JPH08512257A

JPH08512257A - 繊維マトリクス構造物のｚ方向強化のための層横断補強システム

Info

Publication number: JPH08512257A
Application number: JP7512574A
Authority: JP
Inventors: フレイタス，グレン; エスボイス，ジョーゼフ; マギー，コンスタンス
Original assignee: フォスター−ミラーインク
Priority date: 1993-10-29
Filing date: 1993-10-29
Publication date: 1996-12-24
Also published as: CA2174738A1; DE69334169D1; WO1995011797A1; CA2174738C; EP0725728A4; AU5588994A; AU686122B2; EP0725728B1; EP0725728A1; DE69334169T2

Abstract

(57)【要約】複数の補強部材（１６）が、少なくとも一方向に延設されかつ少なくとも１つの鋭角方向に方向付けられるように、圧縮可能な材料よりなる本体（１８）内に配置され、該本体（１８）が圧縮力（Ｆ）によって圧縮されたときに、繊維マトリクス構造物（２２）内に打ち込まれる繊維マトリクス構造物（２２）のＺ方向強化のための層横断補強システム（１１）。

Description

【発明の詳細な説明】繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム技術の分野本発明は、繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システムに関するものである。発明の背景複合構造物は、現在では、多くの産業において広範に利用されており、いくつかのケースでは、金属材料よりも高い強度と剛性とを提供している。複合物は、多くの航空宇宙アプリケーションにおいて望ましい強度対重量比をも有している。加えて、複合物は、多くの化学的、環境的な驚異に対して高い抵抗力を有している。複合物は、種々の技術により形成されるものであるが、その多くは、結合繊維マトリクス材料を形成するための異なる方法を含んでいる。そのような技術の内の１つに、樹脂トランスファー成形プロセスがある。このプロセスでは、乾燥した繊維材料が、所望の部分的な形状に形成され（予備成形）、それから、その後硬化される樹脂に浸漬される。これに代えて、選別機あるいは粘着付与剤が、乾燥繊維の「予備成形」を所望の形状に保持するために用いられ、そして、予備成形はその後、樹脂トランスファー成形プロセスと同様に、樹脂に浸漬され硬化される。他の技術では、第２の成形作業とともに、プリプレグ材料を用いる。繊維材料は、プリプレグとして予め樹脂と結合され、該プリプレグは、その後、該プリプレグに種々の圧力および温度サイクルを印加する高圧釜、平圧印刷機あるいは適当な処理装置内で成形されかつ硬化させられる。また、複合物は、製造の間に、強度および柔軟性を増大させる要求に応じて繊維および樹脂の他の材料と結合することもできる。例えば、泡の層あるいは他の芯材料を、有心構造物あるいはサンドイッチ構造物を形成するために、繊維および樹脂層の間に組み入れることができる。この形式の構造物は、通常、重量よりも剛性を増大させることの方が重要である場合に適用される。芯材は、複合物より軽く、低重量で、高い剛性を提供する。しかしながら、このプロセスは使用されてはいるけれども、全ての複合物が一定の欠点を有している。例えば、複合物は、マトリクスに特徴づけられているために、その平面特性と比較して層間強度が貧弱である。複合物は、補強繊維のＸ −Ｙ平面に沿って優れた特性を有しており、２次元構造物を生産するために用いられる製造方法は、十分に開発されている。しかしながら、低い層間（平面に直交するＺ方向の）強度および破壊靭性によって、多くのアプリケーションにおける複合材料の使用が制限されている。また、熱的効果、衝撃事故あるいは複合物における孔あるいは自由端の存在によって生ずる亀裂あるいは層間剥離も、圧縮および曲げ荷重容量のかなりの減少あるいは早期構造欠陥に帰結する層間剥離を生ずることになる。複合物におけるこれらの制限を克服するための技術は数多くある。最も頻繁に用いられるものは、強化マトリクスと厚さ貫通補強繊維の２つである。しかしながら、強化マトリクスは、基準システムに比べて１．５〜２倍高価であるとともに、高温多湿特性において劣り、さらに、成功した部分設計に対して十分な靭性を呈するかどうかは不明である。また、層間特性を改良するために複合物の厚さを貫通して繊維を配置するための多くの技術が開発されている。ステッチング、ステープリングおよびニードリング技術も公知であるが、これらの方法は、面内特性の著しい低下を生じ、複雑な形状の層内において実行することが困難であるとともに、補強のために用い得る繊維の形式を制限してしまう。ステッチングは、しばしば、幅０．２インチを超える針を使用する。この大きさの針が繊維層を貫通すると、平面繊維により伝達される荷重に重大な切断あるいは損傷が生じることになる。これにより、２０％以上の強度低下が生ずる。針による損傷に加えて、ステッチングは連続した糸を使用する。糸のループは、１つの縫い目から次の「よじれ」まで、頂部のいくつかの層の面内繊維を横切り、著しい強度損失を生ずることになる。ステッチングの損傷曲げ半径のために、実際に使用され得る繊維材料は、ガラスかケブラーに制限される。これらの材料は、全てのアプリケーションに対する厚さを通した最も効果的な補強ではなく、さらに、ケブラーは、水分を吸収することが知られている。これらの問題および不都合を解決する他の最近の技術は、特許第４８０８４６１に示されている。複数の補強部材が、全てが熱分解可能材料よりなる本体の平面に垂直な一方向に配置されている。この構造物は、従って、プリプレグ上に配置され、熱分解可能材料を分解する高温度下に晒される。