JP6591155B2 - 相互侵入ポリマーネットワーク接着剤を使用した複合構造物 - Google Patents

Description

本発明は概して複合構造物に関し、さらに具体的には、上記複合物で使用される接着剤に関するものである。

異なる熱膨張係数を有するパーツを含む複合構造物では、パーツの熱膨張が異なる速度で起きる熱硬化中又は他の加工プロセスの最中に、構造に残留応力が引き起こされる場合がある。例えば非限定的に、炭素繊維ポリマーで強化された金属を含むハイブリッド複合構造物には、高温で硬化中に熱によって誘発されるゆがみが生じうる。ある場合には、この問題は、室温で硬化する、又は様々な形態の放射線を使用して硬化させることができる繊維強化ポリマーを使用することによって対処することができる。しかしながら、室温硬化ポリマーの可使時間は短く、硬化時間は長く、余計な清掃作業を要する可能性がある。室温硬化ポリマーは、高温で硬化するポリマーに比べて性能特性も劣る可能性がある。周知の放射線硬化接着剤は所望よりも脆弱で、所望の靱性よりも劣るところがあるため、衝撃荷重に対する抵抗が特に評価される幾つかの応用形態にはこれらの接着剤は不適切となりうる。

複合構造物には相互侵入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）が接着剤として使用されてきた。ＩＰＮは、異なる硬化機構を使用して異なる温度で硬化するが、これらを構成するポリマー系の特性よりも優れた特性を示しうるポリマー系に基づくものである。しかしながらＩＰＮは、複合物を形成する構成要素の膨張差によって複合物に引き起こされる残留応力の問題を解決するようには適合されてきていない。

したがって、例えば炭素繊維ポリマーで強化された金属等の構造で使用される異なる構成要素の膨張差によって起こりうる複合構造物の残留応力を縮小させる又は除去するために使用できるＩＰＮ接着剤が必要である。また、残留応力を縮小させる又は除去するためにＩＰＮ接着剤を用いる複合構造物を作製する方法も必要である。

ある実施形態では、組成物が提示されている。組成物は、第１のポリマー系及び第２のポリマー系から基本的に成る。第１のポリマー系は、約１８０〜３３５ｋｓｉの第１の係数を有する。第１のポリマー系は、熱硬化性アクリレートから基本的に成る。第２のポリマー系は、熱硬化性エポキシ系とエポキシ硬化剤から基本的に成る。熱硬化性エポキシ系は、第１のエポキシを含む。

別の実施形態では、組成物が提示される。組成物は、第１のポリマー系と第２のポリマー系から基本的に成る。第１のポリマー系は、約１８０〜３３５ｋｓｉの第１の係数を有する。第１のポリマー系は、熱硬化性アクリレートと三官能性アクリレートから基本的に成る。第２のポリマー系は、熱硬化性エポキシ系とエポキシ硬化剤から基本的に成る。 熱硬化性エポキシ系は、第１のエポキシを含む。

特徴、機能及び利点は、本発明の様々な実施形態において個別に達成することができる、または下記の説明及び図面を参照することによってさらに詳細を理解することができる更に別の実施形態と組み合わせることができる。

例示的な実施形態の特徴と考えられる新規の機能は、添付の特許請求の範囲に規定される。 しかしながら、例示的な実施形態と、好ましい使用モードと、更にはその目的及び利点とは、添付図面を参照して、本開示の例示的な実施形態の後述の詳細な説明を読むことにより、最もよく理解されるであろう。

本発明の実施形態によるＩＰＮ接着剤を示す機能ブロック図である。 デュアルポリマー接着剤系によって形成される二相連続性構造を示す、図１のＩＰＮ接着剤を示す図である。 ＩＰＮ接着剤を使用してパーツを互いに接合させるハイブリッド複合構造物の断面図である。 ＩＰＮ接着剤を使用して図３の２つのパーツを接合させる方法を示すフロー図である。 ＩＰＮ接着剤の層によって互いに接合された２つの同時硬化された複合積層体を示す断面図である。 図５中で図６と指定されるエリアの図である。 図５及び６で示す複合構造物を加工する方法を示すフロー図である。 勾配界面が繊維の周囲に形成されているＩＰＮ接着剤のマトリックスに組み込まれる繊維の図である。 本発明のＩＰＮ接着剤に使用されるポリマー系の応力ひずみ性能のグラフである。 例示の実施形態による、ブロック図の形態の製造環境の図である。 例示の実施形態による相互侵入ポリマーネットワークの圧縮降伏強度対第１のポリマー系含有量のグラフである。 例示の実施形態による相互侵入ポリマーネットワークの引張強度対第１のポリマー系含有量のグラフである。 例示の実施形態による相互侵入ポリマーネットワークの破壊靱性対第１のポリマー系含有量のグラフである。 例示の実施形態による相互侵入ポリマーネットワークの引張強度と破壊靱性対第１のポリマー系含有量のグラフである。 例示の実施形態による相互侵入ポリマーネットワークのモノマー変換度対第１のポリマー系含有量のグラフである。 例示の実施形態による相互侵入ポリマーネットワークの損失係数対温度のグラフである。 例示の実施形態による相互侵入ポリマーネットワークの密度対第１のポリマー系含有量のグラフである。 相互侵入ポリマーネットワークとその構成成分との対比グラフである。 例示の実施形態を実行しうる航空機の製造及び保守方法のフロー図である。 例示の実施形態による航空機のブロック図である。

例示の実施例は、複合構造物、特に複合材料の熱膨張差によって起こる構造物の残留応力を大幅に縮小することができるポリマー樹脂及び金属の両方を用いるハイブリッド構造物を加工するのに使用できるＩＰＮ接着剤を提供するものである。本発明のＩＰＮ接着剤は、異なる温度において硬化させることができる２つのポリマー接着剤系を含む。ポリマー系のうちの一つは、電子線等の放射ビームを使用して室温で硬化することができる。室温で第１のポリマー系を硬化させると、複合パーツが互いに結びつき、これにより構造が完全に硬化するにつれ複合パーツが相互に固定される。第２のポリマー接着剤の硬化は、高温の熱サイクルによって達成される。第２のポリマー接着剤は硬化しても柔軟なままであり、複合構造物が衝撃荷重に対してより耐性が高く、かすかに見える衝撃による損傷（ＢＶＩＤ）に左右されにくくなりうる。

強度及び耐久性の改善に加えて、本発明のＩＰＮ接着剤を使用することで、例えばアルミニウム等の金属パーツを強化し、プロセスフロー時間を縮小しつつ工具費の複雑性を低下させうる効果的な方法を提供することによって、重量を軽減する結果となりうる。

例示の実施例は、例えばビスフェノールＡジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＡ）等のポリエポキシドネットワークを用いて複合強度を上げる以前の試みを認識し、考慮している。このような以前の試みにおいて、靱性は熱可塑性強靱化剤の組み込みを通して発現した。具体的には、ある以前の試みにおいて、熱可塑性強靱化剤は１００％のエポキシドに対し約２０〜４０％の割合で組み込まれた。熱可塑性強靱化剤を使用することによって、以前の試みの結果得られたエポキシネットワークは、熱可塑性粒子の硬化誘起相分離が存在することにより強化される。本明細書の例示の実施形態は、熱可塑性強靱化剤を使用することなしにエポキシネットワークの靱性を増大させることが望ましいことでありうることを認識し、考慮している。

例示の実施形態はまた、異なる化学特性を有する２つ以上のポリマー構成要素を使用する相互侵入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）を作製することを認識し、考慮している。ＩＰＮに２つ以上のポリマー構成要素を組み込んだ結果、個別のポリマー構成要素の特性とは大幅に異なる特性を有するＩＰＮが得られる。例えば、例示の実施形態は、ガラス転移温度（Ｔｇ）と関連しうるポリマー性能特性を認識し、考慮している。ＩＰＮの個別の構成要素は通常、異なる独特のガラス転移温度を有する。しかしながら、完全に相互侵入性のＩＰＮのガラス転移温度は単一で広い。

連続性ＩＰＮは、第１のポリマー系を最初に硬化させ、後に第２のポリマー系を硬化させることによって形成されるＩＰＮである。例示の実施形態はさらに、連続性ＩＰＮが作製されるとき、最初に硬化するポリマー系によってＩＰＮの強度が確立されることを認識し、考慮している。第２のポリマー系は、変形可能性が高いままである。したがって、第２のポリマーネットワークのモノマーは、ＩＰＮの形成における内部応力を低下させるように再配置することができる。硬化した第１のポリマー系によって課される制限により、第２のポリマーネットワーク７は遅い速度で硬化するため、内部応力が低下する。例示の実施形態はしたがって、２番目に硬化するポリマー系はしたがって、「可塑剤」としての役割を果たすことを考慮している。可塑剤は、組成物の柔軟性を上げる材料であってよい。さらに、可塑剤は組成物の耐久性を上げる可能性がある。

