、カレンダリング、または真空注入が挙げられるが、これらに限定されない。しかしながら、場合によっては、結合剤を用いて、例えば、必ずしも浸透を必要とせずに、基材のすべてまたは一部のみを被覆する。

場合によっては、結合剤は樹脂を含み得る。結合剤は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含み得る。特定の実施形態では、結合剤は、熱可塑性溶液、熱可塑性溶融物、熱可塑性ペレット、熱可塑性粉末、熱可塑性フィルム、熱硬化性樹脂、揮発性有機化合物などの揮発性化合物、水、または油を含み得る。結合剤の追加の非限定的な例としては、エポキシ、ポリエステル、ビニルエステル、ポリエチレンイミン、ポリエーテルケトンケトン、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリ（メチルメタクリレート）、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、シリコーンゴム、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、スチレンブタジエンゴム、またはシロキサン、シラザン、またはカルボシランなどのプレセラミックモノマーが挙げられる。結合剤はまた、特定の実施形態において、これらの材料および／または他の材料のいずれか１つまたは複数を含む混合物を構成し得る。

いくつかの実施形態では、結合剤は、複合材料の質量の少なくとも１％、少なくとも２％、少なくとも３％、少なくとも４％、少なくとも５％、少なくとも７％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、または２５％以上、および／または複合材料の質量の２５％以下、２０％以下、１5％以下、１０％以下、７％以下、５％以下、４％以下、３％以下、２％以下、または１％以下を構成し得る。

浸透後、結着剤は硬化され得る。場合によっては、例えば溶媒の蒸発時に、結合剤が自然に硬化する場合がある。特定の実施形態では、熱を加えて、例えば、複合材料を上記のような温度に曝露することによって結合剤を硬化させることができる。いくつかの実施形態において、例えば、化学反応または重合反応を容易にするまたは促進するために、結合剤を光または触媒への曝露時に硬化して、結合剤を重合させることができる。例えば、熱硬化性ポリマーは、適当な温度に曝露すると硬化され得る。別の例では、ポリマーを紫外線に曝露して、重合を引き起こすことができる。

複合材料は、場合によっては、例えばこれらに加えて、追加の層または材料を含み得る。例えば、基材は、複合材料内のいくつかの層のうちの１つであり得る。複合材料内の他の層としては、ポリマー、複合材料、金属、木材、セラミックなどが挙げられ得る。例えば、複合材料は、別の複合層と統合して複合材料構造を形成することができる。

本明細書で検討されるような複合材料は、さまざまな態様において、さまざまな異なる用途で使用できる。本明細書に記載されているような複合材料は、さまざまな実施形態においてさまざまな異なる特徴を示し得る。例えば、本明細書で検討されるような複合材料は、応力集中の低減もしくは除去、層間剥離の低減もしくは除去、平面強度および／または剛性の増加、表面摩耗の低減もしくは除去、電気の放散（例えば、電気衝撃の際）、電気信号の送信、電磁波の減衰、電磁波の送信、熱の放散（熱衝撃の際)、熱勾配の低減もしくは除去、エネルギーの蓄積、ｅｘ－ＰＡＮ炭素繊維の合成、セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）の合成などに役立ち得る。

例えば、一組の実施形態では、少なくとも３軸の繊維配向を有する複合プライを製造できる。この繊維構造により、該複合プライが後続の層間隣接する構成要素間の応力を分配することを可能にし、応力集中を低減もしくは除去できる。これにより例えば、積層複合材料構造に小さな特徴が形成されている場合、もしくは剛性が大幅に異なる材料（金属合金またはプラスチック）と合わさっている場合に、動的荷重下での積層複合材料構造の強度を有意に向上させることができる。

