JP6010044B2 - 向上した減衰特性を有する多層の組成勾配構造物 - Google Patents

Description

関連出願に対する相互参照
本出願は、２０１０年１２月２８日付けで出願した米国仮出願番号６１／４２７，７７６（これは引用することによって全体が本明細書に組み入れられる）による優先権の利点を主張するものである。

発明の分野
好ましい音響および振動減衰特性を有すると同時に他の複合材料機械的特性が向上している複合材料を開示する。特に、組成勾配を有する不織布の多層不織布中間層を含有する複合材料は、例えば航空機に見られる構造物、例えば機体外板、縦通材およびフレームなどで用いるに有用である。また、そのような複合材料を製造する方法および前記複合材料を含有する構造物および航空機も意図する。

関連技術の記述
繊維強化重合体マトリクス複合材料（ＰＭＣ）は、攻撃的環境に対する抵抗、高い強度および／または軽量が要求される用途で通常用いられる高性能構造材料である。そのような用途の例には、航空機の部品（例えば尾部、翼、機体、プロペラなど）、船体および自転車のフレームが含まれる。ＰＭＣはマトリクス材料、例えば重合体樹脂などで一緒に結合している繊維層を含有して成り得る。その繊維が当該マトリクスを強化することで当該複合材料が支えるべき負荷の大部分を支える一方で当該マトリクスが支える負荷は当該複合材料が支えるべき負荷の小部分でありかつまた前記マトリクスは負荷を破断した繊維から無傷の繊維に伝えることも行う。このようにしてＰＭＣは当該マトリクスまたは繊維のいずれかが単独で支えることが可能な負荷以上の負荷を支えることができる。その上、強化繊維を特に形状または配向の点で注文に合わせることによって、重量および体積が最小限になるように当該複合材料を効率良く設計することができる。

ＰＭＣを製造する目的で数多くの方法が開発されてきた。例にはウエットレイアップ（ｗｅｔ ｌａｙｕｐ）、プレプレギング（ｐｒｅｐｒｅｇｇｉｎｇ）および液体注入が含まれ得る。ウエットレイアップでは、強化繊維をマトリクス材料で湿らせ、鋳型空洞部の中に入れた後、固化もしくは硬化させる。このような方法は自動式に実施可能であり、例えばチョッパーガンまたは乾燥した繊維のロールを受け取る機械を用い、それらを樹脂浸漬浴の中に流しそしてその湿った状態の繊維を鋳型の中に入れることなどで実施可能である。別法として、刷毛を用いて樹脂を手で塗布することも可能である。

プレプレギングでは、前以て含浸を受けさせておいた織布またはプレプレグを用いて複合材料の部品を加工する。強化繊維にマトリクス樹脂を制御した様式で染み込ませた後に凍結させることによって前記樹脂の重合を禁止する。次に、その凍結させたプレプレグを凍結条件下で輸送しかつ必要になるまで貯蔵する。複合材料の部品をプレプレグから製造する時、そのプレプレグを解凍させて室温にし、適切な大きさに切断した後、鋳型の空洞部の中に入れる。前記プレプレグを適切な場所に置いた後、真空バッグに入れ、そして空隙が最小限になるように加圧下で硬化させることで必要な繊維体積分率を達成する。

高度な複合材料は高い強度対重量比および剛性対重量比を有することからそれらの使用は過去数十年に渡って幅広く受け入れられてきている。高度な複合材料は、金属および金属−マトリクス複合材料に比べて高い剛性を示しはするが、減衰性能は劣っている。このように、剛性および強度がほとんど低下していなくて構造用複合材料系が有する高い減衰
能力を示す高度な複合材料が必要とされている。

本出願と同じ譲受人に発行された特許文献１は複合材料に向けたものであり、その材料は粘弾性インターリーフを有する不織布層を含有して成り、そのインターリーフは中間層として位置していてもよい。この材料は通常の材料に比べて向上した音響および振動減衰特性を示しはするが、本産業では、技術を進展させかつ顧客を満足させる目的で、音響および振動減衰特性を有すると同時に向上した複合材料機械的特性、例えば層剥離強度などを示す材料が求められている。加うるに、プラズマ処理（これは複雑で高価でありかつ潜在的に攻撃的な処理であることから、他の機械的特性に対して潜在的に有害な影響を与える可能性がある）を用いないで音響および振動減衰特性を達成することができれば、これは有用であろう。

米国出願番号１２／６８３１０５（公開番号２０１００１７０７４６）

発明の要約
本明細書に示す新規な組成物を用いて前記および他の特性を達成するが、本新規な組成物には、硬化もしくは未硬化の構造用複合材料および硬化もしくは未硬化のサンドイッチ型構造用複合材料が含まれる。

いくつかの態様における硬化もしくは未硬化の構造用複合材料は、構造成分、例えば炭素繊維など、樹脂成分、および中間層（少なくとも２種類の不織布材料を１層以上の不織布層の状態で含有して成る）を含有して成り、ここで、前記構造成分は、構造用繊維を含有して成る複数の織物層の形態であり、かつ少なくとも２種類の不織布材料を１層以上の不織布層の状態で含有して成る前記中間層は、隣接して位置する対になった前記織物層の間に位置し、かつ１番目の種類の不織布材料が前記中間層の中心部分を構成しておりかつ２番目の種類の不織布材料が前記中間層の外側部分を構成していて中心部分のいずれかの側に位置し、かつ硬化後に本構造用複合材料中のインターリーフが前記中心部分中の不織布材料と前記外側部分中の不織布材料の間でｚ方向に樹脂相互貫入勾配を構成している。

いくつかの態様における硬化もしくは未硬化のサンドイッチ型構造用複合材料は、１番目のスキン層および２番目のスキン層（ここで、前記１番目のスキン層および前記２番目のスキン層は複数の織物層を含有して成る）、前記１番目のスキン層と前記２番目のスキン層の間に位置する構造中心部、樹脂成分、および少なくとも２種類の不織布材料を１層以上の不織布層の状態で含有して成るインターリーフを含有して成り、ここで、１番目の種類の不織布材料が前記中間層の中心部分を構成しておりかつ２番目の種類の不織布材料が前記中間層の外側部分を構成していて前記中心部分のいずれかの側に位置し、かつ硬化後に本構造用複合材料中の前記インターリーフが前記中心部分中の不織布材料と前記外側部分中の不織布材料の間でｚ方向に樹脂相互貫入勾配を構成しており、かつ
ａ）前記インターリーフは１つのスキン層と前記構造中心部の間に位置するか、
ｂ）前記インターリーフは前記スキン層中の隣接して位置する２層の織物層の間に位置するか、或は
ｃ）前記インターリーフは１つのスキン層と前記構造中心部の間に位置しかつ２番目のインターリーフが前記スキン層中の隣接して位置する２層の織物層の間に位置する。

更に、ある組成物は樹脂成分およびインターリーフ（少なくとも２種類の不織布材料を１層以上の不織布層の状態で含有して成る）を含有して成っていてもよく、ここで、１番
目の種類の不織布材料が前記中間層の中心部分の中に存在しかつ２番目の種類の不織布材料が前記中間層の外側部分の上に存在していて中心部分のいずれかの側に位置し、かつ硬化後に構造用複合材料中の前記インターリーフが前記中心部分中の不織布材料と前記外側部分中の不織布材料の間でｚ方向に樹脂相互貫入勾配を構成している。

いくつかの面では、硬化後に前記樹脂成分が前記インターリーフの外側部分の中に相互貫入している量の方が前記中心部分の中に相互貫入している量よりも多い。

いくつかの面における前記インターリーフは不織布材料を少なくとも３層含有して成り、ここで、前記中心部分が前記１番目の種類の不織布材料の層を含んで成り、かつ前記外側部分が前記２番目の種類の不織布材料の外側層であり、かつ前記中心層が前記外側層間に位置する。しかしながら、また、単層も意図し、この場合、前記インターリーフが組成勾配を有する不織布材料の層を１層含有して成り、かつ前記組成勾配は前記インターリーフの中心部分から外側部分に向かって徐々に変化している。硬化前の前記不織布材料に前記樹脂成分をある程度または完全に前以て染み込ませておいてもよい。加うるに、前記インターリーフと前記構造成分の接着性が更に向上するように前記インターリーフの表面を前以て処理しておいてもよい。前記不織布材料は好適には少なくとも１種の熱可塑性エラストマーまたはこれの混合物および少なくとも１種の熱可塑性重合体または共重合体および／またはこれの混合物を含有して成る。前記熱可塑性エラストマーはスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィンが基になった熱可塑性エラストマーおよびこれらの混合物から成る群より選択した少なくとも１種の共重合体を含有して成っていてもよい。そのような熱可塑性プラスチックはポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、それらの共重合体の１つおよびこれらの混合物から成る群より選択可能である。