まず図１を参照すると、本発明の実施形態は複合構造物の接着剤として、又はマトリックスとして使用できる完全相互侵入性ネットワーク（ＩＰＮ）接着剤１６に関するものである。ＩＰＮ接着剤１６は、第１のポリマー系１８と、第２の柔軟性ポリマー系２０を広く含む。第１のポリマー系１８は、電子ビーム等の放射ビーム（図示せず）を使用して室温、又は室温近くの温度で硬化させることができるが、非限定的にＵＶ（紫外線）又はＸ線照射を含む他の形態の放射線を用いることができる。第２のポリマー系２０は、適切な熱硬化サイクル中に高温で行われる硬化後に、柔軟性及び靱性を発揮する。後にさらに詳細に述べるように、第１のポリマー系１８は、２つ以上のパーツ（図示せず）を接着接合して互いに効果的にロックされるように、加工プロセス中に室温で、又は室温近くで硬化される。第１のポリマー系１８によってパーツ間に形成された接着接合部によりパーツが適所に保持され、第２のポリマー系２０が熱硬化されている間に膨張差が防止される。このようにパーツを互いにロックすることによって、加工プロセス中にパーツがゆがむ可能性が低下しうる、又はなくなりうる。柔軟な第２のポリマー系２０により、柔軟性及び靱性の両方を有する接合部が得られる。

第１のポリマー系１８は、アクリル化エポキシ等のアクリル化ポリマーを含みうる。例えば非限定的に、第１のポリマー系は、三官能性アクリレートを有するビスフェノールＡジアクリレート（ＢＰＡＤＡ）、及びトリメチロールプロパントリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）架橋剤のうちの一つを含みうる。第２の柔軟性ポリマー系２０は、柔軟性エポキシ及びビニールエステルから成る群から選択されるものであってよい。例えば非限定的に、第２の柔軟性ポリマー系は、２−エチル ４−メチルイミダゾール（ＥＭＩ）又は無水物等のイミダゾールを硬化触媒として有する、ビス（３，４−エポキシシクロヘキシルメチル）アジペート（ＢＥＣＡ）、及びビスフェノールＡジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＡ）とポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル（ＰＰＧＤＥ）鎖延長剤の組み合わせのうちの一つであってよい。

図には示していないが、第２の柔軟性ポリマー系２０は、例えば非限定的に、第２のポリマー系２０の架橋のためにイミダゾール又は無水物等の適切な熱硬化開始剤を含みうる。ある実用的な実施形態では、ＩＰＮ接着剤１６には、約６７％のアクリレート、３３％の柔軟性エポキシ（硬化剤を含む）が含まれる。別の実用的な実施形態では、ＩＰＮ接着剤１６には、約４０％のアクリレート、及び約６０％の柔軟性エポキシが含まれる。

図２は、２つのポリマー系１８、２０により、絡み合ってしばしば二重螺旋構造と呼ばれる構造を形成する二相連続性構造ネットワーク２２、２４がそれぞれ形成される完全に硬化した状態にあるＩＰＮ接着剤１６を示す図である。第１のポリマー系１８によって形成される構造ネットワーク２２は、パーツを互いに接合させる比較的高強度の接着剤として機能しうるが、ある程度の脆性も示しうる。第２のポリマー系２０によって形成される第２の構造ネットワーク２４は比較的柔軟であり、ＩＰＮ接着剤１６に衝撃荷重に対する抵抗力が付与される。

図３は、例えば非限定的に、複合積層体と金属をそれぞれ含みうる２つのパーツ２６、２８を含むハイブリッド複合構造物２５を示す図である。２つのパーツ２６、２８は、ＩＰＮ接着剤１６の層２７を使用して互いに接合させることができる。ここで図４も参照すると、ハイブリッド複合構造物２５は、パーツ２６、２８がＩＰＮ接着剤１６の層２７を間に有して互いに配置されるステップ３０において開始される方法によって加工することができる。

次に、ステップ３２において、適切な放射源４７から構造２５に方向づけされる放射ビーム４５（図５）を使用して第１のポリマー系１８（図１）を硬化させることによってパーツ２６、２８を互いに接合させる。ステップ３２において行われる硬化プロセスは室温において、又は室温に近い温度において実施することができ、この結果、パーツ２６、２８は、高温での硬化によって発生しうる膨張差なく最初に互いに接合される。最後に、ステップ３４において、第２のポリマー系２０を、組み立てられた複合構造物２５を高温での熱硬化サイクルにさらすことによって熱硬化させる。この熱硬化の間、パーツ２６、２８がすでに互いに接合されており、したがって第１のポリマー系によって相互に固定されているため、パーツ２６、２８の熱膨張差は大幅に縮小する、又は除去される。

図５及び６は、ＩＰＮ接着剤１６（図１）の別の応用形態を示す図である。この実施例では、２つのマルチプライ繊維強化積層体３６、３８が、例えば柔軟性エポキシ等の柔軟性ポリマー接着剤の層４０によって互いに接合され、複合構造物３５が形成される。図６に示すように、各積層体３６、３８は前述したＩＰＮ接着剤１６を含むマトリックスに保持され組み込まれた繊維強化材４１を含む。このため、各積層体３６、３８は、図１及び２に関連して上述した二連続相の第１及び第２のポリマー系１８、２０を含み、層４０は、ＩＰＮ接着剤マトリックス１６の一部を形成している第２の柔軟性ポリマー系２０と実質的に同じでありうる柔軟性エポキシ等の熱硬化性且つ柔軟性ポリマーを含む。後に説明するように、複合構造物３５が完全に硬化すると、第２の柔軟性ポリマー系２０（図１）は一つの積層体３６から接合層４０を通って別の積層体３８へ連続的に延びる。
図７は、図５及び６に示す複合構造物３５を加工する方法を示す図である。４４において開始し、本発明に適切な従来のプロセスと工具を使用して、プリプレグ（図示せず）のプライ（図示せず）をレイアップすることによって第１及び第２積層体３６、３８を形成する。２つの無反応の二連続相ポリマー系１８、２０（図１）を含むＩＰＮ接着剤１６は、繊維強化材４１が組み込まれるプライマトリックスとして使用される。次に、ステップ４６において、各積層体３６、３８を、適切な放射源４７によって生成された放射ビーム４５を各積層体３６、３８に当てることによって積層体を処理することが可能になる段階まで少なくとも硬化させる。放射ビーム４５は、電子ビーム（ＥＢ）、紫外線ビーム、又はＸ線ビーム、又はその他なんらかの適切な放射ビームを含みうる。室温において、又は室温に近い温度において実施されうるこの放射ビーム硬化の結果、プライマトリックスの一構成要素を形成する第１のポリマー系１８の硬化、及び図６の番号４２で示すように、第１のポリマー系１８の架橋が得られる。

この時点で、第２の柔軟性ポリマー系２０は反応しないままであるが、第１のポリマー系１８の硬化により、積層体３６、３８が少なくとも必要に応じてさらなるプロセスのための処理を行うことができる段階まで硬くなる。実際には、室温での硬化後、積層体３６、３８の剛性は結果的に、完全に硬化した積層体とほぼ同様のものとなり、工具（図示せず）において共に加圧下に置かれても、積層体３６、３８の変形はわずかでありうる、あるいはまったく変形することがない。ステップ４８において、積層体３６、３８は、ＩＰＮ接着剤１６の一部を形成する第２の柔軟性ポリマー系２０を含むものと実質的に同じでありうる柔軟性熱硬化性ポリマーの接合層４０を使用して、共に組み立てられる。積層体３６、３８が組み立てられたところで、次にステップ５０において、組み立てられた積層体３６、３８を熱硬化サイクルで処理することによって第２の柔軟性ポリマー系２０は接合層４０とともに同時硬化させる。本明細書で注記すべきは、硬化剤としてイミダゾールを使用した時は、硬化プロセスが２つのステップとなることである。第１のステップはエポキシの付加段階であり、この段階では、イミダゾール分子が単純にエポキシ分子の端部に付着し、これは摂氏約６０度で起き、この結果粘度が大幅に増加する。硬化プロセスまでの第２のステップは、摂氏約１６０度で起きるエポキシとエポキシの付加物の架橋である。