別の一連の実施形態は、概して層間領域の平面貫通方向補強を備えた複合プライを対象としている。
この繊維補強により、複合プライが隣接する層間の応力を効率的に分配することができ、亀裂の形成を妨げることができ、亀裂が層間領域中を伝播するのを防ぐ。対象を定めた層間領域の補強により、衝撃および繰り返し荷重下での積層複合材料構造の強度を有意に向上させることができる。この配合は、積層複合材料構造に複合プライの長板が形成されている時、例えば、プライ間の層間領域に単一の亀裂があり、全体構造の構造完全性を損なう可能性がある場合に役立ち得る。

さらに別の一連の実施形態は、概して平面貫通方向補強、例えば、平面貫通一方向織物を備えた複合プライを対象としている。この繊維補強によって、目標とされたた平面貫通方向の荷重（例えば、点荷重や高圧荷重）を補強することができる。対象を定めた平面貫通方向の補強によって、予想される平面貫通方向の機械的負荷の下で、積層複合材料構造の強度と剛性を有意に向上させることができる。これは、積層複合材料構造の外側シェルを形成しながら、未硬化状態での取り扱い中に容易に変形し得る平面貫通方向補強を備えた複合プライを効率的に取り扱うのに役立ち得る。

さらに別の一連の実施形態は、概して平面貫通方向に配向した炭素繊維を有する複合プライを対象としている。場合によっては、この平面貫通方向補強によって、機械的疲労（例えば摩耗）および／または化学的腐食（例えば酸化）による損傷に対するポリマーマトリックスの耐性を有意に向上させることができる。この配合は、例えば、構造を機械的および化学的摩耗から保護する表面を形成するのに役立ち得る。

一組の実施形態では、平面貫通方向導電率が高められた複合プライが提供される。このことによって、電気エネルギー（例えば雷）の急速な放電による電荷の蓄積によって引き起こされる局所的な発熱によって誘発される損傷に対する耐性を有意に向上させることができる。この配合は、放電による損傷から構造を保護する表面を形成するのに特に役立つ。別の一連の実施形態では、等方性に近い、導電率が高められた複合プライが提供される。このことによって、電気信号を効率的に伝導することができる。さらに別の一連の実施形態では、等方性導電率が高められた複合プライが提供される。この材料によって入射電磁波を効率的に減衰させることができる。さらに別の一連の実施形態では、無線周波数干渉が低く平面貫通方向熱伝導率が高められた複合プライが提供され、過熱することなく電磁波を効率的に送信する。

別の一連の実施形態は、概して加熱下での十分な構造的完全性のために平面貫通方向熱伝導率が高められた複合プライを対象としている。これは、いくつかの実施形態において、急速な温度変動下で構造的完全性を高めるのに役立ち得る。さらに別の一連の実施形態は、概して平面貫通方向導電率および低導電率を有する複合プライを対象としている。この配合は、電子機器で熱流束を効率的に移動および分散させるのに役立ち得る。

さらに別の一連の実施形態は、概して平面貫通方向導電率を有する炭素ベースの複合プライを対象としている。これは、電解質からイオン種を吸着し、電荷を効率的に分配するのに役立ち得る。

一組の実施形態は、概して平面貫通方向炭素繊維触媒を有する複合プライを対象としている。適切な温度で、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）マトリックスを酸化および炭化してカーボンマトリックスを形成できる。別の一連の実施形態は、概して平面貫通方向炭素繊維または炭化ケイ素触媒を備えた複合プライを対象としている。適切な温度で、ポリマーマトリックスを酸化してセラミックマトリックスを形成できる。

以下の文書は、参照により本明細書に組み込まれる。２０１８年３月１２日に提出され、国際出願公開第ＷＯ２０１８／１７５１３４号として公開された「繊維補強複合材料、そのための方法、及び同一のものを含む物品」という表題の国際特許出願シリアル番号第ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０２１９７５号；２０１８年１２月１０日に提出された「炭素繊維整列および繊維強化複合材料のシステムおよび方法」という表題の、米国特許出願シリアル番号第６２／７７７，４３８号；２０１９年７月１０日に提出された、「短繊維フィルムおよびその他の複合材のシステムおよび方法」という表題の米国特許出願第６２／８７２，６８６；および２０１９年１１月２０日に提出された、「熱硬化性樹脂を含む複合材料を形成するための方法およびシステム」という表題の米国特許出願シリアル番号第６２／９３８，２６５号。さらに、「短繊維フィルム、熱硬化性樹脂を含む複合材料、および他の複合材料を形成するためのシステムおよび方法」という表題の、本明細書に同日付で提出された米国特許出願もまた、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