前記インターリーフに更に有機および無機化合物または充填材を含有させることも可能である。

前記樹脂成分は熱硬化性組成物であってもよい。

硬化工程に先立って前記インターリーフを前記樹脂成分の中に埋め込んでおいてもよい。

前記および他の態様を本明細書に開示する。

図１に、本明細書に記述する多層構造物の態様を描写する。構造１は、不織布層に樹脂を前以て完全に染み込ませておいた態様を例示するものである。構造２は、不織布層に樹脂を前以てある程度染み込ませておいた態様を例示するものである。 図２は、マルチ−ベール改質複合材料を比較するグラフであり、これは、１００−３０００Ｈｚ範囲内の平均損失率を温度の関数として示している。 図３に、多層改質積層品中の中間面を拡大した断面の明視野および蛍光顕微鏡写真を示す。 図４は、−３０℃における損失率を振動数の関数として示すグラフである。 図５は、２５℃における平均透過損失を振動数の関数として示すグラフである。

好適な態様の詳細な説明
組成勾配を有する不織布多層ベールもしくはインターリーフを複合材料の一部として用
いることで高い減衰性能を得ることができると同時に更に他の複合材料機械的特性、例えば層剥離強度などを向上させることができる。いくつかの面において、連続して位置する不織布材料は、インターリーフの層もしくは部分の間、例えば中心部の位置もしくは層と隣接して位置する外側部分もしくは層などの間の材料不適合性を防ぐほど充分に類似してはいるが、それと同時に、硬化後に外側部分もしくは層が示す樹脂相互貫入の度合が隣接して位置する中心部分もしくは層のそれに比べて良好であるように充分に異なる。そのような連続物は、単一の不織布材料を用いるか或は好ましくない層の連続物を用いたのでは同時に達成することが困難である有利な特性の組み合わせを示す特有の層間形態を形成している。

そのような特性は航空宇宙産業にとって重要であり、航空宇宙産業はその製品が示す性能を向上させることに焦点を当てていることから、航空機の一次および二次構造物用の高度な複合材料の使用が継続して増えていくだろう。

複合材料を航空機のデザインで用いることの主要な利点は、部品の数が有意に少なくなりかつ固定具および接合部の必要性を有意に低下させることが可能になるように、高い強度対重量比、優れた疲労耐久性、耐腐食性および柔軟性である。

しかしながら、複合材料は剛性を示すことから、結果として騒音は振動を減衰させる効力および結果として起こる構造材料の疲労が金属に比べて劣る。

音響性能を向上させる標準的な解決方法には、受動的、半能動的もしくは能動的制御技術の使用が含まれる。

複合材料構造物の振動／騒音問題を取り扱う目的で用いられる１つの一般的機構は粘弾性減衰が基になっている。この場合、数多くの非拘束もしくは拘束“アドオン（ａｄｄ ｏｎ）”デバイスを放射／振動表面に加える必要がある。１番目の事例として、減衰層を振動表面に直接結合させることで一連の周期的張力／圧縮変形に加えて構造物の湾曲によってエネルギーを逸散させる。２番目の事例として、拘束用複合材料／金属層と組み合わせた粘弾性／弾性層を放射表面に結合させることで周期的せん断変形機構によって振動／音響歪みエネルギーが熱に逸散するのを助長する。

騒音低下を向上させかつ走り心地を向上させる目的で多層のアドオン音吸収性材料が自動車内装用途で用いられている。そのような用途の目的で様々な組成、厚み、重量、音響性能および製造性を有する粘弾性連続フィルム、コア、フォームおよび不織布の様々な組み合わせが開発された。自動車内装の音響性能を向上させる目的で、空気不透過性バリア、空気透過性強化用コア、空気透過性連続気泡フォーム、繊維含有パッドおよび半透過性で気流抵抗性の膜を連続して含有する構造物が開示された（ＵＳ７３２０７３９Ａ２）。有機繊維不織布層の片面に位置しかつ車体部分に結合していることで空気層が最後の２層の間に位置するように層状になった硬質表面膜材料によって構成されている複数の層を含有して成る軽量の音吸収材料が提供された（ＷＯ２００７／０２６４１１Ａ１）。通常は、デバイスの位置決めを助長しかつ全面的な糊付けを助長する目的で減衰を受けさせるべき部分に向かう減衰用フィルムの表面に接着剤層を塗布している。減衰性能を向上させかつ車体とルーフパネルへの接着性を向上させる目的で一連の穴開きフィルム、多孔質フィルムおよび連続フィルムを含有させた多層アドオン減衰用フォイルが開示された（ＵＳ６９５３１０５Ｂ２）。また、繊維担持型熱可塑性フィルムを固定しかつ接着性フィルムを組み合わせることを包含する解決方法も開発された（ＵＳ２００８／０１５２８５４Ａ１）。ＵＳ２００９／００７５０５２Ａ１には、熱溶着用接着テープが記述されており、そのテープは、アクリレートもしくは天然ゴムが基になっていて繊維と混ざり合っている感圧接着剤で被覆されている結合した高分子基質を含有して成る。織物、布およびおむつ用途では、製品の柔軟性および適合能力を維持（ＵＳ２００８／００４１３８）しているか或は潜在的伸縮能力（ＵＳ２００８／００９５９７８）を示しながら美的および手触り特性が向上するように弾性フィルムと不織布を特定の配列で含有させた複雑な構造物が広範に用いられている。

騒音および疲労の影響を最小限にする目的で共硬化させたインターレイド粘弾性フィルムを用いて複合積層品を生じさせることを基にした２番目の方策が最近開発された。例えばＵＳ２００７／００７１９５７に構造マトリクス材料の中に埋め込まれている多数の繊維材料を含有しかつそれらの間に減衰用穴開きフィルムを含有する構造用複合材料の使用が開示されている。また、熱硬化性樹脂マトリクスと一緒にＴｇ以上（粘弾性状態）でプレプレグにされた繊維（ＵＳ６７６４７５４）または共硬化繊維担持型粘弾性フィルム（ＵＳ２００８／０２７７０５７）を含有する複合積層構造物も開示された。

また、マトリクス材料および複数の形状記憶合金ワイヤー繊維を含有して成る複合構造物の使用が基になった代替解決方法も提供された（ＷＯ２００８／１４７７５４）。

米国出願番号１２／６８３１０５（公開番号２０１００１７０７４６）は、粘弾性インターリーフ（これは中間層として位置していてもよい）を有する不織布層を含有して成る複合材料に向けたものである。

標準的な材料解決法によって複合材料が示す減衰性能がある程度は改善され得るが、それでもそれらはコスト、重量、機械的性能および製造工程の柔軟性／適切性の点で実質的な制限を示す。最先端技術の材料が示す化学的性質（主に加硫エラストマー）および製品形態（主に連続フィルム）は、注入もしくは自動化繊維配置工程への適用に限界がある。‘アドオン’ダンパーは大部分がそれを放射表面に手動で取り付ける必要があり、その結果として追加的取り付け、労力および保守費用がかかる。従って、現在の製造工程を用いて複合構造物の中に一体化することが可能でありかつ特定の用途に容易に注文に合わせることが可能であることで前記技術的および費用の制限の大部分を克服する材料解決法がまだ強く求められている。

いくつかの態様では、複合構造物の特定領域（例えば中間層）の中に多層不織布材料を一体化すると硬化サイクル中に制御された層間構造物が生じ、その結果としてｚ方向に樹脂相互貫入勾配が生じる。ｚ方向は不織布技術で一般的に理解される方向であり、それには一般に“面外”方向、または構造用複合材料の中の様々な層の面に対する垂直方向が含まれる。そのように多層不織布材料を一体化すると結果として機械的特性が維持されるか或は向上すると同時に騒音／振動減衰が実質的に向上し得る。いくつかの面における中間層は複数の隣接して位置する層を有し、かつ隣接して位置する２つの層の中に用いる不織布材料は適合し得るに充分なほど類似しているが、各材料の樹脂相互貫入度合によって結果として硬化後に好ましい減衰および機械的特性がもたらされるように充分に異なる。例えば、硬化後に外側層間に位置する中心層に比べて樹脂相互貫入度合が良好な外側層を用いることでそのような特性を達成することができる。いくつかの態様では、硬化サイクル中に外側の不織布層の組成、厚みおよび空気透過性によって、より多くの樹脂が不織布マルチ−ベール構造物の中に染み込む、と言うのは、それは形状を維持する能力を有しかつ当該不織布材料、例えば超極細繊維などの膨潤を制限するからである。対照的に、前記中心層は若干異なる組成および空気透過性を示すことから、当該不織布材料（例えば超極細繊維）の膨潤がより増強されかつ制御される可能性があり、このようにして、樹脂の相互貫入に利用される空間が若干小さくなる。異なる不織布材料を用いかつこれらの材料を特別な配列で用いることで構造物内の樹脂相互貫入を制御することによって、優れた層間強度および減衰特性を達成する。従って、中心部に比べて樹脂含有量が高い相互貫入領域を含有する外側部分が備わっている構造物は結果として優れた減衰および機械的性能を示す。このような効果はまたｚ方向に組成勾配を有する単一層材料を用いることでも達成可能である。対照的に、高い透過性を示す外側層と相互連結している高透過性中心部を有する構造物はそれほど好ましい減衰および層間強度特性を達成しないであろう。以下の表２に示す構造物２では、マルチベール構造物の３層がより高い樹脂相互貫入度合を示すように同じベールグレードを用いる。このケースでは、結果として前記マルチベール構造物のｚ方向における樹脂相互貫入は均一である。本発明の面で達成する特有の形態を硬化後に達成することができず、このような構造にすると結果として減衰および機械的特性が劣ってしまう。このように、組成が同じ３種類の無作為材料を用いたのでは本発明の面で達成する特有の形態がもたらされないことを例示する例として構造物２を報告する。