図８は、繊維、ビーズ、粒子、又はその他の強化媒体を含みうる強化材５４を保持するために、前述したＩＰＮ接着剤１６をマトリックスとして使用する様子を示す図である。前の実施例のように、ＩＰＮ接着剤１６は、異なる温度でそれぞれ硬化可能な第１のポリマー系１８と第２のポリマー系２０（図１）を含む。柔軟性エポキシを含みうる第２の柔軟性ポリマー系２０（図１）は、アクリル化エポキシを含みうる第１のポリマー系１８よりも高い表面張力を有する。この高い表面張力によって、第２の柔軟性ポリマー系２０が強化材５４に優先的に付着し、この結果、いくらか柔軟な強化材５４の周囲に勾配界面５６ができる。勾配層５６によって得られる柔軟性により、強化材５４からＩＰＮ接着剤マトリックス１６へせん断力が伝わりやすくなるため有利である。また、勾配層５６により、ＩＰＮ接着剤マトリックス１６と強化材５４との間の接合が改善されやすくなる。例えば、ＩＰＮ接着剤マトリックス１６が、炭素繊維である強化材５４との接合が良くないアクリレートを含むとき、勾配層５６を形成する柔軟性材料により、接着剤マトリックス１６と炭素繊維５４との間の接合を改善することができる。

勾配層５６の形成につながるＩＰＮ１６の使用を、フィラメント巻き製品（図示せず）の製造に有利に用いることができる。湿フィラメント巻き又はＲＴＭ（樹脂トランスファー成形）プロセスの終わりにおいて、初期硬化させるために電子ビームのヘッド（図示せず）をパーツの上で走らせることができる。この室温硬化ステップによって全体構造の寸法が固定されるため、第２の熱硬化サイクルのために高価な工具又はオートクレーブを必要としなくてよい。

ここで図９に注目する。図９は、本発明のＩＰＮ接着剤１６を形成する系１８、２０によって付与される改善性能を示す応力ひずみ性能のグラフである。曲線６２は、２つの標準的な柔軟性エポキシ構成要素の５０／５０混合物を含む柔軟性エポキシの性能を示す一方で、曲線６４は、２０％の容量の三官能性アクリレートを含む標準的なアクリレートの性能を示す。曲線６６は、本発明のＩＰＮ接着剤１６の性能を表し、この実施例では、ＩＰＮ接着剤１６は曲線６２で表される５０／５０の組み合わせの柔軟性エポキシ混合物と曲線６４で表されるアクリレート混合物を含む。

普通予測されるように曲線６２、６４の中間にある代わりに、曲線６６で示されるデュアル系ＩＰＮ１６の性能は、ＩＰＮ１６が堅いアクリレートの係数に近い係数を有し（曲線６４）、柔軟性エポキシの伸びに近い伸びを有する（曲線６２）ことを示す。したがって、第１のポリマー系１８（図１）により、パーツを互いに保持するのに必要な力が付与されるが、衝撃荷重の際に変形する能力に限りがある場合があり、第２の柔軟性ポリマー系２０により、衝撃荷重に耐えるのに必要な柔軟性がＩＰＮ１６に付与される。第２の柔軟性ポリマー系２０により、第１のポリマー系１８が位置を変えたり曲げることが効果的にできるようになる。

図１０は、一実施形態による製造環境のブロック図である。この実施例では、製造環境１０００を使用して相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２を形成することができる。
図示したように、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２は、第１のポリマー系１００４と、第２のポリマー系１００６とを含む。第１のポリマー系１００４は図１の第１のポリマー系１８であってよい。第２のポリマー系１００６は図１の第２の柔軟性ポリマー系２０であってよい。

相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２は、様々な異なる割合の第１のポリマー系１００４及び第２のポリマー系１００６を含みうる。様々な実施例では、相互侵入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）接着剤１００２は、約１０重量パーセント、約２０重量パーセント、約３０重量パーセント、約３８重量パーセント、約４０重量パーセント、約４８重量パーセント、約５０重量パーセント、約５８重量パーセント、約６０重量パーセント、約６５重量パーセント、約７０重量パーセント、約７５重量パーセント、約８０重量パーセント、及び約９０重量パーセントの第１のポリマー系１００４を含みうる。任意の数の実施例が提示されているが、これらは非限定的な例である。

図示したように、第１のポリマー系１００４は、熱硬化性アクリレート１００８と三官能性アクリレート１０１０を含む。図示したように、熱硬化性アクリレート１００８と三官能性アクリレート１０１０はいずれも破線になっている。熱硬化性アクリレート１００８と三官能性アクリレート１０１０はいずれも、第１のポリマー系１００４が熱硬化性アクリレート１００８と三官能性アクリレート１０１０のうちの少なくとも一つを含むため、破線になっている。

熱硬化性アクリレート１００８は、加熱されると硬くなるアクリレート材料を含む。アクリレート材料は、カルボニル炭素に付着するビニル基を含む。三官能性アクリレート１０１０は、３つのアクリレート基を有するモノマーを含む。３つのアクリレート基を有するモノマーは、各カルボニル炭素にそれぞれ付着した３つのビニル基を有する。

第１のポリマー系１００４は、係数１０１２が得られるように選択することができる。いくつかの実施例では、係数１０１２は約１８０〜３３５ｋｓｉ（キロポンド／平方インチ）であってよい。係数１０１２は、第１のポリマー系１００４の硬化後の係数である。

ある実施例では、第１のポリマー系１００４は、ビスフェノールＡジアクリレート１０１４を含み、約３１２ｋｓｉの係数１０１２を有する。別の実施例では、第１のポリマー系１００４は、８０重量パーセントのビスフェノールＡジアクリレート１０１４と、２０重量パーセントのトリメチロールプロパントリアクリレート１０２６を含み、約２８７ｋｓｉの係数１０１２を有する。さらに別の実施例では、第１のポリマー系１００４は、６０重量パーセントのビスフェノールＡジアクリレート１０１４と、４０重量パーセントのトリメチロールプロパントリアクリレート１０２６を含み、約３３３ｋｓｉの係数１０１２を有する。

本書において、列挙されたアイテムと共に使用される「〜のうち少なくとも１つ」という表現は、列挙されたアイテムのうち一又は複数の種々の組み合わせが使用可能である、又は、列挙されたアイテムのうち１つだけあればよいということを意味する。例えば、「アイテムＡ、アイテムＢ、又はアイテムＣのうちの少なくとも１つ」は、限定しないが、「アイテムＡのみ」、「アイテムＡ及びアイテムＢ」、又は「アイテムＢのみ」を含みうる。この例は、「アイテムＡ、アイテムＢ、及びアイテムＣ」、又は「アイテムＢ及びアイテムＣ」をさらに含みうる。当然ながら、これらのアイテムの任意の組み合わせもありうる。他の例では、「〜のうちの少なくとも１つ」は、例えば、限定しないが、アイテムＡのうちの２個、アイテムＢのうちの１個、及びアイテムＣのうちの１０個、アイテムＢのうちの４個及びアイテムＣのうちの７個、また他の好適な組み合わせであってもよい。アイテムは、特定の対象物、物体、又はカテゴリであってもよい。換言すると、「〜のうちの少なくとも１つ」とは、アイテムの任意の組み合わせ、及び／又は列挙された中から使用できる任意の数のアイテムを意味するが、列挙されたアイテムのすべてが必要となるわけではない。

幾つかの例では、第１のポリマー系１００４は、熱硬化性アクリレート１００８のみを有する。いくつかの例では、第１のポリマー系１００４は、三官能性アクリレート１０１０のみを有する。別の実施例では、第１のポリマー系１００４は、熱硬化性アクリレート１００８と三官能性アクリレート１０１０の両方を有する。第１のポリマー系１００４は、例えば図３の放射源４７等の放射源を使用して第１のポリマー系１００４を硬化するために開始剤分子を必要とすることがないように選択することができる。

第１のポリマー系１００４が熱硬化性アクリレート１００８と三官能性アクリレート１０１０の両方を含む時に、第１のポリマー系１００４は異なる割合の熱硬化性アクリレート１００８と三官能性アクリレート１０１０を含みうる。ある実施例では、第１のポリマー系１００４は、約８０重量パーセントの熱硬化性アクリレート１００８と、約２０重量パーセントの三官能性アクリレート１０１０を含む。別の実施例では、第１のポリマー系１００４は、６０重量パーセントの熱硬化性アクリレート１００８と、４０重量パーセントの三官能性アクリレート１０１０を含む。つまり、第１のポリマー系１００４は、重量比が約３：２である熱硬化性アクリレートと三官能性アクリレートを含む。

熱硬化性アクリレート１００８は、特性１０１３が得られるように選択される。熱硬化性アクリレート１００８の特性１０１３は、降伏強度、ガラス転移温度、第２のポリマー系１００６と比較した混和性パラメータ、化学構造、及び係数のうちの少なくとも一つを含みうる。特性１０１３は、結果として得られる相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２に望ましい特性が付与されるように選択することができる。実施例によっては、熱硬化性アクリレート１００８は、ビスフェノールＡジアクリレート１０１４としてもよい。

ビスフェノールＡジアクリレート１０１４は化学的に下記のように表すことができる。

市販のビスフェノールＡジアクリレート１０１４の一例は、ｃｙｔｅｃ社製 ｅｂｅｃｒｙｌ（登録商標）６００ １０１８である。ビスフェノールＡジアクリレート１０１４は他のメーカーから他の市販品名で手に入れることができる。