以下の実施例は、本開示の特定の実施形態を説明することを意図しているが、本開示の全範囲を例示するものではない。

図１は、ほぼすべての繊維が実質的に横方向に整列している炭素繊維複合材料の破砕断面を示している。
図２は、部分的に横方向に整列した繊維を有する炭素繊維複合材料の破砕断面を示している。

これらの実験では、磁気応答性の粉砕炭素繊維(公称長さ１５０ミクロン、公称直径８ミクロン）を水に分散させた。水は界面活性剤の組み合わせを含んでいる（水中で＜１重量%)。水性分散液を熱可塑性フィルム上に注型し、垂直磁場（＞０．５Ｔ）にかけた。２分以内に、材料を磁場から除去し、水を蒸発させた。材料が完全に乾燥した後、材料をホットメルトエポキシで含浸させた。
完全に含浸した材料は、１００ｐｓｉ（６９０ｋＰａ）の圧力と２５０°Ｆ（１２０℃）の温度下で固めた。得られた硬化複合材料を断面化し、走査型電子顕微鏡で分析した。
この断面分析の画像を図１に示す。図２は類似しているが、磁場を印加しない実施形態を示している。

この実施例は、実施例１および対照実験に従って調製した材料の比較を示している。特に、有限要素分析を１）モノリシック鋼、２）横方向炭素繊維複合材料（「ＺＲＴ」として表示）コアと鋼外皮（すなわち、Ａ／Ｂ／Ａ構造）を備えたサンドイッチ、および３）鋼外皮を備えた純粋なエポキシポリマーコア（すなわち、Ａ／Ｂ／Ａ構造）に対して行った。すべての構成は同じ厚さであった。
これらの場合の寸法を図３に示す。

図３に示すように、横方向の炭素繊維複合層を備えた材料は、エポキシ層を備えた材料よりも横方向の剛性が高いことがわかった。このことは、横方向の剛性が高いコア材料によって、複合材料の全体的な相対曲げ剛性が高くなったことを示している。この例では、増加はほぼ４０％であった。図４は、横方向の炭素繊維コアを金属外皮と統合することが、さまざまな構成要素の重量とコストを削減する効果的な方法であることを示している。

この非限定的な実施例で説明される一実施形態は、０．３ｍｍの７０００系アルミニウム合金外皮、０．７８ｍｍのＺ軸炭素繊維／熱可塑性樹脂複合コア、および０．３ｍｍの７０００系アルミニウム合金外皮を含む。該外皮はコアを「挟み込んでいる」。

この材料は、赤外線エネルギーの適用、コアに電流を流すことによるオーミック加熱、対流加熱などによってコア材料を軟化させるスタンピング工程で使用できる。コアを暖めて脆くならないようにした後、例えば、部品にスタンプ成形および／またはダイカットする。得られた部品は、さまざまな用途、例えば電気自動車のバッテリーパックトレイもしくはカバー、車両のフレームもしくは密閉パネル、キャビン内部もしくは座席部品、もしくは電子装置の筐体、または本明細書に記載されているもののような他の用途などで使用できる。

この実施例は、チタン合金外皮、Ｚ軸炭素繊維／熱可塑性樹脂複合コア、および別のチタン合金外皮を含む複合材料を示している。該外皮はコアを「挟み込む」。

この材料は、赤外線エネルギーの適用、コアに電流を流すことによるオーミック加熱、対流加熱などによってコア材料を軟化させるスタンピング工程で使用できる。コアを暖めて脆くならないようにした後、例えば、部品にスタンプ成形および／またはダイカットする。得られた部品は、さまざまな用途、例えばゴルフクラブ、航空機の耐荷重構造もしくは外板、もしくは電子装置の筐体、または本明細書に記載されているもののような他の用途などで使用できる。