いくつかの態様では、当該中心層もしくは中心部分は他の層もしくは部分と一緒になってほぼ連続的な網状組織を作り出す、と言うのは、隣接して位置する層もしくは部分の中の不織布材料（例えば超極細繊維）間の接触面の所で起こる膨潤および相互貫入が制御されるといった効果がもたらされるからである。いくつかの面において、このような挙動は、層もしくは部分間の組成の差が非常に限られていることによるものであり、それによって材料不適合性の問題が防止される。

このように、用いる様々な不織布材料の組成および物理的パラメーターの両方および不織布層または中間層部分を位置させる特定の配列によって硬化後の樹脂含有量、減衰に対する効果および結果としてもたらされる複合材料が示す機械的性能が決まり得る。

当業者は樹脂相互貫入および様々な不織布材料間の適合性を比較する目的で材料の試験を容易に行うことができるであろう。

適合し得る不織布組成物は、接触面の張力の度合が低くかつ共溶媒、イオン性、分子間、双極子−双極子、イオン−双極子、Ｈ−結合またはファンデルワールス力の効果として固体状態の接触面接着力が高いことで特徴付け可能である。いくつかの面における適合し得る不織布組成物は硬化サイクル中に著しい相分離を起こして個々の成分になることはなくかつ複合材料操作条件下で有用な技術的特性を失うこともない。様々な不織布組成物が示す適合性度合を評価する目的で様々な熱的、散乱、分光、顕微鏡、クロマトグラフィーおよび界面技術を用いることができる。特徴付け技術の選択は主に不織布の組成および様々な混合物の成分重合体の間の相互作用の種類によって推進される。

不織布が示す空気透過性の値はＡＳＴＭ Ｄ７３７−０４（２００８）に従って測定可能である。高い空気透過値（例えば＞７０ｃｃ／ｃｍ２／秒）を示す不織布層をマルチベール構造物の外側の不織布層用としてか或は構造物内のｚ方向に組成勾配を示すベールの外側部分用として用いることができる。低い空気透過値（例えば＜７０ｃｃ／ｃｍ２／秒）を示す不織布層をこの開示する多層構造物の不織布中心層用としてか或は構造物内のｚ方向に組成勾配を示す不織布の中心部分用として用いることができる。

最適な空気透過レベルを通常は不織布の組成、超極細繊維の膨潤係数、樹脂の組成および硬化サイクルを基にして選択する。

含浸もしくはある程度の含浸を受けさせておいた不織布の小部分に分析をホットステージシステムが備わっている光学顕微鏡を用いて受けさせ、かつ硬化サイクル条件を再現する目的で、不織布の膨潤挙動および樹脂の相互貫入レベルを観察しかつ量化することができる。樹脂系内で起こす膨潤度合が最小限（初期体積の５０％未満）であるか或は膨潤を起こさない超極細繊維で構成させた不織布は、マルチベール構造物の外側の不織布層用としてか或は構造物内のｚ方向に組成勾配を有するベールの外側部分用として用いるに適す
る。膨潤度合が初期体積の５０％以上、より具体的には５０および２００％である超極細繊維で構成させた不織布は、この開示する多層構造物の中心の不織布層用としてか或は構造物内のｚ方向に組成勾配を有する不織布の中心部分用として使用可能である。

そのような多層ベールと樹脂の組み合わせは、如何なる形状、構造および仕様要求（層の組成、繊維の直径、重量、厚み、空気／樹脂透過性および機械的特性）も満足させるようにいくつかの柔軟度が確保されるように容易に加工可能である。具体的温度および振動減衰要求を満足させる様々な構造および層配列を開発することができる。そのような材料は大部分の複合材料製造工程で用いるに適切であり、そのような工程には、注入および自動化繊維配置が含まれる。そのような多層構造物および組成勾配構造物を用いると結果として有意に部品の数が少なくなり、軽量になり、構造の複雑さが低下しかつ労力／設置／保守費用が低くなる可能性がある。その材料の一体化は追加的段階無しに機体外板／フレーム／縦通材製造中に実施可能である。このような解決法は当該構造物の特定領域のみに容易に適用可能であることから減衰効率および軽量化に更に貢献するであろう。複合構造物が示す音響減衰性能が向上するとさらなる費用および重量低減が期待される、と言うのは、外板と内装パネルの間に取り付けられる二次的減衰対策具の大きさおよび重量が軽減されるからである。

熱可塑性エラストマーおよびこれらの混合物を熱可塑性重合体、共重合体またはこれらの混合物と組み合わせると音響減衰用途における加工能力とコストと熱機械的特性の間のバランスが良好になることが分かった。人工不織布を複合構造物の選択した領域の中に一体化することでそれらが示す騒音振動減衰性能を向上させることができる。組成、空気透過性、Ａ／Ｗ、繊維の直径および太さなどの如きパラメーターを微調整することで樹脂相互貫入の適切／所望レベルを達成することができ、従って高い引き剥がし強度値および凝集破壊を達成することができる。逆に、インターリーフ構造内の樹脂含有量が高いと積層品が示す減衰可能性が制限される可能性がある。

インターリーフ含有連続エラストマーフィルムは単独または接着剤との組み合わせとして複合材料が示す音響性能を向上させ得る。用いる材料（主に加硫ゴム）が示す固有の性質によって隣接して位置する層に対する接着性が制限され、それによって機械的性能が大きく低下することで航空機の構造用部品および構造物として用いられる可能性が大きく低下する。

ｚ方向に樹脂相互貫入勾配を有する制御された構造物を硬化させるサイクルの間にもたらされる本明細書に記述する解決法の面によって、機械的特性を維持または向上させると同時にインターリーフ含有複合材料の減衰と引き剥がし強度の両方の性能が最大限になり得る。

本明細書で用いる如き用語“ほぼ”、“約”および“実質的”は、示す量に近いがそれでも所望の機能を遂行するか或は所望の結果を達成する量を表す。例えば、用語“ほぼ”、“約”および“実質的”は、示す量の１０％以内、５％以内、１％以内、０．１％以内および０．０１％以内の量を指し得る。

本明細書で用いる如き用語“ある程度”または“の少なくとも一部”は、ある全体の中のある量を表し、それにはその全体のある量（その全体を包含し得る）が含まれる。例えば、用語“の一部”は、全体の０．０１％以上、０．１％以上、１％以上、１０％以上、２０％以上、３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上、９５％以上、９９％以上および１００％の量を指し得る。

本明細書で用いる如き用語“一体化”は当業者に公知の如き通常の意味を有し、構造物
内で協力的に機能する要素の組み合わせを含有する減衰構造物を指し、その中の如何なる要素も主構造物の本質にかかわる部分でありかつ容易には分離不能であり、１つの面では決して分離することができない。いくつかの態様の一体化減衰構造物には、減衰用不織布材料と一緒に共硬化している複合材料が含まれる。他の態様では、当該樹脂成分が不織布材料にある程度または実質的に完全に染み込んでいる。このように、その構造用樹脂組成物は複合構造物全体に渡って連続またはある程度連続的である。加熱すると、樹脂マトリクス内でインターリーフの部分的拡散と絡み合いを得ることができることで、最終的複合材料の強度が更に向上しかつ一体化構造物がもたらされる。

本明細書で用いる如き用語“共硬化”は当業者に公知の如き通常の意味を有し、単一段階で硬化する材料を包含する。例えば、樹脂がある程度または完全に染み込んでいるインターリーフを有するプレプレグでは、共硬化または単一段階の硬化が起こり得る。いくつかの態様では、不織布材料を有する中間層と複合材料に含める成分の残りを一緒に共硬化させると結果として一体化構造物がもたらされる。

そのような不織布材料は様々な製造工程で使用可能である。その不織布材料を用いてまたプレプレグを製造することも可能である。１つの態様では、当該不織布材料と繊維もしくはプレフォームに樹脂を同時または同じ注入工程中に注入することで一体化構造物を生じさせることができる。この態様における層は、構造物の中に埋め込まれている流動遮蔽剤として作用する連続フィルムでも、ある程度連続したフィルムでもない。

本明細書で用いる如き用語“構造成分”は当業者に公知の如き通常の意味を有し、構造用繊維を含有して成る材料を包含し、それの形態は、複数の織物層、例えば織炭素繊維布などの形態である。

本明細書で用いる如き用語“構造用繊維”には、最終的複合材料の強度に加わる繊維、例えばガラスまたは炭素繊維などが含まれ、従って、それらが示す弾性率は５０ＧＰａ以上である。