三官能性アクリレート１０１０は、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２に望ましい特性を付与するように選択することができる。ある実施例では、三官能性アクリレート１０１０は、熱硬化性アクリレート１００８と第２のポリマー系１００６との混和性の不一致が修正されるように選択されうる。ある例では、三官能性アクリレート１０１０は、第１のポリマー系１００４と第２のポリマー系１００６の未硬化混合物の粘度が修正されるように選択することができる。一例では、三官能性アクリレート１０１０はトリメチルロールプロパントリアクリレート１０２６であってよい。トリメチルロールプロパントリアクリレート１０２６は、下記化学式で表すことができる。

トリメチルロールプロパントリアクリレート１０２６の一のメーカーは、シグマアルドリッチ社である。しかしながら、三官能性アクリレート１０１０は他のメーカーから手に入れることができる。

係数１０３５を有する第２のポリマー系１００６は、熱硬化性エポキシ系１０３０とエポキシ硬化剤１０３２を含む。熱硬化性エポキシ系１０３０は、第１のエポキシ１０３４を含む。さらに、幾つかの例示的な実施例では、熱硬化性エポキシ系１０３０は第２のエポキシ１０３６も含む。

熱硬化性エポキシ系１０３０は特性１０５０を有するように選択することができる。特性１０５０には、第１のポリマー系１００４と一致しない混和性、第１のポリマー系１００４と類似の化学構造、及び係数のうちの少なくとも一つが含まれうる。熱硬化性エポキシ系１０３０は、第１のポリマー系１００４と第２のポリマー系１００６の未硬化混合物の粘度が望ましい値になるように選択することができる。

ある実施例では、第１のエポキシ１０３４はビスフェノールＡジグリシジルエーテル１０４４、又はビスアジピン酸（（３、４−エポキシシクロヘキシル）メチル）Ａ１０４６のうちの一つであってよい。

ビスフェノールＡジグリシジルエーテル１０４４は、下記の化学式で示すことができる。

市販のビスフェノールＡジグリシジルエーテル１０４４の一例は、Ｄｏｗ社製 ＤＥＲ ３３２ １０５２である。

アジピン酸ビス（（３、４−エポキシシクロヘキシル）メチル）Ａ１０４６は、下記の化学式で示すことができる。

市販のアジピン酸ビス（（３、４−エポキシシクロヘキシル）メチル）Ａ１０４６の一例は、ｓｙｎａｓｉａ社製 ｓｙｎａ ｅｐｏｘｙ ２８ １０５４である。

ある実施例では、熱硬化性エポキシ系１０３０には第２のエポキシ１０３６が含まれる。これらの実施例では、熱硬化性エポキシ系１０３０内に異なる濃度の第２のエポキシ１０３６が含まれることが望ましい。ある実施例では、熱硬化性エポキシ系１０３０には、約５０重量パーセントの第２のエポキシ１０３６が含まれる。別の実施例では、熱硬化性エポキシ系１０３０には、約３０パーセントの第２のエポキシ１０３６が含まれる。さらに別の実施例では、熱硬化性エポキシ系１０３０には、約４０重量パーセントの第２のエポキシ１０３６が含まれる。

第２のエポキシ１０３６は、特性１０５０に影響を与えるように選択することができる。ある実施例では、第２のエポキシ１０３６は、硬化前に熱硬化性エポキシ系１０３０の粘度を低下させるように選択することができる。別の実施例では、第２のエポキシ１０３６は、第２のポリマー系１００６の係数１０３５を低下させるように選択することができる。幾つかの例示的な実施例では、第２のエポキシ１０３６は、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル１０５８であってよい。ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル１０５８は、下記のように化学式で示すことができる。

市販のポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル１０５８の一例は、Ｄｏｗ社製 ＤＥＲ ７３６ １０６２である。

エポキシ硬化剤１０３２は、２−エチル−４−メチルイミダゾール１０３８と、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸１０４０から選択することができる。エポキシ硬化剤１０３２は、特性１０４２に基づいて選択される。具体的には、エポキシ硬化剤１０３２は、エポキシ硬化剤１０３２が室温下で第１のポリマー系１００４の硬化を開始しないように選択することができる。加えて、エポキシ硬化剤１０３２は、華氏１４０度等の放射源又は高温のうちの一つによって、第１のポリマー系１００４の硬化後まで第２のポリマー系１００６と架橋しないように、選択することができる。

エポキシ硬化剤１０３２は２−エチル−４−メチルイミダゾール１０３８であり、エポキシ硬化剤１０３２の熱硬化性エポキシ系１０３０に対する比は約９〜３１モルパーセントであってよい。ある実施例では、エポキシ硬化剤１０３２は２−エチル−４−メチルイミダゾール１０３８であり、エポキシ硬化剤１０３２の熱硬化性エポキシ系１０３０に対する重量比は約１：１０であってよい。他の実施例では、２−エチル−４−メチルイミダゾール１０３８の熱硬化性エポキシ系１０３０に対する比は異なっている場合がある。２−エチル−４−メチルイミダゾール１０３８は下記化学式で示すことができる。

エポキシ硬化剤１０３２がメチルヘキサヒドロ無水フタル酸１０４０である場合、エポキシ硬化剤１０３２の熱硬化性エポキシ系１０３０に対する比は、１００重量パーセントの熱硬化性エポキシ系１０３０に対し、約４５〜７０重量パーセントであってよい。ある実施例では、エポキシ硬化剤１０３２がメチルヘキサヒドロ無水フタル酸１０４０である場合、エポキシ硬化剤１０３２の熱硬化性エポキシ系１０３０に対する重量比は、約７：１０である。別の実施例では、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸１０４０の熱硬化性エポキシ系１０３０に対する比は異なるものでありうる。メチルヘキサヒドロ無水フタル酸１０４０は、下記化学式で示すことができる。

ある実施例では、第１のパーツ１０６４と第２のパーツ１０６６とを接合させるために相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２を使用することができる。第１のパーツ１０６４は、複合物１０６８又は金属１０７０でできていてよい。第２のパーツ１０６６は、複合物１０７２又は金属１０７４でできていてよい。

ある実施例では、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２は、第１のパーツ１０６４と第２のパーツ１０６６のうちの少なくとも一つに樹脂として使用することができる。例えば、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２は、第１のパーツ１０６４の複合物１０６８の一部を形成しうる。

相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２の硬化において、第１のポリマー系１００４が最初に硬化しうる。第１のポリマー系１００４は、図３の放射ビーム４５等の放射ビームを使用して硬化させることができる。第１のポリマー系１００４が最初に硬化すると、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２は第１のポリマー系１００４を使って強度を発現させる。つまり、熱硬化性アクリレート１００８と、三官能性アクリレート１０１０のうちの少なくとも一つにより、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２の強度が発現する。特性１０１３と特性１０２８のうちの少なくとも一つは、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２の第２の硬化後に、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２に望ましい強度が付与されるように選択することができる。

第２のポリマー系１００６は２番目に硬化されうる。その結果、第２のポリマー系１００６により、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２に柔軟性が付与されうる。つまり、熱硬化性エポキシ系１０３０により、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２に柔軟性が付与される。特性１０５０は、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２の第２の硬化後に望ましい柔軟性が得られるように選択することができる。

ある実施例では、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２の靱性は、係数１０１２と係数１０３５との間の不一致を通して発現する可能性がある。具体的には、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２の靱性は、係数１０３５が係数１０１２の値の６０％以下である時に発現する可能性がある。

一例では、熱硬化性エポキシ系１０３０は、５０重量パーセントのビスフェノールＡジグリシジルエーテル１０４４と、５０重量パーセントのポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル１０５８を含み、係数１０３５は約１４１ｋｓｉである。別の例では、熱硬化性エポキシ系１０３０は、７０重量パーセントのビスフェノールＡジグリシジルエーテル１０４４と、３０重量パーセントのポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル１０５８を含み、係数１０３５は約３９９ｋｓｉである。

いくつかの例では、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２の靱性は、第１のポリマー系１００４と熱硬化性エポキシ系１０３０の化学架橋を通して発現させることもできる。具体的には、熱硬化中に、第１のポリマー系１００４の未反応アクリレート基が熱硬化性エポキシ系１０３０と反応して、化学結合が得られる。熱可塑性強靭化剤は、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２には使用されない。

第１のポリマー系１００４と第２のポリマー系１００６の選択材料が原因で、いくつかの現象が起きる可能性がある。一例では、熱硬化性エポキシ系１０３０のモノマーの存在により、普通は速い第１のポリマー系１００４の反応速度が低下する。熱硬化性エポキシ系１０３０のモノマーの存在により、熱硬化性エポキシ系１０３０のモノマーがない場合よりもさらに拡散可能にすることができる。この拡散がより広まることで、第１のポリマー系１００４のモノマーの変換速度が上昇しうる。