本開示のいくつかの実施形態が本明細書で説明および図示されているが、当業者は、機能を実行するおよび／または結果および／または本明細書に記載の１つまたは複数の利点を得るための様々な他の手段および／または構造を容易に想定し、こうした変形および／または変更はそれぞれ本開示の範囲内であると見なされる。より一般的には、当業者は、本明細書に記載のすべてのパラメータ、寸法、材料、および構成が例示的であることを意味し、実際のパラメータ、寸法、材料、および構成は本開示の教示が用いられる特定の用途に依存することを容易に理解するであろう。当業者は、本明細書に記載の本開示の特定の実施形態に相当する多くの同等物を認識する、または日常的な実験のみを使用して確かめることができるであろう。従って、上述の実施形態は単なる例として提示されており、添付の特許請求の範囲およびそれに相当する範囲内で、本開示は、具体的に記載および主張されている以外の方法で実施できることを理解されたい。本開示は、本明細書に記載される個々の特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法を対象としている。さらに、そのような機能、システム、物品、材料、キット、および／または方法が相互に矛盾しない場合、そのような機能、システム、物品、材料、キット、および／または方法の２つ以上の任意の組み合わせは、本開示の範囲内に含まれる。

本明細書および参照により組み込まれる文書に相反するおよび／または矛盾した開示が含まれる場合、本明細書が優先するものとする。
参照により組み込まれた２つ以上の文書に、互いに相反するおよび／または矛盾した開示が含まれている場合は、発効日が遅い文書が優先するものとする。

本明細書で定義および使用されるすべての定義が、辞書の定義、参照により組み込まれる文書内の定義、および／または定義された用語の通常の意味に優先すると理解すべきである。

本明細書の明細書および特許請求の範囲においてここで使用する場合、不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、明確に反対のことを示さない限り、「少なくとも１つ」を意味すると理解すべきである。

本明細書の明細書および特許請求の範囲においてここで使用される場合、「および／または」という句は、そのように結合された要素、すなわち、いくつかの場合では結合的に存在し、他の場合では分離的に存在する要素の「いずれかまたは両方」を意味すると理解すべきである。「および／または」で列挙された複数の要素は、同様に解釈すべきである。すなわち、そのように結合された要素の「１つまたは複数」である。「および／または」節によって具体的に識別される当該要素以外の他の要素が、具体的に識別される要素に関連するかどうかにかかわらず、任意選択で存在し得る。
従って、非限定的な例として、「Ａおよび／またはＢ」への言及は、「含む(comprising)」などのオープンエンドな言語と組み合わせて使用される場合、一実施形態では、Ａのみ（任意選択で、Ｂ以外の要素を含む）；別の実施形態では、Ｂのみ（任意選択でＡ以外の要素を含む）；さらに別の実施形態では、ＡおよびＢの両方に対して（任意選択で他の要素を含む）などのことを指し得る。

本明細書の明細書および特許請求の範囲においてここで使用される場合、「または」は、上記で定義された「および／または」と同じ意味を有すると理解すべきである。例えば、リスト内の項目を区切る場合、「または（ｏｒ）」または「および／または（ａｎｄ／оｒ）」は包括的であると解釈するものとする。つまり、複数のまたはリストの要素の少なくとも１つを含むが同時に複数も含み、任意選択で追加の列挙されていない項目も含むと解釈するものとする。
明確に反対のことを示す用語のみ、例えば、「～の１つのみ」もしくは「厳密に～の１つ」、または特許請求の範囲で使用される場合は「からなる」などが、複数のもしくはリストの厳密に１つの要素を含むことを指す。一般に、ここで使用される「または」という用語は、排他性の用語、例えば「どちらか一方の」、「～の１つ」、「～の１つのみ」、または「厳密に～の１つ」などが先行する場合、排他的な選択肢（すなわち、「一方または他方であるが両方ではない」）を示すと解釈するものとする。