本明細書で用いる如き用語“樹脂成分”は当業者に公知の如き通常の意味を有し、機体外板、縦通材およびフレームの製造で用いるに適した構造用樹脂組成物を包含する。

本明細書で用いる如き用語“マトリクス”、“樹脂”および“マトリクス樹脂”は当業者に公知の如き通常の意味を有し、熱硬化および／または熱可塑性材料を含有して成る１種以上のコンパウンドを包含し得る。例には、これらに限定するものでないが、エポキシ、エポキシ系硬化剤、フェノール樹脂、フェノール、シアネート、イミド（例えばポリイミド、ビスマレイミド（ＢＭＩ）、ポリエーテルイミド）、ポリエステル、ベンゾオキサジン、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートおよびポリエーテルケトン［例えばポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、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）など］、これらの組み合わせおよびこれらの前駆体が含まれ得る。

有益には、一体化減衰構造物を用いると結果として減衰用要素の有意な軽量化がもたらされかつ保守費用が低下し、部品の数が少なくなりかつ労賃が低くなる。加うるに、騒音が低くなると結果として航空機の機体で用いられる二次的減衰用処理具、例えば大きすぎるグラスウールブランケット、トリミングおよび他の設置具などを最小限にすることができることでさらなる軽量および費用削減がもたらされる可能性がある。

本明細書で用いる用語“減衰”または“減衰用”は当業者に公知の如き通常の意味を有
し、振動する構造物の機械的エネルギーの逸散を包含する。エネルギーの逸散には、機械的エネルギーが熱エネルギーに変化した後に構造物の環境に失われることが含まれ得る。１つの態様における減衰は受動が基になった材料減衰である。１つの態様における複合積層品は高い減衰特性を示し、例えば幅広い範囲の振動数および温度に渡って高い損失率、

を示す。適切な振動数には約２００−５０００Ｈｚが含まれる。適切な温度には約−５０℃から＋２０℃、例えば−４０℃から＋１０℃、−３０℃から＋２０℃、−２０℃から＋１０℃、−１０℃から＋２０℃または０℃から＋１０℃が含まれる。

本明細書で用いる如き用語“プレプレグ”は当業者に公知の如き通常の意味、例えばこの上に記述した如き意味を有する。プレプレグには、体積の少なくとも一部の中にマトリクス材料が染み込んでいる繊維のシートまたは薄膜が含まれる。そのマトリクスはある程度硬化した状態で存在していてもよい。１つの態様におけるプレプレグが示す繊維体積分率はプレプレグの総体積を基準にして約０．５０から０．６０体積％の範囲である。

本明細書で用いる如き用語“硬化する”および“硬化”は当業者に公知の如き通常の意味を有し、重合および／または架橋工程を包含し得る。硬化は、これらに限定するものでないが、加熱、紫外線暴露および放射線暴露を包含する工程で実施可能である。特定の態様では、硬化を当該マトリクス内で起こさせてもよい。硬化に先立って、当該マトリクスに更にほぼ室温で液体、半固体、結晶性固体およびこれらの組み合わせである１種以上の化合物を含有させることも可能である。さらなる態様では、当該プレプレグ内のマトリクスをある程度硬化させることで選択した粘着もしくは粘着性を示すようにすることができる。

本明細書で用いる如き用語“複合材料”は各々当業者に公知の如き通常の意味、例えばこの上に記述した如き意味を有する。複合材料は多数のプレプレグを含有している可能性がある。熱、真空および外部の圧力の中の少なくとも１つをかけることでプレプレグを固化させて複合材料を生じさせることができる。その結果としてもたらされた複合材料は、これらに限定するものでないが、航空宇宙用途で使用可能である。

本明細書に記述する複合材料の態様は、溶媒であるメチルエチルケトン（ＭＥＫ）による条件付けの影響を実質的に受けない見かけ層間せん断強度を示す。いくつかの態様では、ＭＥＫによる条件付け後に前記せん断強度の９０％、例えば９０％、９１％、９２％、９３％、９４％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％または１００％が維持される。

本明細書で用いる如き語句“せん断強度”は当業者に公知の如き通常の意味を有する。試験片にせん断に関する試験を様々な様式で受けさせることができる。１つの態様における見かけせん断強度は、最初の破壊が起こる瞬間の試験片の厚みの半分の所で計算した最大せん断応力であり、これの測定は固定具、例えば３点曲げなどによって実施可能である。３点曲げにおけるせん断強度を

で示すことができ、ここで、ＰＲは最初の破壊が起こった瞬間の最大力であり、ｂは試験片の幅でありそしてｈは試験片の厚みである。

本明細書で用いる如き用語“繊維”は当業者に公知の如き通常の意味を有し、複合材料の強化に適合する１種以上の繊維材料を包含し得る。繊維は粒子、フレーク、ホイスカ、短繊維、連続繊維、シート、プライおよびこれらの組み合わせのいずれかの形態を取り得る。更に、連続繊維は一方向、多次元（例えば二次元または三次元）、不織布、織物、編物、ステッチ、巻きおよび編組み構造ばかりでなく渦巻きマット、フェルトマットおよび細断マット構造のいずれかを取り得る。織繊維構造物が含有する多数の織トウが有するフィラメントの数は約１０００未満、フィラメントの数は約３０００未満、フィラメントの数は約６０００未満、フィラメントの数は約１２０００未満、フィラメント数は約２４０００未満、フィラメントの数は約４８０００未満、フィラメントの数は約５６０００未満、フィラメントの数は約１２５０００未満そしてフィラメントの数は約１２５０００以上であり得る。さらなる態様として、そのようなトウをクロス−トウステッチ、横糸挿入編みステッチまたは少量の樹脂、例えばサイジングなどで適当な位置に保持することも可能である。

そのような繊維の組成を必要に応じて変えることができる。繊維組成物の具体例には、これらに限定するものでないが、ガラス、炭素、アラミド、石英、ポリエチレン、ポリエステル、ポリ−ｐ−フェニレン−ベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）、ホウ素、炭化ケイ素、ポリアミド、グラファイトおよびこれらの組み合わせが含まれ得る。１つの態様における繊維は炭素、ファイバーグラス、アラミドまたは他の熱可塑性材料である。そのような強化用繊維は有機または無機であり得る。更に、そのような繊維には織物構造物も含まれ得、それには形態が連続または不連続のいずれも含まれる。

本明細書で用いる如き用語“不織布”は当業者に公知の如き通常の意味を有し、織られていない繊維含有自己結合性ウエブを包含し得る。１つの態様における“不織布”は、個々の繊維が識別可能な様式で織り合わされた構造をもたらす織物織り工程の使用無しに生じさせたいずれかの材料を指す。不織布は短繊維もしくは長繊維を用いて製造可能である。不織布材料は樹脂注入工程で用いるに適切であり得る、と言うのは、不織布の透過性を制御することができることから不織布材料の中に樹脂を流すことができるからである。対照的に、連続もしくは穴開きＶＥＭフィルムは樹脂の流れを妨げる物理学的バリヤーを作り出す。不織布材料には、ウエット−レイド、ドライ−レイド（カーデッド、エアレイド）、スパンメルト（スパンレイド、メルトブローン）、フラッシュスパン、静電スパン、ウォーター−ジェット−パンチド、ニードルパンチド構造物が含まれる。

不織布用の代表的な重合体には、ａ）少なくとも１種の熱可塑性エラストマーまたはこれの混合物およびｂ）１種の熱可塑性重合体または共重合体および／またはこれらの混合物が含まれる。

熱可塑性エラストマーのいくつかの態様には、ポリブタジエン、ポリイソプレン、水添ポリブタジエン、水添ポリイソプレンまたはこれらの組み合わせを含有するスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィンが基になった熱可塑性エラストマー、ハロゲン含有ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリアミドポリエーテル共重合体、コポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアクリレートが基になった熱可塑性エラストマーおよびこれらの混合物が含まれる。いくつかの態様では、スチレン系熱可塑性エラストマー、例えば水添エチレン−プロピレン軟質単位（ＳＥＰＳ）とスチレン系硬質ブロックを含有する共重合体、例えばＫｕｒａｒａｙ Ｓｅｐｔｏｎ ２０６３またはＫｒａｔｏｎ ＦＧ１９２４Ｘなど、または水添エチレン−ブタジエン軟質単位（ＳＥＢＳ）とスチレン系硬質ブロックを含有する共重合体、例えばＰｏｌｉｍｅｒｉ Ｅｕｒｏｐａ ＥｕｒｏｐｒｅｎｅまたはＡｌｐｈａ Ｇａｒｙ Ｅｖｏｐｒｅｎｅなどを不織布層配合用主成分として選択してもよい。

熱可塑性重合体もしくは共重合体のいくつかの態様には、ポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、コポリエステルもしくはこれらの混合物など、ポリアミド、例えばナイロン６またはナイロン６６、ポリアリールアミド、ポリアミドイミドなど、オレフィン系重合体、例えば低、中および高密度ポリプロピレン、低、中および高密度ポリエチレン、アタクティック、シンジオタクティックまたはイソタクティックポリプロピレンおよびこれらの混合物、ポリエチレンビニルアルコールおよびこれらの混合物、ポリ（１−ブテン）、ポリ（２−ブテン）、ポリ（３−メチル−１−ブテン）、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）、ポリ（１−ヘキセン）、ポリ（１−ヘプテン）、ポリ（１−オクテン）、ポリ（１−ノネン）、ポリ（１−デセン）、ポリ（１−ドデセン）、ポリ（１−テトラデセン）、ポリ（１−ヘキサデセン）、ポリ（１−オクタデセン）、これらの共重合体および混合物、オレフィン系共重合体およびこれらの混合物、ビニル重合体および共重合体、例えばポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコールおよびポリエチレンビニルアセテートなど、アクリル系重合体および共重合体、ポリウレタンおよび現在知られているか或は後に開発される他の重合体およびこれらの混合物が含まれる。