いくつかの例では、ビスフェノールＡジアクリレート１０１４とビスフェノールＡジグリシジルエーテル１０４４を選択することによって、第１のポリマー系１００４と第２のポリマー系１００６の親和性を高め、第１のポリマー系１００４と第２のポリマー系１００６の相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２内で分離しやすい性質を弱めることができる。

順次相互侵入ポリマーネットワーク接着剤を上述したが、いくつかの例では、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１００２は、同時相互侵入ポリマーネットワーク接着剤として形成することが可能である。順次相互侵入ポリマーネットワーク接着剤では、第１のポリマー系１００４の硬化が最初に開始され、第２のポリマー系１００６の硬化が２番目に開始されうる。同時相互侵入ポリマーネットワーク接着剤では、第１のポリマー系１００４と第２のポリマー系１００６の硬化が実質的に同時に開始される。同時相互侵入ポリマーネットワーク接着剤では、第１のポリマー系１００４は、第２のポリマー系１００６よりも大幅に速い速度で硬化する。この結果、第１のポリマー系１００４の硬化が完了した後にはまだ第２のポリマー系１００６の硬化は開始段階にある。上記例では、エポキシ硬化剤１０３２は、２−エチル−４−メチルイミダゾール１０３８であってよい。一例では、同時相互侵入ポリマーネットワーク接着剤は、華氏約１４０度等のわずかに高い温度で形成されうる。上記例では、第１のポリマー系１００４は約１分以下で硬化させることができ、第２のポリマー系１００６は約２〜４時間で硬化させることができる。

図１０の製造環境１０００の図は、実施形態が実行される方法に対して物理的な又は構造的な限定を表すことを意図していない。図示したコンポーネントに加えてまたは代えて、他のコンポーネントを使用できる。いくつかのコンポーネントは不要になることがある。また、いくつかの機能コンポーネントを図解するためにブロックが提示されている。例示的な実施形態において実施される場合、これらのブロックの一又は複数を、異なるブロックに統合、分割、或いは統合且つ分割することができる。例えば、非限定的に、複合パネル形成環境１００はさらに、例えば図３の放射源４７等の放射源を含みうる。

図１１は、例示の実施形態による、相互侵入ポリマーネットワークの圧縮降伏強度対第１のポリマー系含有量のグラフである。図１１から分かるように、圧縮降伏強度１１０２は、相互侵入ポリマーネットワークの第１のポリマー系含有量１１０３に対してグラフ表示されている。この例での相互侵入ポリマーネットワーク接着剤は、熱硬化性アクリレートがビスフェノールＡジアクリレートを含み、熱硬化性エポキシ系が５０重量パーセントのビスフェノールＡジグリシジルエーテルと、５０重量パーセントのポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルを含む処方を含む。図示したように、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤の圧縮降伏強度データ１１０４は混合物の線形規則１１０６に則ったものではない。混合物の線形規則では、複合物の特性は、２つの構成材料の特性の組み合わせであることが提示されている。複合物の特性は、構成成分の材料特性の値で乗算した構成成分の各容量パーセントの合計と等しい。図示したように、ビスフェノールＡジアクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、及びポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルの混合物１１０６の線形規則は、上限１１０８及び下限１１１０から成る。組成物が混合物１１０６の線形規則外の値を有する場合には、組成物の圧縮降伏強度１１０２が予想外の値となる。

図１２は、例示の実施形態による相互侵入ポリマーネットワークの引張強度対熱硬化性の第１のポリマー系含有量のグラフである。図１２からわかるように、引張強度１２０２は、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤の第１のポリマー系含有量１２０３に対してグラフ表示される。この例の相互侵入ポリマーネットワーク接着剤では、第１のポリマー系は、８０重量パーセントの熱硬化性アクリレートと、２０重量パーセントの三官能性アクリレートとを含む処方を含む。つまり、第１のポリマー系の、熱硬化性アクリレートの三官能性アクリレートに対する重量比は約４：１である。熱硬化性アクリレートはビスフェノールＡジアクリレートを含み、三官能性アクリレートはトリメチルロールプロパントリアクリレートであり、熱硬化性エポキシ系は５０重量パーセントのビスフェノールＡジグリシジルエーテルと、５０重量パーセントのポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルを含む。図示したように、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤の引張強度データ１２０４は、混合物の線形規則１２０６に則ったものではない。図示したように、ビスフェノールＡジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、及びポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル混合物の混合物の線形規則１２０６は、上限１２０８及び下限１２１０から成る。組成物が混合物１２０６の線形規則外の値を有する場合、組成物の正規化引張強度１２０２は予想外の値となる。図１２からわかるように、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤は混合物１２０６の線形規則よりも高い引張強度１２０２を有する。したがって、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤は、これら構成成分よりも高い所望の強度を示す。

図１３は、例示の実施形態による相互侵入ポリマーネットワークの破壊靱性対第１のポリマー系含有量のグラフである。図１３からわかるように、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤の破壊靱性１３０２は、第１のポリマー系含有量１３０３に対してグラフ表示されている。図１２にあるように、この例の相互侵入ポリマーネットワーク接着剤は、第１のポリマー系が８０重量パーセントの熱硬化性アクリレートと、２０重量パーセントの三官能性アクリレートを含む処方を含む。熱硬化性アクリレートはビスフェノールＡジアクリレートを含み、三官能性アクリレートはトリメチルロールプロパントリアクリレートであり、熱硬化性エポキシ系は５０重量パーセントのビスフェノールＡジグリシジルエーテルと、５０重量パーセントのポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルとを含む。図示したように、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤の破壊靱性データ１３０４は混合物の線形規則１３０６に則ったものではない。図示したように、ビスフェノールＡジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、及びポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルの混合物の線形規則１３０６は、上限１３０８と下限１３１０から成る。組成物が混合物の線形規則１３０６外の値を有する場合、組成物は予想外の破壊靱性１３０２を有する。

図１３において分かるように、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤は、混合物の線形規則１３０６よりも高い破壊靱性１３０２を有する。したがって、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤は、これらの個々の構成成分よりも高い靱性を示すことが望ましい。

図１４は、例示の実施形態による相互侵入ポリマーネットワークの引張強度と破壊靱性対第１のポリマー系含有量のグラフである。具体的には、図１４は図１２と１３を重ね合わせたものである。

図１３の相互侵入ポリマーネットワークの破壊靱性データ１３０４は、靱性の傾向１４０２と共に提示されている。靱性の傾向１４０２は、相互侵入ポリマーネットワークの靱性データの点の傾向線である。相互侵入ポリマーネットワークの引張強度データ１２０４は、引張強度の傾向１４０４と共に提示されている。引張強度の傾向１４０４は、引張強度データ１２０４の点の傾向線である。

従来の材料では、強度と靱性の間は相反している。具体的には、従来の材料において強度が上がると、靱性は下がる。さらに、従来の材料では、靱性が上がると強度が下がる。

図１４からわかるように、靱性の傾向１４０２は、第１のポリマー系含有量１３０３が約７０％になるまで上昇する。図示したように、引張強度の傾向１４０４は、第１のポリマー系含有量１３０３が約７０％になるまで上昇する。この例では、相互侵入ポリマーネットワークは、約６０〜８０％の第１のポリマー系含有量を有することが望ましい。これらの相互侵入ポリマーネットワークは、所望の破壊靱性と所望の引張強度の交差に基づくものであることが望ましい。図１４において見られるように、第１のポリマー系含有量が約６０〜８０％である時、靱性の傾向１４０２と引張強度の傾向１４０４の値が最も高くなる。

図１５は、例示の実施形態による相互侵入ポリマーネットワークのモノマー変換度対第１のポリマー系含有量のグラフである。図１５からわかるように、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤について、第１のポリマー系含有量１５０３に対するモノマー変換度１５０２がグラフ表示されている。図１５では、この例の相互侵入ポリマーネットワーク接着剤は、熱硬化性アクリレートがビスフェノールＡジアクリレートを含み、熱硬化性エポキシ系が、５０重量パーセントのビスフェノールＡジグリシジルエーテルと５０重量パーセントのポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルを含む処方を含む。

材料の硬化において、モノマー変換度は０．１近辺であることが望ましい。モノマー変換度が低いのはあまり望ましくない。モノマー変換度は、硬化度とも呼ぶことができる。

相互侵入ポリマーネットワーク接着剤のモノマー変換度データ１５０４が図示されている。図１５から良く分かるように、約２０〜８０重量パーセントの第１のポリマー系含有量１５０３を有する相互侵入ポリマーネットワーク接着剤のモノマー変換度データ１５０４が最も高く、したがって最も望ましいモノマー変換度である。