本明細書および特許請求の範囲においてここで使用される場合、１つまたは複数の要素のリストに関連する「少なくとも１つ」という句は、要素のリスト中の任意の１つまたは複数の要素から選択される少なくとも１つの要素を意味するが、必ずしも、要素のリスト中に具体的に列挙されている１つ１つのうちの少なくとも１つを含まず、要素のリスト中の要素の任意の組み合わせを除外しない。この定義はまた、「少なくとも１つ」という句が参照する要素のリスト中で具体的に特定された要素以外の要素が、具体的に特定された要素に関連するかどうかにかかわらず、任意に存在し得ることを可能にする。従って、非限定的な例として、「ＡおよびＢの少なくとも一つ」（または、同等に、「ＡまたはＢの少なくとも１つ」、または同等に「Ａおよび／またはＢの少なくとも１つ」)は、一実施形態では、少なくとも１つ、任意選択で２つ以上のＡを含み、Ｂが存在しない（および任意選択でＢ以外の要素を含む）；別の実施形態では、少なくとも１つ、任意選択で２つ以上のＢを含み、Ａが存在しない（および任意選択でＡ以外の元素を含む；さらに別の実施形態では、少なくとも１つ、任意選択で２つ以上のＡを含み、少なくとも１つ、任意選択で２つ以上のＢを含む（および任意選択で他の要素を含む）；などを指し得る。

本明細書で「約(about)」という単語が数に関して使用される場合、本開示のさらに別の実施形態は、「約」という単語の存在によって修飾されないその番号を含むことを理解すべきである。

また、明確に反対のことを示さない限り、複数のステップまたは行為を含む本明細書に請求されている方法において、該方法の該ステップまたは行為の順序は、必ずしも該方法の該ステップまたは行為が記載された順序に限定されないことも理解すべきである。

特許請求の範囲および上記の明細書において、移行句、例えば「comprising」、「including」、「carrying」、「having」、「containing」、「involving」、「holding」、「composed of」などはすべて、オープンエンドである、すなわち、含むがこれらに限定されないことを意味すると理解すべきである。米国特許庁特許審査手続マニュアルのセクション２１１１．０３に記載されているように、移行句「consisting of」および「consisting essentially of」のみが、それぞれクローズまたは準クローズ移行句であるものとする。

Claims (93)