いくつかの態様では、その選択した熱可塑性エラストマーと一緒にポリプロピレン（ＰＰ）および高Ｔｍのポリオレフィン、例えばＭｉｔｓｕｉ ＣｈｅｍｉｃａｌｓからＴＰＸ（登録商標）の商標名を伴って様々なグレードで商業的に入手可能な４メチル−１ペンテン共重合体を様々なパーセントで混合することで多層構造の不織布材料の１つを生じさせることができる。

いくつかの態様では、熱可塑性エラストマー１種または２種以上と熱可塑性重合体１種または２種以上／共重合体１種または２種以上の比率を結果としてもたらされる複合材料に望まれる温度／振動減衰および熱機械的特性に応じて重量で表して約９５：５から５：９５、例えば１０：９０、１５：８５、２０：８０、２５：７５、３０：７０、３６：６５、４０：６０、４５：５５、５０：５０、５５：４５、６０：４０、６５：３５、７０：３０、７５：２５、８０：２０、８５：１５または９０：１０、例えば４０：６０または３０：７０などにする。いくつかの面では、熱可塑性エラストマー１種または２種以上と熱可塑性重合体１種または２種以上／共重合体１種または２種以上の比率を重量で表して７０：３０にする。例えば、熱可塑性エラストマー、例えば水添エチレン−プロピレン軟質単位（ＳＥＰＳ）とスチレン系硬質ブロックを有する熱可塑性エラストマー、例えばＫｕｒａｒａｙ Ｓｅｐｔｏｎ ２０６３などを不織布材料中に７０重量％の量で存在させてもよい。いくつかの態様では、熱可塑性重合体、例えばポリプロピレン（ＰＰ）などを不織布材料中に３０重量％の量で存在させてもよい。他の面では、熱可塑性重合体と熱可塑性共重合体を一緒にして、例えばＰＰと１−ペンテン共重合体、例えば４メチル−１ペンテン−１デセンなどを一緒にして不織布材料中に３０重量％の量で存在させてもよい。別の態様では、熱可塑性エラストマー（７０％（重量／重量））に３０％（重量／重量）の量の４−メチル１−ペンテン共重合体、例えば４メチル−１−ペンテン−１ヘキサデセン−１オクタデセン共重合体などを用いた改質を受けさせてもよい。

いくつかの態様では、熱可塑性重合体１種または２種以上と熱可塑性共重合体１種または２種以上の比率を、当業者に容易に明らかになるであろうように、結果としてもたらされる複合材料に望まれる特性に応じて、０：１００から１００：０、例えば５：９５、１０：９０、１５：８５、２０：８０、２５：７５、３０：７０、３６：６５、４０：６０、４５：５５、５０：５０、５５：４５、６０：４０、６５：３５、７０：３０、７５：２５、８０：２０、８５：１５、９０：１０または９５：５、例えば重量で表して熱可塑性重合体１種または２種以上と熱可塑性共重合体１種または２種以上が７０：３０、６０：４０、５０：５０、４５：５５、５５：４５、６０：４０、４０：６０または３０：７
０になるような範囲にしてもよい。いくつかの面では、熱可塑性重合体、例えばポリプロピレン（ＰＰ）などと熱可塑性共重合体、例えば高いＴｍを示すポリオレフィン、例えば１−ペンテン共重合体、例えば４メチル−１ペンテン−１デセン共重合体などを重量で表して５０：５０の比率で用いてもよい。

このように、中間層の組成、例えば各層の組成および物性など、樹脂系および硬化サイクルなどの如き要因に応じて、同じ材料でも系中で異なる挙動を示す可能性がある。不織布の組成が同じであっても樹脂系および硬化プロファイルに応じて結果として異なる膨潤および相互貫入挙動がもたらされる可能性がある。

不織布の超極細繊維は２成分もしくは多成分繊維で構成されている可能性がある。超極細繊維はより複雑な構造、例えばシース／コア、横並び、パイ断片、海の中の島などの構造を有する可能性があり、かつそれらは様々な重合体またはこれらの混合物で作られている可能性がある。重合体超極細繊維は有機もしくは無機充填材または改質剤を含有している可能性がある。

接着強度および物理的インターロッキング機構を更に向上または高める目的で、不織布の表面に前処理、例えば化学的処理、プラズマ処理、コロナ放電処理、炎処理、ブラスティンまたはこれらの組み合わせの処理を受けさせることも可能である。しかしながら、高い層剥離強度を達成しようとしてこのような処理を行う必要はなく、従っていくつかの面では、プラズマ処理の如き処理を用いない、と言うのは、そのような処理は複雑であり、高価でありかつ潜在的に攻撃的な性質を有するからである。物理的または化学的処理は超極細繊維の一体性を損なわせる可能性があり、従って当該構造物の減衰および熱−機械的挙動を変える可能性がある。

本明細書で用いる如き用語“インターリーフ”または“中間層”は当業者に公知の如き通常の意味を有し、他の層と層の間に位置する層を包含する。１つの態様では、インターリーフを複合材料の面の中央部に位置させてもよい。別の態様では、中間層がせん断が最大の領域を構成するようにする。簡単なケースとして、構造物が示す応力を分析することによってせん断およびたわみを測定することができる。例えば、たわんだ状態で負荷がかかるビームの場合、せん断が最大の領域は中立軸の所である。より複雑な構造物の場合、応力を測定しかつせん断が最大の領域を同定するには追加的計算が必要である。

“インターリーフ”または“中間層”は各々が単一の中間層を形成するように複数の層を含有して成っていてもよい。プレプレグまたは複合構造物が含有する中間層の数は２層以上であってもよいが、これらの中間層はしばしば構造用材料の層、例えば複合構造物を生じさせる目的で用いる織物層などで分離されている。いくつかの態様において、その複数の層には少なくとも３層が含まれ、その結果として、異なる組成物を用いていることから硬化後にｚ方向に樹脂が相互貫入した勾配が生じる。例えば、中間層は３層から成っていてもよく、２つの層は相互貫入度がより高い外側層でありそして中心層への相互貫入度は低い。

いくつかの態様における層は、硬化後にｚ方向に樹脂が相互貫入した勾配が生じるように強化繊維に対して直角な方向に組成勾配を有する単層である。例えば、そのような単層は中心部への相互貫入度合が低いことで特徴づけられる中心部分と相互貫入度合がより高い外側部分を含有して成り得る。

本明細書で用いる如き用語“組成勾配”は当業者に公知の如き通常の意味を有し、組成が構造物の中心部／中心部分から外側部分に向かって徐々に変化していることを特徴とする材料を包含する。

別の態様では、そのようなインターリーフの厚みを２０−２０００μｍ、好適には５０−７００μｍ、最も好適には１００−３００μｍの範囲にする。

本明細書で用いる如き用語“中間面”は当業者に公知の如き通常の意味を有し、複合材料の層の中央部の部分を包含し、それは複合材料の１つ以上の表面から複合材料の厚みの約４０から６０％の距離の所に位置していてもよい。

本明細書で用いる如き用語“せん断が最大”は当業者に公知の如き通常の意味を有し、隣接して位置する２つの層をこれらの接触面に対して平行な方向に互いに関係して滑らせるまたは滑らせる傾向がある力がかけられた結果としてそれが作用する断面に対して接線の方向の内部力を包含する。曲げの結果として生じるせん断応力は中立軸の所のビームの中間面の所が最大である。いくつかの態様では、インターリーフを一体化減衰複合材料の中間面に位置する織物層と織物層の間に位置させ、いくつかの面では、そのように位置させることによって、せん断の度合によって選択した領域内の重量効率および減衰効率がより高い構造を作り出す。

いくつかの態様では、インターリーフを複合構造物を構成するいずれかの層の中に位置させてもよく、他の態様では、インターリーフを複合材料の特定の領域の中に位置させてもよく、いくつかの面では、インターリーフを重量効率および減衰効率がより高い構造がもたらされるようにせん断度合で選択した領域の中に位置させてもよい。

本明細書で用いる如き用語“埋め込まれている”は当業者に公知の如き通常の意味を有し、インターリーフが複合構造物の中に完全に含まれていることを包含する。いくつかの面におけるインターリーフは複合構造物の一体部分である。

エラストマーは通常は重合体の長鎖が硬化（加硫工程）中に架橋を起こす熱硬化性樹脂である。その長鎖自身が再構成を起こしてかけられた応力を分布させる能力を有することで弾性が引き出される。共有架橋によって、応力が取り除かれた時にエラストマーが元々の形態に戻ることが確保される。エラストマーはこのような極めて高い柔軟性を有する結果として特定の材料に応じて可逆的に５−８００％伸び得る。架橋していないか或は容易には再構成しない短い鎖の場合、そのかけられた応力の結果として永久的な変形が起こるであろう。

熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）は、熱可塑的特性とエラストマー的特性の両方を示す種類の共重合体もしくは重合体の物理的混合物である。大部分のエラストマーは熱硬化性樹脂であるが、対照的に、熱可塑性プラスチックは例えば射出成形およびメルトブロー成形などによる製造で用いるのが比較的容易である。熱可塑性エラストマーはゴム状材料と可塑性材料に典型的な両方の利点を示す。熱硬化性エラストマーと熱可塑性エラストマーの間の主な差は架橋の種類である。熱硬化性重合体における架橋は加硫工程中に生じる共有結合である。他方、熱可塑性エラストマー重合体における架橋はより弱い双極または水素結合であるか或は当該材料が有する相の中の１つでのみ起こる。

損失正接（ｔａｎ δ）は、音および振動減衰効力の測定で用いる係数の１つである。従って、減衰力が高い不織布組成物が示す係数値はより高いことから、動的エネルギーが吸収されて電気もしくは熱エネルギーの形態で逸散し、そしてインターリーフは優れた機械的特性、例えば音響吸収特性または振動減衰特性などを示す。通常の高減衰性インターリーフ材料組成物に要求される損失正接は１．０以上、好適には１．５から２．０の範囲である。

加うるに、不織布製造工程への適切性、低い水分吸収率および溶媒および攻撃的流体に対する抵抗を確保するようにインターリーフ組成物を選択することができる。

本明細書に記述する態様のインターリーフは、様々な特徴、例えば繊維直径、面積／重量、厚み、空気透過性および引張り特性などを有する様々な形状に製造可能である。例えば、本複合材料に入れる繊維の繊維直径は約１０−２０μｍ、他の態様では３−７μｍ、２０−４０μｍまたは４０−６０μｍであってもよい。加うるに、インターリーフの単位面積当たりの質量は約５０−１５０ｇ／ｍ^２、他の態様では１０−５０ｇ／ｍ^２、１５０−３００ｇ／ｍ^２または３００−５００ｇ／ｍ^２であってもよい。また、インターリーフの厚みは約１００−４００μｍ、他の態様では５０−１００μｍ、４００−６００μｍまたは６００−１０００μｍであってもよい。インターリーフが示す空気透過性は約４０−１００ｃｃ／ｃｍ^２／秒および５から４０ｃｃ／ｃｍ^２／秒、別の態様では１００から４００ｃｃ／ｃｍ^２／秒であってもよい。インターリーフが示す引張り強度ＭＤは、例えば約２−１０Ｎ／１．５ｃｍ、別の態様では１０−２０Ｎ／１．５ｃｍ、２０−６０Ｎ／１．５ｃｍまたは６０−１００Ｎ／１．５ｃｍであってもよい。

１つの態様では、インターリーフを複合積層品に挿入してもその複合積層品が示す熱特性（Ｔ_ｇ）にも熱機械的特性にも環境的特性（水分、溶媒および攻撃的流体への抵抗）は有意な影響を受けない。別の態様では、インターリーフを複合積層品に挿入しても開放孔圧縮および衝撃後圧縮強度特性が受ける影響は僅かのみであるか或はゼロである。

本明細書で用いる如き用語“レイアップ”は当業者に公知の如き通常の意味を有し、互いに隣接して位置する１つ以上のプレプレグを包含し得る。特定の態様では、レイアップ内のプレプレグを互いに関して選択した配向で位置させてもよい。さらなる態様では、プレプレグが選択した配向から相対的に動かないようにする目的で場合によりそれらを糸材料で一緒に縫い合わせることも可能である。追加的態様の“レイアップ”は、本明細書で考察するように、含浸を完全に受けたプレプレグ、含浸をある程度受けたプレプレグおよび穴開きプレプレグの任意の組み合わせを含有して成っていてもよい。レイアップの製造は、これらに限定するものでないが、ハンドレイアップ、自動化テープレイアップ（ＡＴＬ）、高度な繊維配置（ＡＦＰ）およびフィラメントワインディングを包含し得る技術を用いて実施可能である。

本明細書で用いる如き用語“機体外板”、“機体縦通材”および“機体フレーム”は当業者に公知の如き通常の意味を有し、それぞれ航空機の主胴体パネル、骨格を作り出している周囲フレームおよび縦方向の補強用強化部材を指す。静的および疲労両方の観点から航空機にかかるあらゆる負荷に耐えるのに必要な剛性および充分な材料量を機体に与える目的でフレームと縦通材の組み合わせが用いられている。特に縦通材要素の場合、その主目的は表面の変形が起こらないように外板パネル表面を最適な形態に分割することにある。縦通材はまた亀裂が外板パネルの中に広がらないようにすることにも貢献する。機体フレームの例には、ＩＳＴフレーム、シアタイ（ｓｈｅａｒ ｔｉｅｓ）を伴うフローティング（ｆｌｏａｔｉｎｇ）Ｃフレームおよびシアタイを伴うフローティングＺフレームが含まれる。

本明細書で用いる如き用語“有機改質剤”、“有機充填材”、“無機改質剤”および“無機充填材”は当業者に公知の如き通常の意味を有し、有機および無機化合物、例えば流動調節用添加剤、紫外線吸収剤、充填材、例えばシリカ、グラファイトおよび窒化ホウ素など、粘土、例えばマイカ、タルクおよびバーミキュライトなど、金属粒子、艶消し剤、顔料、抗酸化剤、難燃剤、希釈剤、安定剤、モノマー、プレポリマー、柔軟性向上剤、加工助剤および滑剤（フルオロポリマーが基になった加工助剤、鉱油およびワックスを包含）、核形成剤、繊維ストランド、ポリマー、ガラス、セラミックおよび高分子バブル、金
属粒子、ミクロおよびナノ充填材、例えばコア−シェル粒子、磁性および誘電性のナノ結晶、炭素ナノチューブ、炭素ナノ繊維、ナノグラファイト、ナノ粘土、ナノシリカ、ナノアルミナ、ジルコニアおよびチタニアナノ粒子、貴金属ナノ粒子、導電性ミクロおよびナノ粒子、ナノ繊維およびナノストランドまたはこれらの組み合わせが含まれ得、それらは不織布材料に通常はそれの特性を向上させる目的で添加される。

複合材料を製造するに適した標準的製造方法を用いることができる。例えば、１つの態様では、複合材料の製造を典型的な機体外板／フレーム製造方法を用いて実施する。

実施例１−サンプルの調製
不織布層組成物、樹脂含有量、Ａ／Ｗ、ＡＰおよび複合構造物上の分布の効果を評価する目的で様々な材料グレードを選択した。

スチレン系熱可塑性エラストマー、特に水添エチレン−プロピレン軟質単位（ＳＥＰＳ）とスチレン系硬質ブロックを含有する共重合体、例えばＫｕｒａｒａｙ Ｓｅｐｔｏｎ
２０６３またはＫｒａｔｏｎ ＦＧ１９２４Ｘなどを不織布層配合用主成分として選択した。その選択した熱可塑性エラストマーを様々なパーセントのポリプロピレン（ＰＰ）および高Ｔ_ｍのポリオレフィン（４メチル−１ペンテン共重合体）、例えばＭｉｔｓｕｉ
ＣｈｅｍｉｃａｌｓのＴＰＸ ＤＸ２３１またはＤＸ８２０などと一緒に用いてコンパウンドにした後、メルトブロー工程を用いて４グレードの不織布を製造した。完全なリストを表１に報告する。

樹脂の分布および含有量（構造１−５、表２）が改質積層品が示す減衰および機械的特性に対して示す効果を調査する目的でＣＹＣＯＭ（登録商標） ９７７−２ ＨＭ樹脂（図１）をある程度または完全に前以て染み込ませておいた２種類の多層構造物を選択した。

多層構造物２および５は多層構造物４が達成した程の優れた結果を達成していない、と言うのは、図１に示すように多層構造物１および２の隣接して位置する両方の層の中の材料が同じであるからである。多層構造物４は、外側の不織布層とは異なる中心の不織布層を有することから、以下により詳細に考察するように、それらが複合材料の特性に影響を与えている。このように、使用する不織布材料の種類、中間層内の不織布の配列および層内の相対的樹脂含有量は達成可能な特有の層間形態に影響を与える。透過性が低いコアと透過性が高い外側層が相互に連結している特有の構造の場合には優れた減衰および層間強度特性を達成することができない。

実施例２−動的機械的（ＤＭＡ）および顕微鏡による分析
インターリーフ含有複合材料試片が示す減衰効率の研究を一連のＤＭＡ多振動数（０．０１から１００Ｈｚ）実験を１０℃の間隔で−５０℃から＋２０℃の範囲の温度で実施することで行った。

ＤＭＡ試験用パネルの製造をＣＹＣＯＭ（登録商標） ９７７−２−３４％−１９８−２４Ｋ ＩＭＳ一方向テープを用いてプライバイプライ・レイアップ（ｐｌｙ−ｂｙ−ｐｌｙ ｌａｙ−ｕｐ）方法で実施した。含浸を前以て受けさせておいた様々な多層構造物（表２）をインターリーフとして用いて、試験片の中間面の所にレイアップした。比較の目的で、インターリーフを全く含有させていない試験片を製造して、“未改質ベースライン”のコードを付けた。その評価した試片の完全なリストを表３に報告する。