図１６は、例示の実施形態による相互侵入ポリマーネットワークの損失係数対温度のグラフである。図１６から分かるように、組成物は単一のガラス転移温度を呈する。単一のガラス転移温度は、組成物が２つの異なる構成要素の混合物である時に、相互侵入ポリマーネットワークであることを暗示するものである。

図１６で見られるように、第１の組成物１６０４は単一のガラス転移温度を呈する。第１の組成物１６０４は、約４８重量パーセントの第１のポリマー系を有する組成物である。この例では、第１のポリマー系は、約８０重量パーセントのビスフェノールＡジアクリレートと、約２０重量パーセントのトリメチロールプロパントリアクリレートである。この例では、第２のポリマー系は、約５０重量パーセントのビスフェノールＡジグリシジルエーテルと、約５０重量パーセントのポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルである熱硬化性エポキシ系を有する。第１の組成物は、硬化剤として２−エチル−４−メチルイミダゾールも含む。

図１６から分かるように、第２の組成物１６０６は単一のガラス転移温度を呈する。第２の組成物１６０６は、ビスフェノールＡジアクリレートを第１のポリマー系として有する組成物である。第２の組成物は、アジピン酸ビス（（３、４−エポキシシクロヘキシル）メチル）を熱硬化性エポキシ系として有する。第２の組成物は、硬化剤としてメチルヘキサヒドロ無水フタル酸も含む。

図１６において見られるように、第３の組成物１６０８は、単一のガラス転移温度を呈する。第３の組成物１６０８は、約４８重量パーセントの第１のポリマー系を有する組成物である。この例では、第１のポリマー系はビスフェノールＡジアクリレートである。この例では、第２のポリマー系は、約７０重量パーセントのビスフェノールＡジグリシジルエーテルと、約３０重量パーセントのポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルである熱硬化性エポキシ系を有する。第３の組成物は、硬化剤として２−エチル−４−メチルイミダゾールも含む。

図１７は、例示の実施形態による相互侵入ポリマーネットワークの密度対第１のポリマー系含有量のグラフである。図１７では、密度１７０２は、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１７０４の第１のポリマー系含有量１７０３に対してグラフ表示されている。この例では、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１７０４は、第１のポリマー系としてビスフェノールＡジアクリレートを有する。この例では、第２のポリマー系は約５０重量パーセントのビスフェノールＡジグリシジルエーテルと、約５０重量パーセントのポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルである。

見てわかるように、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１７０４の密度は、混合物の線形規則に則ったものである。相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１７０４の密度が混合物の線形規則に則ったものであるため、詰め込み因数を改善しても相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１７０４の靱性及び強度の改善にはつながらない。

図１８は、相互侵入ポリマーネットワークのその構成成分とは異なる短ビームのせん断結果のグラフである。図１８では、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１８０４の力１８０２はその構成成分よりも大きい。具体的には、相互侵入ポリマーネットワークの力は、その第１のポリマー系１８０６と第２のポリマー系１８０８の両方の力よりも大きい。

この例では、第１のポリマー系１８０６は、８０重量パーセントの熱硬化性アクリレートと、２０重量パーセントの三官能性アクリレートとを含む。この例では、熱硬化性アクリレートはビスフェノールＡジアクリレートである。この例では、三官能性アクリレートはトリメチロールプロパントリアクリレートである。この例では、第２のポリマー系１８０８は、熱硬化性エポキシ系とエポキシ硬化剤を含む。この例では、熱硬化性エポキシ系は、５０重量パーセントのビスフェノールＡジグリシジルエーテルと、５０重量パーセントのポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルとを含む。この例では、エポキシ硬化剤は２−エチル−４−メチルイミダゾールを含む。第２のポリマー系１８０８は、１０分の１のエポキシ硬化剤を含む。相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１８０４は、５０重量パーセントの第１のポリマー系１８０６と、５０重量パーセントの第２のポリマー系１８０８とを含む。

混合物の線形規則を使用すると、第１のポリマー系１８０６と第２のポリマー系１８０８を組み合わせた力の予測値は約２２〜１１ＭＰａとなる。具体的には、約５０重量パーセントの第１のポリマー系１８０６と、約５０重量パーセントの第２のポリマー系１８０８の組み合わせに対し、力の予測値は約１７ＭＰａとなる。

図１８では、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１８０４は、そのいずれの構成成分よりも大きい力１８０２を有するため、予想外の力１８０２を有する。したがって、相互侵入ポリマーネットワーク接着剤１８０４は、その構成成分よりも望ましい接着特性を発揮する。

次に図１９及び図２０に示すように、本発明の実施形態は、図１９に示す航空機の製造及び保守方法６８、及び図２０に示す航空機７０に関して使用することが可能である。製造前の段階では、例示的な方法６８は、航空機７０の仕様及び設計７２と、材料調達７４とを含むことができる。製造段階では、航空機７０の構成要素及びサブアセンブリの製造７６とシステムインテグレーション７８とが行われる。製造プロセスステップ７６の一部としてパーツ及びサブアセンブリを組み立てるために、本発明のＩＰＮ接着剤１６を使用することができる。その後、航空機７０は認可及び納品８０を経て運航８２される。顧客により運航される間に、航空機７０はＩＰＮ接着剤１６を使用してパーツ及びアセンブリを修理又は改修することができる定期的な整備及び保守１６６（改造、再構成、改修なども含みうる）が予定され得る。

方法６８の各工程は、システムインテグレーター、第三者、及び／又はオペレーター（例えば顧客）によって実施又は実行されうる。本明細書の目的のために、システムインテグレーターは、限定しないが、任意の数の航空機製造者、及び主要システムの下請業者を含むことができ、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含むことができ、オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などでありうる。

図２０に示されるように、例示的方法６８によって製造された航空機７０は、複数のシステム８８および内装９０を有する機体８６を含むことができる。高レベルのシステム８８の例には、推進システム９２、電気システム９４、油圧システム９６、および環境システム９８のうちの一または複数が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。本発明のＩＰＮ接着剤１６を使用して、機体８６及び内装９０に使用されるパーツを製造することができる。航空宇宙産業の例を示したが、本発明の原理は、自動車産業などの他の産業にも適用し得る。

本明細書の中で具現化された装置は、方法６８の１以上の任意の段階で採用することができる。例えば、製造プロセス７８に対応する構成要素又はサブアセンブリは、航空機７０の運航中に製造される構成要素又はサブアセンブリに類似の方法で作製又は製造される。また、一又は複数の装置の実施形態は、例えば、航空機１５２の組立てを実質的に効率化するか、又は航空機９４のコストを削減することにより、製造段階７６及び７８の間に利用することができる。同様に、一又は複数の装置の実施形態を、航空機７０の運航中に、例えば限定しないが、整備及び保守８４に利用することができる。

一実施形態では、２つのパーツを互いに接合させる方法が提示される。この方法は、パーツを、パーツ間の相互侵入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）接着剤の層と共に配置することと、放射エネルギーを使用して、ＩＰＮ接着剤の第１のポリマー系を硬化させることによってパーツを互いに付着させることと、第１のポリマー系が硬化された後で、ＩＰＮ接着剤の第２の柔軟性ポリマー系を熱硬化させることとを含む。いくつかの例では、第１の接着剤系を硬化させることは、放射エネルギーのビームを使用して実質的に室温で行われ、第２の接着剤系を熱硬化させることは、室温を超える温度で行われる。ある例では、第１のポリマー系を、パーツが処理できるようになる段階まで硬化させる。別の例では、第１のポリマー系は、硬化した時に、第２のポリマー系が硬化するまでパーツに付着しパーツを相互に保持する第１の実質的な連続構造を形成するアクリル化エポキシである。別の例では、第２のポリマー系は、実質的に柔軟性のあるエポキシ、及び実質的に柔軟性のあるビニールエステルから成る群から選択される。さらに別の例では、パーツはそれぞれ異なる熱膨張係数を有する。さらに別の例では、パーツのうちの一つは繊維強化複合物であり、もう一つのパーツは金属を含む。

別の実施形態では、複合構造物を製造する方法が提供される。この方法は、第１のポリマー接着剤系と柔軟性のある第２のポリマー接着剤系とを含む、繊維強化相互侵入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）マトリックスをそれぞれ有する第１と第２の複合積層体をレイアップすることと、第１のポリマー接着剤系を硬化させることと、第１と第２の積層体を、積層体間の第２のポリマー接着剤系の層と共に組み立てることと、第２のポリマー接着剤系を硬化させることとを含む。ある例では、第１のポリマー接着剤系を硬化させることは、放射ビームによって実質的に室温で行われる。別の例では、第１のポリマー接着剤系を硬化させることは、放射ビームによって実質的に室温で行われ、第２のポリマー接着剤系を硬化させることは、第１のポリマー接着剤系が硬化された後の熱硬化サイクル中に、組み立てられた積層体と接着剤の層を同時硬化させることによって行われる。ある例では、第１のポリマー接着剤系を硬化させることは、第１及び第２積層体が互いに組み立てられる前に行われ、積層体に十分な剛性が付与され、積層体の処理が可能になる。さらなる例では、第２のポリマー接着剤系を硬化させることによって、第１と第２の積層体と接合部を通って延びる実質的に連続した柔軟性ポリマー構造が作製される。