1. 第１の実質的に金属層および第２の実質的に金属層、並びに前記第１および第２の金属層の間に配置されたコア層を含む複合材料を含む物品であって、前記コア層が、前記複合材料内で５体積％～９１体積％の繊維体積分率で実質的に横方向に整列した複数の不連続繊維を含む、物品。
2. 前記第１の層が鋼を含む、請求項１に記載の物品。
3. 前記第１の層がアルミニウムを含む、請求項１または２のいずれか一項に記載の物品。
4. 第１の層が鉄を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の物品。
5. 前記第１の層がチタンを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の物品。
6. 前記第１の層が鋼の合金を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の物品。
7. 前記第１の層がアルミニウムの合金を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の物品。
8. 前記第１の層が鉄の合金を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の物品。
9. 前記第１の層がチタンの合金を含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の物品。
10. 前記第１の層が少なくとも８０重量％の鋼を含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の物品。
11. 前記第１の層が少なくとも８０重量%のアルミニウムを含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載の物品。
12. 前記第１の層が少なくとも８０重量%の鉄を含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の物品。
13. 前記第１の層が少なくとも８０重量%のチタンを含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の物品。
14. 前記第１の層および前記第２の層が実質的に同じ組成を有する、請求項１～１３のいずれか一項に記載の物品。
15. 前記第１の層および前記第２の層が異なる組成を有する、請求項１～１４のいずれか一項に記載の物品。
16. 前記不連続繊維が、前記第１の実質的に金属層に対して実質的に直交して整列した、請求項１～１５のいずれか一項に記載の物品。
17. 前記複合材料が、第３の実質的に金属層と、前記第２および第３の層との間に配置された第２のコア層とをさらに含む、請求項１～１６のいずれか一項に記載の物品。
18. 前記第２のコア層が、前記第２のコア層内で少なくとも３０体積%の繊維体積分率で実質的に横方向に整列した複数の不連続繊維を含む、請求項１７に記載の物品。
19. 繊維体積分率が少なくとも４０体積%である、請求項１～１８のいずれか一項に記載の物品。
20. 繊維体積分率が少なくとも５０体積%である、請求項１～１９のいずれか一項に記載の物品。
21. 繊維体積分率が少なくとも６０体積%である、請求項１～２０のいずれか一項に記載の物品。
22. 繊維体積分率が少なくとも７０体積%である、請求項１～２１のいずれか一項に記載の物品。
23. 繊維体積分率が８５体積%以下である、請求項１～２２のいずれか一項に記載の物品。
24. 前記不連続繊維が炭素繊維を含む、請求項１～２３のいずれか一項に記載の物品。
25. 前記炭素繊維が、９４％を超える炭素含有量および少なくとも２００ＧＰａの弾性率を有する、請求項１～２４のいずれか一項に記載の物品。
26. 前記不連続繊維がポリマーを含む、請求項１～２５のいずれか一項に記載の物品。
27. 前記不連続繊維が、玄武岩、炭化ケイ素、アラミド、ジルコニア、ナイロン、ホウ素、アルミナ、シリカ、ホウケイ酸塩、ムライト、および／または綿のうちの１つまたは複数を含む、請求項１～２６のいずれか一項に記載の物品。
28. 前記不連続繊維が天然繊維を含む、請求項１～２７のいずれか一項に記載の物品。
29. 前記不連続繊維が１５ｍｍ未満の平均長さを有する、請求項１～２８のいずれか一項に記載の物品。
30. 前記不連続繊維が少なくとも２０マイクロメートルの平均長さを有する、請求項１～２９のいずれか一項に記載の物品。
31. 前記不連続繊維が少なくとも５ｎｍの平均長さを有する、請求項１～３０のいずれか一項に記載の物品。
32. 前記不連続繊維が、長さ対直径の平均アスペクト比が少なくとも５である、請求項１～３１のいずれか一項に記載の物品。