試片の寸法を表４に報告する。

試験に先立って、硬化させた試験片を（２３±２℃）および（５０±５）％の湿度で貯蔵した。

かけた応力および結果としてもたらされる歪みの大きさを用いて剛性、従って、当該材料が応力下で示すモジュラスを計算した。そのかけた力と対比させて変位のタイムラグを測定することによって、当該材料が示す減衰特性を決定した。タイムラグをフェーズラグ（角度）として報告した。減衰をｔａｎ δと呼び、これはフェーズラグの正接に相当する。ＴＴＳ（時間と温度の重ね合わせ）原理が基になったＷＬＦ（Ｗｉｌｌｉａｍｓ−Ｌａｎｄｅｌ−Ｆｅｒｒｙ）式に従ってデータを詳しく調べることでマスター曲線を生じさせた。次に、振動数が１００から３０００Ｈｚの範囲内の平均ｔａｎδ値を温度の関数としてプロットすることで様々な材料が示した解決性能を比較した（図２）。

評価した温度および振動数の範囲内であらゆる多層構造物が優れた減衰性能を達成した。特に、パネル“マルチ１”および“マルチ４”で用いた構造物が最良の結果をもたらし、−３０℃で０．２７以下のｔａｎδ値を達成した。

このような有意な改善は、積層品の中間面の所の層間領域の中に特有の制御された形態が作り出された結果である。

不織布の組成、物理的パラメーターおよび配列を調節することによって、図３に示すよ
うに、樹脂が多い量で相互貫入している外側領域と透過性がより低い中心部分を得ることができる。硬化サイクル中に中心層がほとんど連続的な網状組織を作り出すと共に外側層が特有のベール／樹脂微細構造を決定する。

逆に、達成される樹脂濃度がずっと高いと、多層構造物が示す減衰可能性が低下する（多層構造物２および５）。

実施例３−層間せん断強度
試験片が示す見かけせん断強度の試験をＥＮ２５６３に従う簡単なビームとして集合的に実施した。棒材を２つの支持体の上に置いて力を前記支持体間の中ほどに置いたローディングノーズ（ｌｏａｄｉｎｇ ｎｏｓｅ）でかけて、測定を下記の式：

［式中、
τは、見かけせん断応力（ＭＰａ）であり、
ＰＲは、最初の破壊が起こる瞬間の最大力（Ｎ）であり、
Ｂは、試験片の幅（ｍｍ）であり、
ｈは、試験片の厚み（ｍｍ）である］
に従って実施した。

多層改質積層品がＭＥＫ浸漬前と後に示す見かけ層間せん断強度を測定した。初期条件下で試験片に条件付けをＥＮ ２７４３に従って受けさせた。ＭＥＫ浸漬後の試験では、条件付けをＥＮ ２４８９に従って実施した。

試験パネルの製造をＣＹＣＯＭ（登録商標） ９７７−２−３４％−１９８−２４ＫＩＭＳ一方向テープを用いて実施した。この実施例では多層構造物４（表２）をインターリーフとして選択して、試験片の中間面にレイアップした。ＥＮ２５６５に従って調製したパネルから試験片を取り出した。試験片の寸法を表５に報告する。

メチルエチルケトンによる条件付けは好適な多層（構造４）による改質を受けさせた試験片の計算見かけ層間強度に影響を与えなかった。特に、１つの態様における層間せん断強度は６９．２４ＭＰａでありそして溶媒に１時間浸漬した後のそれは６９．１４ＭＰａであった。

実施例４−層間破壊じん性−様式Ｉ
試験パネルの製造をＥＮ２５６５に従ってＣＹＣＯＭ（登録商標） ９７７−２−３４％−１９８−２４ＫＩＭＳ一方向テープを用いて実施した。多層構造物２および４（表２）をインターリーフとして選択して、積層品の中間面の所にレイアップした。

万能試験器を用いて前以て亀裂を入れておいた試片に引き剥がし力による１０ｍｍ／分の連続的負荷を伝播した総亀裂長が約１００ｍｍになるまでかけながら負荷および試験器のクロスヘッドの移動距離を連続的に記録した。

Ｇ_ｉｃの計算を以下の式：

［式中、
ＰＳは、引き剥がし強度であり、
Ａは、総伝播亀裂長を達成するエネルギーであり、
ａは、伝播した亀裂長であり、
ｗは、試験片の幅である］
に従って、伝播した亀裂の長さおよび負荷−クロスヘッド移動図から決定したかけられたエネルギーを用いて実施した。試験片の寸法を表６に報告する。

表７に示すように、多層構造物２を導入する結果としてもたらされた層間強度の低下度（未改質ベースラインと比較）は最低限であった。複合積層品を改質する目的で好適な多層（構造物４）を用いるとほぼ２００％の強度向上を達成することができる。多層構造物４は米国公開番号２０１０／０１７０７４６の図１１と直接比較して層剥離の点で明らかな改善を示す。そのようなより高い層剥離強度値がプラズマ処理（これは高価な攻撃的な処理であり、潜在的に他の機械的特性に関して有害な影響を与える可能性がある）の使用無しに達成された。

両方のケースとも、良好な樹脂相互貫入度合が達成され、凝集破壊様式が観察された。そのように高いＧ_ｉｃ値は、追加的エネルギーがその選択したインターリーフ構造および硬化後に得られる特有の層間形態が理由で逸散して熱になったことを基にして説明可能である。

多層構造物４は米国公開番号２０１０／０１７０７４６の図１１に例示されている材料に比べて有意に向上した積層強度を示す。

実施例５−層間破壊じん性−様式ＩＩ
試験パネルの製造をＥＮ２５６５に従ってＣＹＣＯＭ（登録商標） ９７７−２−３４％−１９８−２４ＫＩＭＳ一方向テープを用いて実施した。多層構造物２、４および５（表２）を積層品の中間面の所にレイアップした。

試験片に試験を乾燥／ＲＴ条件下およびＥＮ２７４３に従って条件付けを受けさせた後に受けさせた。

前以て亀裂を入れておいた試験片に負荷を３点曲げ固定具を用いてｐｒＥＮ ６０３４に従って亀裂の伝播が始まるまでかけた。この試験中に試験片にかかった負荷および試験器のクロスヘッド移動距離を連続的に記録した。総破壊じん性エネルギーの計算を下記の式：

［式中、
Ｇは、破壊じん性エネルギー［Ｊ／ｍ２］であり、
Ｄは、亀裂層剥離開始時のクロスヘッド移動距離［ｍｍ］であり、
Ｐは、亀裂を開始させる臨界負荷［Ｎ］であり、
ａは、初期亀裂長［ｍｍ］であり、
ｗは、試験片の幅［ｍｍ］であり、
Ｌは、スパンの長さ［ｍｍ］である］
に従って実施する。

選択したインターリーフ解決法を導入すると未改質ベースラインに比べて測定Ｇｉｉｃ値が７倍に及んで高くなることを確認した。

実施例６−衝撃後圧縮
衝撃後圧縮試験の目的は、複合積層品が低速の衝撃に耐える特性を測定することにある。

多層改質試験片に衝撃を規定衝撃エネルギー（３０Ｊ）がかかるように受けさせそして圧縮強度をＥＮ ６０３８に従って測定する。

試験パネルの製造をＣＹＣＯＭ（登録商標） ９７７−２−３４％−１９８−２４ＫＩＭＳ一方向テープを用いて実施した。インターリーフ改質試験パネルの調製をＥＮ ２５６５の方法Ｂに従って実施した。多層構造物４（表２）を試験片の中間面の所にレイアップした。試験の目的で準等方性レイアップおよび約４ｍｍの試験片を用いた。寸法および許容度を表９に明記する。

ベースラインおよび多層改質試験片に衝撃をエネルギーが３０Ｊになるように与えそしてへこみの深さを測定した。損傷を受けた長さ、幅および面積を測定する目的で超音波スキャンを実施した。

衝撃後に条件付けを実施した。この試験を２３±２ｍｍ ５０±５％ 相対湿度下で実施した。

０．５ｍｍ／分のクロスヘッドを選択した。負荷を時間および破壊負荷（Ｐ_ｒ）の関数として連続的に記録した。特定の衝撃エネルギーレベルＥにおける衝撃後圧縮強度を下記の式：

［式中、
Ｐ_ｒは、破壊負荷（Ｎ）であり、
ｗは、試験片の幅（ｍｍ）であり、
ｔは、試験片の厚み（ｍｍ）である］
で定義する。試験片の寸法を表９に報告する。

好適な多層構造物を一体化複合構造物内で用いると結果として未改質試片に比べて衝撃後圧縮強度の低下度が最低限になると同時に損傷面積も小さくなる。

実施例７−複合材料損失率の測定
損失率

の測定をＡＳＴＭ Ｅ−７５６−０５に従って実施した。

環境室内で試験片を自由−自由構造物として強制的に振動させた。この試験では２種類の振動子を用いた、即ち加振力を３０Ｈｚから１００００Ｈｚの振動数の範囲に渡ってかける振とう器、および試験片がかけられた力に対して示す反応を測定する数個の加速度計を用いた。振動している試験片が示すいくつかの共鳴を測定することによって、振動数が当該材料の減衰特性に対して示す影響を確立することができる。試験固定具を環境室内で１０℃の間隔で−５０±０．５℃から＋２０±０．５℃の範囲になるように操作することによって、温度が材料の特性に対して示す影響を調査した。