一実施形態では、相互侵入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）接着剤が提示されている。相互侵入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）接着剤は、放射線によって硬化性アクリル化ポリマー系と、アクリル化ポリマー系が硬化された後で熱硬化性且つ柔軟性エポキシ系を含む。一例では、アクリル化ポリマー系はアクリル化エポキシである。別の例では、アクリル化ポリマー系はアクリル化エポキシであり、アクリル化エポキシは、電子ビーム、紫外線及びＸ線から成る群から選択される放射線によって硬化可能である。別の例では、柔軟性ポリマー系は、柔軟性エポキシ、及び柔軟性ビニールエステルから成る群から選択されるものである。さらに別の例では、アクリル化ポリマー系はアクリル化エポキシであり、アクリル化エポキシは、三官能性アクリレートを有するビスフェノールＡジアクリレート（ＢＰＡＤＡ）、トリメチルロールプロパン、及びトリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）架橋剤のうちの少なくとも一つを含む。さらに別の例では、アクリル化ポリマー系はアクリル化エポキシであり、柔軟性エポキシ系はアジピン酸ビス（３、４−エポキシシクロヘキシルメチル）（ＢＥＣＡ）、及びビスフェノールＡジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＡ）と、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル（ＰＰＧＤＥ）鎖延長剤との組み合わせからなる群から選択される。さらなる例では、柔軟性ポリマー系は、熱硬化開始剤を含む。

一実施形態では、強化複合構造物が提示されている。強化複合構造物は、強化材と、強化材が組み込まれたマトリックスとを含み、マトリックスは相互侵入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）を含み、相互侵入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）は強化材周囲に勾配界面を形成し、これにより、マトリックスから強化材へのせん断力の伝達が改善される。一例では、ＩＰＮは、アクリル化ポリマーと柔軟性エポキシを含む二相連続性構造であり、強化材は炭素、繊維ガラス及びアラミドから成る群から選択される繊維を含む。

また更なる実施形態では、金属と複合パーツを互いに接合させる方法が提示されている。この方法は、パーツを、パーツ間の相互侵入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）接着剤の層と共に配置することと、放射エネルギーの電子ビームを使用して室温でＩＰＮ接着剤の第１のポリマー系をパーツが処理のために十分な剛性を有するようになるまで硬化させることによってパーツを互いに付着させることであって、第１のポリマー系は、硬化した時に第１の実質的な連続構造を形成し、第２のポリマー系が硬化するまでパーツを互いに付着させ固定するアクリル化エポキシである、付着させることと、第１のポリマー系が硬化した後で、熱硬化サイクルを使用して室温を超える温度でＩＰＮ接着剤の第２の柔軟性ポリマー系を熱硬化させることであって、第２のポリマー系は実質的に柔軟性のあるエポキシと、実質的に柔軟性のあるビニールエステルから成る群から選択される、熱硬化させることとを含む。

さらに別の実施形態では、相互侵入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）接着剤が提示されている。相互侵入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）接着剤は、電子ビーム、紫外線、及びＸ線から成る群から選択される放射線によって硬化可能なアクリル化エポキシ系を含み、アクリル化エポキシ系は、三官能性アクリレートを有するビスフェノールＡジアクリレート（ＢＰＡＤＡ）と、トリメチロールプロパン、トリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）架橋剤と、アクリル化エポキシ系が硬化した後で熱硬化可能な柔軟性エポキシ系のうちの少なくとも一つを含み、柔軟性エポキシ系は熱硬化開始剤を含み、アジピン酸ビス（３、４−エポキシシクロヘキシルメチル）（ＢＥＣＡ）と、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＡ）とポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル（ＰＰＧＤＥ）鎖延長剤の組み合わせとからなる群から選択される。

相互侵入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）接着剤は放射線によって硬化可能なアクリル化ポリマー系と、アクリル化ポリマー系が硬化した後で熱硬化可能な柔軟性エポキシ系とを含む。開示される一実施形態によれば、２つのパーツを互いに接合させる方法が提供される。この方法は、パーツを、パーツ間のＩＰＮ接着剤の層と共に配置することと、放射エネルギーを使用してＩＰＮ接着剤の第１のポリマー系を硬化させることによってパーツを互いに付着させることとを含む。この方法はさらに、第１のポリマー系が硬化した後で、ＩＰＮ接着剤の第２の柔軟性ポリマー系を熱硬化させることを含む。第１の接着剤系を硬化させることは、例えば電子ビーム等の放射ビームを使用して実質的に室温で行われ、第２の接着剤系は室温を超える温度で熱硬化させる。第１のポリマー系は、少なくとも次の処理ステップ中にパーツを処理することができるほどパーツが十分に硬くなる段階まで硬化させる。第１のポリマー系は、硬化した時に実質的な連続構造を形成し、第２のポリマー系が硬化するまでパーツを互いに付着させ保持するアクリル化エポキシを含みうる。第２のポリマー系は、実質的に柔軟性のあるエポキシと実質的に柔軟性のあるビニールエステルから成る群から選択されうる。

本発明の別の一実施形態によれば、複合構造物の製造方法が提供される。この方法は、第１のポリマー接着剤系と、柔軟性のある第２のポリマー接着剤系とを含む繊維強化ＩＰＮマトリックスをそれぞれ有する第１及び第２の複合積層体をレイアップすることを含む。この方法はさらに、第１のポリマー接着剤系を硬化させることと、第１及び第２の積層体を、積層体間の第２のポリマー接着剤系の層と共に組み立てることとを含む。この方法はさらに、第２のポリマー接着剤系を硬化させることを含む。第１のポリマー接着剤系は、放射ビームによって実質的に室温で硬化させる。第２のポリマー接着剤系は、第１のポリマー接着剤系が硬化した後で、熱硬化サイクル中に組み立てられた積層体と接着剤の層を同時硬化させることによって硬化させる。

さらに別の実施形態によれば、ＩＰＮ接着剤は、放射線によって硬化可能なアクリル化ポリマー系と、アクリル化ポリマー系が硬化した後で硬化させる柔軟性エポキシ系とを含む。アクリル化ポリマー系はアクリル化エポキシを含むことができ、放射線は電子ビーム、紫外線及びＸ線から成る群から選択することができる。柔軟性ポリマー系は、柔軟性エポキシと柔軟性ビニールエステルから成る群から選択されるものであってよい。

別の実施形態によれば、強化複合構造物が提供される。複合構造物は強化材と、強化材が組み込まれるマトリックスとを含む。マトリックスは、強化材周囲に勾配界面を形成し、これによりマトリックスから強化材までのせん断力の伝達が改善されるＩＰＮを含む。強化材には、炭素、繊維ガラス、及びアラミドから成る群から選択される繊維が含まれうる。ＩＰＮは、アクリル化ポリマーと柔軟性エポキシとを含む二相連続性構造である。

さらに、本発明は、以下の条項による実施形態を含む。

条項１ 熱硬化性アクリレートから基本的に成る約１８０〜３３５ｋｓｉの第１の係数を有する第１のポリマー系と、
第１のエポキシを含む熱硬化性エポキシ系及び、
エポキシ硬化剤
から基本的に成る第２のポリマー系と
から基本的に成る組成物である。

条項２ 熱硬化性アクリレートがビスフェノールＡジアクリレートである、条項１に記載の組成物。

条項３ 第２のポリマー系が第２の係数を有し、第２の係数は第１の係数の約６０％以下の値を有する、条項１又は２に記載の組成物。

条項４ 第１のエポキシはビスフェノールＡジグリシジルエーテルであり、熱硬化性エポキシ系がさらに、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルを含む、条項１〜３に記載の組成物。

条項５ 熱硬化性エポキシ系は、約５０重量パーセントのビスフェノールＡジグリシジルエーテルと、約５０重量パーセントのポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルを含む、条項４に記載の組成物。

条項６ 熱硬化性エポキシ系は、約６０重量パーセントのビスフェノールＡジグリシジルエーテルと、約４０重量パーセントのポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルとを含む、条項４に記載の組成物。

条項７ 熱硬化性エポキシ系は、約７０重量パーセントのビスフェノールＡジグリシジルエーテルと、約３０重量パーセントのポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルとを含む、条項４に記載の組成物。

条項８ 第１のエポキシは、アジピン酸ビス（（３、４−エポキシシクロヘキシル）メチル）である、条項１〜３に記載の組成物。

条項９ エポキシ硬化剤が２−エチル−４−メチルイミダゾールであり、該エポキシ硬化剤の熱硬化性エポキシ系に対する重量比は約１：１０である、条項１〜３に記載の組成物。