33. 前記不連続繊維がコーティングで被覆されている、請求項１～３２のいずれか一項に記載の物品。
34. 前記コーティングが、界面活性剤、シランカップリング剤、エポキシ、グリセリン、ポリウレタン、および／または有機金属カップリング剤を含む、請求項３３に記載の物品。
35. 前記不連続繊維がサイジングで被覆されている、請求項１～３４のいずれか一項に記載の物品。
36. 前記不連続繊維が磁場に反応して異方的反磁性応答を有する、請求項１～３５のいずれか一項に記載の物品。
37. 前記不連続繊維が１０Ｔの磁場強度に対して物理的応答を示す、請求項１～３６のいずれか一項に記載の物品。
38. 前記複数の不連続繊維の少なくとも５０体積%が整列している、請求項１～３７のいずれか一項に記載の物品。
39. 前記複数の不連続繊維の少なくとも一部が、それに吸着した複数の磁性粒子を有する、請求項１～３８のいずれか一項に記載の物品。
40. 前記複数の不連続繊維が磁性粒子を含まない、請求項１～３９のいずれか一項に記載の物品。
41. 前記複合材料が常磁性または強磁性材料を実質的に含まない、請求項１～４０のいずれか一項に記載の物品。
42. 前記不連続繊維が前記複合材料少なくとも２０％を構成する、請求項１～４１のいずれか一項に記載の物品。
43. 前記複合材料が１０ｃｍ未満の最大断面厚さを有する、請求項１～４２のいずれか一項に記載の物品。
44. 前記複合材料が１ｃｍ未満の最大断面厚さを有する、請求項１～４３のいずれか一項に記載の物品。
45. 前記複合材料がロール状に巻かれている、請求項１～４４のいずれか一項に記載の物品。
46. 前記複合材料が、前記第１および第２の層、並びに前記複数の不連続繊維を結合する結合剤をさらに含む、請求項１～４５のいずれか一項に記載の物品。
47. 前記結合剤が熱硬化性ポリマーを含む、請求項４６に記載の物品。
48. 前記結合剤が熱可塑性ポリマーを含む、請求項４６または４７のいずれか一項に記載の物品。
49. 前記結合剤がビトリマーを含む、請求項４６～４８のいずれか一項に記載の物品。
50. 前記結合剤が、エポキシ、ポリエステル、ビニルエステル、ポリエチレンイミン、ポリエーテルケトンケトン、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリ（メチルメタクリレート）、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、シリコーンゴム、ポリフッ化ビニリデン、および／またはスチレンブタジエンゴムのうちの１つまたは複数を含む、請求項４６～４９のいずれか一項に記載の物品。
51. 前記結合剤が、イミン結合オリゴマーから調製された共有結合ネットワークポリマーと、反応性部分を含む独立した架橋剤とを含む、請求項４６～５０のいずれか一項に記載の物品。
52. 前記反応性部分が、エポキシ、イソシアネート、ビスマレイミド、スルフィド、ポリウレタン、無水物、および／またはポリエステルの１つまたは複数を含む、請求項５１に記載の物品。
53. 前記結合剤が、プレセラミックモノマー、シロキサン、シラザン、カルボシランの１つまたは複数を含む、請求項４６～５２のいずれか一項に記載の物品。
54. 前記複合材料が少なくとも９００Ｎ／ｍｍの曲げ剛性を有する、請求項１～５３のいずれか一項に記載の物品。
55. 前記複合材料が少なくとも６００ＧＰａの弾性率を有する、請求項１～５４のいずれか一項に記載の物品。
56. 第１の層および第２の層、並びに前記第１および第２の層の間に配置されたコア層を含む複合材料を含む物品であって、前記コア層が、前記複合材料内で５体積％～９１体積％の繊維体積分率で実質的に横方向に整列した複数の不連続繊維を含む、物品。
57. 前記第１の層が実質的に金属である、請求項５６に記載の物品。
58. 前記第２の層が実質的に金属である、請求項５７に記載の物品。
59. 前記第１の層が実質的にセラミックである、請求項５６～５８のいずれか一項に記載の物品。
60. 前記第２の層が実質的にセラミックである、請求項５９に記載の物品。
61. 前記第１の層が実質的にポリマーである、請求項５６～６０のいずれか一項に記載の物品。
62. 前記第２の層が実質的にポリマーである、請求項６１に記載の物品。
63. 前記第１の層が実質的に木材である、請求項５６～６２のいずれか一項に記載の物品。
64. 前記第２の層が実質的に木材である、請求項６３に記載の物品。
65. 前記第１の層が、エポキシ、ポリエステル、ビニルエステル、ポリエチレンイミン、ポリエーテルケトンケトン、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリ（メチルメタクリレート）、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、シリコーンゴム、ポリフッ化ビニリデン、および／またはスチレンブタジエンゴムの１つまたは複数を含む、請求項５６～６４のいずれか一項に記載の物品。