加速度計から出てくる出力シグナルをデュアルチャンネル高速フーリエ変換スペクトル分析装置で分析した。その分析装置では２つの加速度計の加速度比および位相差を測定しかつまた振とう器を駆動させるための無作為騒音源も与える。その表示される増幅比を振動数と対比させることで結果として共鳴ピークの数がもたらされ、それを用いてモーダル
損失率を半電波強度帯域幅方法で計算した。

音響試験用試片の製造をＥＮ２５６５の方法Ｂに従ってＣＹＣＯＭ（登録商標） ９７７−２−３４％−１９８−２４Ｋ ＩＭＳ一方向テープを用いて実施した。この実施例ではマルチ−ベール構造物４（表２）をインターリーフとして選択して、中間面の所にパネル積み重ね配列でレイアップした。比較の目的で、インターリーフを全く含有しない試験片を製造して、それに“未改質ベースライン”のコードを付けた。

試験片の寸法を表１１に報告する。

試験に先立って、硬化させた試験片を（２３±２）℃および（５０±５）％の湿度下で貯蔵した。試験を行う前に試験片に条件付けを各温度で少なくとも３０分間受けさせた。

表１２に示すように、この開示する一体化多層材料試験片は結果として−５０℃から２０℃の範囲の温度および３０から１００００Ｈｚの範囲の振動数で優れた音響減衰性能をもたらした。

選択したマルチ−ベール解決法（表２中の“多層構造物４”）は結果として未改質ベースラインに比べて６００％に及ぶ平均損失率改善をもたらした。

一例として、図４は多層構造物４（表２）による改質を受けさせたパネルが−３０℃において３０から５０００Ｈｚの範囲で示した

性能を示している。全振動数範囲に渡って優れた減衰特性が得られ、ピークは１０００Ｈｚ以上の所にあった。

実施例８−透過損失分析
音響透過損失の測定を音圧方法に従う２つの隣接して位置する残響室内でＡＳＴＭ Ｅ−９０に従って実施した。パネルを枠にはめそして両側を密封した後、前記室間の開口部につながるように取り付けた。０−１２８００Ｈｚの振動数範囲のフラットスペクトルを
用いたピンクノイズ放出源によって拡散音場を音源室内に生じさせた。インターバル２５０−１００００Ｈｚに属する１／３オクターブ帯域の音圧レベルを測定した。

音響試験用試片の製造をＣＹＣＯＭ（登録商標） ９７７−２−３４％−１９８−２４Ｋ ＩＭＳ一方向テープを用いて実施した。好適な多層構造（表２中の多層構造物４）を中間層として積層積み重ね配列内に挿入しそしてその積み重ね配列を１８０℃で３時間硬化させた。比較の目的で、インターリーフを全く含有していない試験片を製造して、“未改質ベースライン”のコードを付けた。試験片の寸法および特徴を表１３に報告する。

総吸収度の測定を受音室内の残響時間の測定値を基にして下記の式：

［式中、
Ｌｐ_{ｓｏｕｒｃｅ}は、音響室内の空間／時間平均音圧レベル［ｄＢ］であり、
Ｌｐ_{ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ}は、受音室内の空間／時間平均音圧レベル［ｄＢ］であり、
Ｓは、試験片の表面積［ｍ^２］であり、
Ａは、試験片を適切な場所に置いた受音室内の総吸収度［ｍ^２］である］
に従って実施した。

Ａは、設置した試験片を用いて測定した受音室の残響時間Ｔ６０に関して時間減衰定数の関数として表現可能である。

実験の結果は試験片がＴ６０に対して示す影響は５００Ｈｚ以上では無視できるほどであることを立証していることから、同じ補正係数を用いて前記２個のパネルのＴＬを計算した。

図５に示すように、多層構造物４による改質を受けさせたパネル（表２）は６３０から１００００Ｈｚの範囲の振動数に渡って優れた騒音低下性能を示した。具体的には、実測した騒音低下度は１から６ｄＢの範囲であった。試験施設の構造および寸法の限界が理由
で、この範囲より低い振動数では性能の変化はないと予想した。

Claims (13)

1. 未硬化の構造用複合材料であって、
   構造用繊維の複数の層；
   熱硬化性樹脂成分；および、
   少なくとも２つの異なる種類の不織繊維材料を含んで成り、各不織繊維材料は高分子繊維を含んで成る、隣接する構造用繊維の層の間に位置する中間層、
   を含んで成り、
   ここで、
   該構造用繊維の層は、該熱硬化性樹脂に含浸され、
   該少なくとも２つの異なる種類の不織繊維材料のうちの１つは該中間層の中心部分に位置する１番目の不織繊維材料であり、該少なくとも２つの異なる種類の不織繊維材料のうちの別の１つは該中心部分のいずれかの側にある中間層の外側部分に位置する２番目の不織繊維材料であり、
   該第１番目および第２番目の不織繊維材料の高分子繊維は、（ａ）少なくとも１つの熱可塑性エラストマーおよび（ｂ）少なくとも１つの熱可塑性重合体、またはそれらの共重合体：を含んで成る高分子材料から形成され、
   該中間層は、組成勾配を含んで成り、ここで該中心部分の該１番目の不織繊維材料は該外側部分の該２の不織繊維材料と組成において異なり、そして、
   硬化した時に中間層が中間層の外側部分の樹脂貫入が中心部分のそれよりも高い樹脂相互貫入勾配を構成するように、該２番目の不織繊維材料は該１番目の不織繊維材料よりも該熱硬化性樹脂により浸透性である、
   上記未硬化の構造用複合材料。
2. 硬化前に該１番目および２番目の不織繊維材料に該樹脂がある程度または完全に染みこんでいる、請求項１記載の未硬化の構造用複合材料。
3. 該熱硬化性樹脂成分がエポキシ樹脂またはビスマレイミドを含んで成る、請求項１記載の未硬化の構造用複合材料。
4. 該構造用繊維が炭素繊維を含んで成る、請求項１記載の未硬化の構造用複合材料。
5. 該少なくとも２つの異なる種類の不織繊維材料が、硬化に先立って熱硬化性樹脂成分中に埋め込まれている、請求項１記載の未硬化の構造用複合材料。
6. 該熱可塑性エラストマーが、スチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィンが基になった熱可塑性エラストマーおよびこれらの混合物から成る群から選択される、請求項１記載の未硬化の構造用複合材料。
7. 該熱可塑性重合体が、ポリエステル、ポリアミドおよびポリオレフィンから成る群から選択される、請求項１記載の未硬化の構造用複合材料。
8. 該中間層が有機または無機の充填材を更に含んで成る、請求項１記載の未硬化の構造用複合材料。
9. 未硬化の複合サンドイッチ型構造用材料であって、
   １番目のスキンおよび２番目のスキン、ここで該１番目のスキンおよび該２番目のスキンは熱硬化性樹脂で含浸された織物の複数の層を含んで成る、
   該１番目のスキン層と該２番目のスキン層の間に位置する構造中心部、および、
   １つのスキンおよび該構造中心部の間のインターリーフ
   を含んで成り、
   ここで、
   該インターリーフは、少なくとも２つの異なる種類の不織繊維材料を含んで成り、各不織繊維材料は高分子繊維を含んで成り、
   該少なくとも２つの異なる種類の不織繊維材料のうちの１つは該インターリーフの中心部分に位置する１番目の不織繊維材料であり、該少なくとも２つの異なる種類の不織繊維材料のうちの別の１つは該中心部分のいずれかの側にあるインターリーフの外側部分に位置する２番目の不織繊維材料であり、
   該第１番目および第２番目の不織繊維材料の高分子繊維は、（ａ）少なくとも１つの熱可塑性エラストマーおよび（ｂ）少なくとも１つの熱可塑性重合体、またはその共重合体：を含んで成る高分子材料から形成され、
   該インターリーフは、組成勾配を含んで成り、ここで該中心部分の該１番目の不織繊維材料は該外側部分の該２の不織繊維材料と組成において異なり、
   硬化した時に該インターリーフが該中心部分中の不織布材料と該外側部分中の不織布材料の間でｚ方向に樹脂相互貫入勾配を構成している、
   上記未硬化の複合サンドイッチ型構造用材料。
10. 該熱可塑性エラストマーが、スチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィンが基になった熱可塑性エラストマーおよびこれらの混合物から成る群から選択される、請求項９記載の未硬化の複合サンドイッチ型構造用材料。
11. 該熱可塑性重合体が、ポリエステル、ポリアミドおよびポリオレフィンから成る群から選択される、請求項９記載の未硬化の複合サンドイッチ型構造用材料。
12. 該インターリーフが有機または無機の充填材を更に含んで成る、請求項９記載の未硬化の複合サンドイッチ型構造用材料。
13. 該熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂またはビスマレイミドを含んで成り、該織物層が炭素繊維を含んで成る、請求項９記載の未硬化の複合サンドイッチ型構造用材料。

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