条項１０ エポキシ硬化剤は２−エチル−４−メチルイミダゾールであり、該エポキシ硬化剤の熱硬化性エポキシ系に対する比率は約９〜３１モルパーセントである、条項１〜３に記載の組成物。

条項１１ エポキシ硬化剤はメチルヘキサヒドロ無水フタル酸であり、該エポキシ硬化剤の熱硬化性エポキシ系に対する比率は、１００重量パーセントの熱硬化性エポキシ系に対して、エポキシ硬化剤は約４５〜７０重量パーセントである、条項１〜３に記載の組成物。

条項１２ 組成物であって、
約１８０〜３３５ｋｓｉの第１係数を有し、
熱硬化性アクリレート、
及び三官能性アクリレート
から基本的に成る第１のポリマー系と、
第１のエポキシを含む熱硬化性エポキシ系、
及びエポキシ硬化剤
を基本的に含む第２のポリマー系と
から基本的に成る組成物。

条項１３ 第２のポリマー系が第２の係数を有し、該第２の係数が第１の係数の約６０％以下の値を有する、条項１２に記載の組成物。

条項１４ 熱硬化性アクリレートはビスフェノールＡジアクリレートであり、三官能性アクリレートはトリメチロールプロパントリアクリレートである、条項１２又は１３に記載の組成物。

条項１５ 熱硬化性アクリレートの三官能性アクリレートに対する重量比は約４：１である、条項１４に記載の組成物。

条項１６ 熱硬化性アクリレートの三官能性アクリレートに対する重量比は約３：２である、条項１４に記載の組成物。

条項１７ 第１のエポキシがビスフェノールＡジグリシジルエーテルであり、熱硬化性エポキシ系がさらにポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルを含む、条項１２〜１４に記載の組成物。

条項１８ 熱硬化性エポキシ系は、約５０重量パーセントのビスフェノールＡジグリシジルエーテルと、約５０重量パーセントのポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルとを含む、条項１７に記載の組成物。

条項１９ 熱硬化性エポキシ系は約７０重量パーセントのビスフェノールＡジグリシジルエーテルと、約３０重量パーセントのポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルとを含む、条項１７に記載の組成物。

条項２０ エポキシ硬化剤は、２−エチル−４−メチルイミダゾールである、条項１２〜１４に記載の組成物。

本開示の実施形態を、特定の例示的実施形態に関連させて説明したが、これらの特定の実施形態は説明を目的としているのであって、限定を目的としているのではなく、当業者であれば他の変形例が想起可能であろう。

１６ 完全相互侵入ネットワーク（ＩＰＮ）接着剤
２２ 二相連続性構造ネットワーク
２４ 二相連続性構造ネットワーク
２５ ハイブリッド複合構造
２６ ハイブリッド複合構造のパーツ
２７ ＩＰＮ接着剤の層
２８ ハイブリッド複合構造のパーツ
３５ 複合構造
３６ マルチプライ繊維強化積層体
３８ マルチプライ繊維強化積層体
４０ 柔軟性ポリマー接着剤の層
４１ 繊維強化材
４２ 第１のポリマー系の架橋
４５ 放射ビーム
４７ 放射源
５２ ＩＰＮ接着剤のマトリックス
５４ 強化材
５６ 勾配層
６２ 柔軟性エポキシ混合物の曲線
６４ アクリレート混合物の曲線
６６ ＩＰＮ接着剤の性能を表す曲線
６８ 航空機の製造及び保守方法
７０ 航空機
７２ 仕様及び設計
７４ 材料調達
７６ 構成要素及びサブアセンブリの製造
７８ システムインテグレーション
８０ 認可及び納品
８２ 運航
８４ 整備及び保守
８６ 機体
８８ システム
９０ 内装
９２ 推進
９４ 電気
９６ 油圧
９８ 環境
１０００ 製造環境
１００２ 相互侵入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）接着剤
１００４ 第１のポリマー系
１００６ 第２のポリマー系
１００８ 熱硬化性アクリレート
１０１０ 三官能性アクリレート
１０１２ 係数
１０１３ 特性
１０１４ ビスフェノールＡジアクリレート
１０１８ サイテック社のＥＢＥＣＲＹＬ ６００
１０２６ トリメチロールプロパントリアクリレート
１０２８ 特性
１０３０ 熱硬化性エポキシ系
１０３２ エポキシ硬化剤
１０３４ 第１のエポキシ
１０３５ 係数
１０３８ ２−エチル−４−メチルイミダゾール
１０４０ メチルヘキサヒドロ無水フタル酸
１０４２ 特性
１０４４ ビスフェノールＡジグリシジルエーテル
１０４６ アジピン酸ビス（（３、４−エポキシシクロヘキシル）メチル）Ａ
１０５０ 特性
１０５８ ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル
１０６２ ＤＯＷ社製 ＤＥＲ ７３６
１０６４ 第１のパーツ
１０６６ 第２のパーツ
１０６８ 複合物
１０７０ 金属
１０７２ 複合物
１０７４ 金属
１１０２ 圧縮降伏強度
１１０３ 第１のポリマー系含有量
１１０４ 圧縮降伏強度データ
１１０６ 混合物の線形規則
１１０８ 線形規則の上限
１１１０ 線形規則の下限
１２０２ 引張強度
１２０３ 第１のポリマー系含有量
１２０４ 引張強度データ
１２０６ 混合物の線形規則
１２０８ 線形規則の上限
１２１０ 線形規則の下限
１３０２ 破壊靭性
１３０３ 第１のポリマー系含有量
１３０４ 破壊靭性データ
１３０６ 混合物の線形規則
１３０８ 線形規則の上限
１３１０ 線形規則の下限
１４０２ 靭性の傾向
１４０４ 引張強度の傾向
１５０２ モノマー変換度
１５０３ 第１のポリマー系含有量
１５０４ モノマー変換度データ
１６０２ 損失係数
１６０３ 第１のポリマー系含有量
１６０４ 第１の組成物
１６０６ 第２の組成物
１６０８ 第３の組成物
１７０２ 密度
１７０３ 第１のポリマー系含有量
１７０４ 相互侵入ポリマーネットワーク接着剤
１８０２ 相互侵入ポリマーネットワーク接着剤の力
１８０４ 相互侵入ポリマーネットワーク接着剤
１８０６ 第１のポリマー系
１８０８ 第２のポリマー系

Claims (11)

1. 熱硬化性アクリレート、
   及び三官能性アクリレート
   から基本的に成る約１２４１〜２３１０ＭＰａ（１８０〜３３５ｋｓｉ）の第１の弾性係数を有する第１のポリマー系と、
   第１のエポキシを含む熱硬化性エポキシ系、
   及びエポキシ硬化剤
   から基本的に成る第２のポリマー系と
   から基本的に成る接着剤組成物であって、
   前記熱硬化性アクリレートは、ビスフェノールＡジアクリレートであり、前記三官能性アクリレートは、トリメチロールプロパントリアクリレートである接着剤組成物。
2. 前記熱硬化性アクリレートの前記三官能性アクリレートに対する重量比は４：１である、請求項１に記載の接着剤組成物。
3. 前記熱硬化性アクリレートの前記三官能性アクリレートに対する重量比は３：２である、請求項１に記載の接着剤組成物。
4. 前記第２のポリマー系は第２の弾性係数を有し、該第２の弾性係数は、前記第１の弾性係数の約６０パーセント以下の値を有する、請求項１に記載の接着剤組成物。
5. 第１のエポキシがビスフェノールＡジグリシジルエーテルであり、熱硬化性エポキシ系がさらに、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
6. 前記熱硬化性エポキシ系が、約５０重量パーセントのビスフェノールＡジグリシジルエーテルと、約５０重量パーセントのポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルとを含む、請求項５に記載の接着剤組成物。
7. 前記熱硬化性エポキシ系が、約６０重量パーセントのビスフェノールＡジグリシジルエーテルと、約４０重量パーセントのポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルとを含む、請求項５に記載の接着剤組成物。
8. 前記熱硬化性エポキシ系が、約７０重量パーセントのビスフェノールＡジグリシジルエーテルと、約３０重量パーセントのポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルとを含む、請求項５に記載の接着剤組成物。
9. 第１のエポキシが、アジピン酸ビス（（３、４−エポキシシクロヘキシル）メチル）である、請求項１から４のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
10. エポキシ硬化剤が２−エチル−４−メチルイミダゾールであり、該エポキシ硬化剤：前記熱硬化性エポキシ系の重量比は約１：１０である、請求項１から４のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
11. エポキシ硬化剤が２−エチル−４−メチルイミダゾールであり、該エポキシ硬化剤の前記熱硬化性エポキシ系に対する比率は約９〜３１モルパーセントである、請求項１から４のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
    

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