66. 前記第１の層が、イミン結合オリゴマーから調製された共有結合ネットワークポリマーと、反応性部分を含む独立した架橋剤とを含む、請求項５６～６５のいずれか一項に記載の物品。
67. 前記反応性部分が、エポキシ、イソシアネート、ビスマレイミド、スルフィド、ポリウレタン、無水物、および／またはポリエステルのうちの１つまたは複数を含む、請求項６６に記載の物品。
68. 前記第１の層が、プレセラミックモノマー、シロキサン、シラザン、カルボシランのうちの１つまたは複数を含む、請求項５６～６７のいずれか一項に記載の物品。
69. 前記第１の層および前記第２の層が実質的に同じ組成を有する、請求項５６～６８のいずれか一項に記載の物品。
70. 前記第１の層および前記第２の層が異なる組成を有する、請求項５６～６９のいずれか一項に記載の物品。
71. 前記複合材料が、第３の層と、前記第２および第３の層との間に配置された第２のコア層とをさらに含む、請求項５６～７０のいずれか一項に記載の物品。
72. 前記第２のコア層が、前記第２のコア層内で少なくとも３０体積%の繊維体積分率で実質的に横方向に整列した複数の不連続繊維を含む、請求項７１に記載の物品。
73. 層と、該層に対して実質的に横方向に整列した複数の不連続繊維とを含む複合材料を含む物品であって、前記複数の不連続繊維が、前記複合材料内に５体積％～９１体積％の繊維体積分率で存在する、物品。
74. 液体を第１の層に適用するステップであって、前記液体は、複数の不連続繊維を含み、剪断流を介して、前記複数の不連続繊維の少なくとも一部の整列を引き起こすステップと、
    前記液体に磁場を印加して、前記複数の不連続繊維の少なくとも一部の整列を引き起こすステップと、
    第２の層を前記複数の不連続繊維に適用するステップと、
    前記第１および第２層に熱および／または圧力を加えて複合材料を形成するステップと、を含む方法。
75. 前記液体が水を含む、請求項７４に記載の方法。
76. 前記液体がスラリーを含む、請求項７４または７５のいずれか一項に記載の方法。
77. 前記液体が溶液である、請求項７４～７６のいずれか一項に記載の方法。
78. 前記液体がエマルションである、請求項７４～７７のいずれか一項に記載の方法。
79. 前記液体がポリマーを含む、請求項７４～７８のいずれか一項に記載の方法。
80. 前記液体が界面活性剤を含む、請求項７４～７９のいずれか一項に記載の方法。
81. 前記液体が結合剤を含む、請求項７４～８０のいずれか一項に記載の方法。
82. 前記液体がサイジングを含む、請求項７４～８１のいずれか一項に記載の方法。
83. 前記基材が熱可塑性樹脂を含む、請求項７４～８２のいずれか一項に記載の方法。
84. 前記不連続剤が炭素繊維を含む、請求項７４～８３のいずれか一項に記載の方法。
85. さらに前記複数の不連続剤間の静電相互作用を中和するステップを含む、請求項７４～８４のいずれか一項に記載の方法。
86. 磁場を前記液体に印加して、前記複数の不連続繊維の少なくとも一部の実質的に横方向の整列を引き起こすステップを含む、請求項７４～８５のいずれか一項に記載の方法。
87. 前記磁場が少なくとも０．０１Ｔの最小磁場強度を有する、請求項７４～８６のいずれか一項に記載の方法。
88. 前記磁場が１０Ｔ以下の最大磁場強度を有する、請求項７４～８７のいずれか一項に記載の方法。
89. 前記液体を除去するステップが、前記液体を加熱して前記液体の少なくとも一部を除去するステップを含む、請求項７４～８８のいずれか一項に記載の方法。
90. さらに前記基材に圧力を加えるステップを含む、請求項７４～８９のいずれか一項に記載の方法。
91. 前記基材に圧力を加えることにより、前記複数の不連続剤の少なくとも一部が前記基材に埋め込まれる、請求項９０に記載の方法。
92. 液体を層に適用するステップであって、前記液体が、複数の不連続繊維を含み、剪断流を介して、前記複数の不連続繊維の少なくとも一部の整列を引き起こすステップと、
    前記液体に磁場を印加して、前記複数の不連続繊維の少なくとも一部の整列を引き起こすステップと、
    前記層に熱および／または圧力を加えて複合材料を形成するステップと、を含む方法。
93. 前記液体に磁場を印加して、前記複数の不連続繊維の少なくとも一部の整列を引き起こすステップを含む、請求項９２に記載の方法。

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