補強部材をその後に硬化させられるプリプレグ内に打ち込むために圧力が用いられる。最後の複合部分は、該複合部分の所望の位置における強度を増大させる垂直に配置された補強部材を含んでいる。この技術は、「Ｚ方向強化」と呼ばれている。プリプレグ技術に向けた他の方法は、その後に成形されかつ硬化させられるプリプレグ内に垂直にピンを打ち込むピンキャリアを使用する。これらの技術も、欠点を有している。例えば、複合物の平面に対して完全に垂直に打ち込まれる強化繊維は、層が剥離して分離する傾向（モードＩ形破壊）を著しく低減するが、それらは、せん断の可能性あるいはモードＩＩ形の抑制された破壊の可能性をも同様に著しく改良するものではない。なぜなら、これらの荷重は、一般に複合物の面内繊維に平行に発生し、強化繊維は、面内繊維に垂直だからである。グラファイトエポキシ層のレイアップが硬化する前に、層内の面内繊維に対して一定の角度で、臨界的に高い応力平面に沿って、強化ロッドを手で挿入することは知られているけれども、各補強ロッドの単調で退屈な挿入および臨界的に高い応力平面を予め設定するために必要とされる実験および解析が、この技術的な労働を激しくしかつそれ故に高くつくものにしている。また、個別の熱硬化性樹脂を浸漬された繊維質の補強を、機械的衝撃あるいは同様の道具によりレイアップされた繊維質の材料内に手で打ち込むことも知られている。この技術も、激しい労働および全てのアプリケーションに適しない徹底的な耐性製造技術を必要とする。発明の概要したがって、この発明の目的の１つは、繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システムおよび方法を提供することである。この発明の他の目的は、ステッチング、ステープリングあるいはニードリング作業や、単調で激しい労働である補強部材の挿入技術を伴うことなく、繊維マトリクス内におけるモードＩおよびモードＩＩ破壊を低減する層横断補強システムおよび方法を提供することである。さらに、この発明は、繊維マトリクス構造物の層間強度および破壊靭性を改良する層横断補強システムおよび方法を提供することをも目的としている。さらに、この発明の他の目的は、補強システムの輪郭を強化されるべき繊維マトリクス構造物の輪郭に適合させる層横断補強システムおよび方法を提供することである。また、この発明の他の目的は、繊維マトリクス構造物内への補強部材の打ち込みと同時に、繊維マトリクス構造物の樹脂の浸漬を許容する層横断補強システムおよび方法を提供することである。さらに、この発明は、樹脂トランスファー成形プロセスのみならず、プリプレグおよび予備成形技術により形成される繊維マトリクス構造物に使用できる層横断補強システムおよび方法を提供することをも目的としている。この発明は、モードＩおよびモードＩＩ形破壊特性が、繊維マトリクス構造物内において増大するとともに、補強部材が、繊維マトリクス構造物内に、全体的に圧縮可能な材料よりなる本体を用いることにより、少なくとも１つあるいは種々の鋭角方向に、かつ、少なくとも１つあるいは複数の異なる方向に据え付けられ、圧縮可能な本体が圧縮されたときに補強部材を繊維マトリクス構造物内に打ち込む成形力を受けるための手段を具備し、それによって、ステッチング、ステープリングあるいはニードリング作業を行うことなく、かつ、補強部材を個別に挿入する必要を伴わずに、Ｚ方向強化を達成し得るシステムにより繊維マトリクス構造物の全体の強度を改良することができるという認識に起因している。さらに、そのような装置および方法は、樹脂射出、プリプレグおよび／または予備成形操作を用いて製造される複合部分に用いることができる。この発明は、圧縮可能な本体が加圧されることにより成形されるときに、少なくとも一方向に延びかつ少なくとも一つの鋭角方向に方向付けられるように、複数の補強部材を圧縮可能な材料よりなる本体内に配置する繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システムを特徴としている。本体の圧縮可能な材料は、エラストマー物質あるいは熱分解性材料のような圧力下において圧縮可能な物質でもよい。圧力増強手段は、本体の一表面上に配置される。圧縮可能な材料よりなる本体の材料は、ＲＴＶシリコンゴム、登録商標「ＦＩＢＥＲＦＯＲＭ」グラファイトインシュレーション、登録商標「ＫＡＯＷＯＯＬ」セラミックインシュレーション、フェノール系泡、グラスファイバ、および、ポリアミド系インシュレーション、メラミン、登録商標「Ｒｏｈａｃｅｌｌ」系、登録商標「Ｐｏｌｙｍａｔｈａｃｒｙｌｉｍｉｄｅ」系、登録商標名「Ｄｉｖｅｎｅｙｃｅｌｌ」系、混合架橋ポリビニル系、登録商標「Ｋｌｅｇｅｃｅｌｌ」系の硬質塩化ポリビニル、泡、ＰＶＣポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリイミド、酢酸セルロース、シリコンポリベンズイミダゾール、ポリビニル、商品名「ＰＥＥＫ」ポリエーテルエーテルケトン、商品名「ＰＰＳ」ポリフェニレンサルファイド、カーボンおよびグラファイトよりなる類から選択される。補強部材は、補強されていない複合構造物のモードＩおよびモードＩＩ形破壊傾向を両方とも減少するための固有のアプリケーションによって、同一の鋭角で異なる方向、異なる鋭角で概略同一の方向あるいは異なる鋭角で異なる方向に延在させられる。補強部材の材料は、アルミニウム、ホウ素、カーボン、グラファイト、ケブラー、ステンレス鋼、チタニウム、タングステン、ガラス、シリコンカーバイド、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、硬質フェノール樹脂、硬質ポリイミド、硬質エポキシ、熱可塑性樹脂およびそのような材料の複合物よりなる類から選択される。この発明は用途が広いので、補強されるべき繊維マトリクス構造物は、樹脂マトリクス、プリプレグ材料あるいは乾燥した繊維質の予備成形材料内のファイバよりなる複合構造物であればよい。加えて、成形性材料体は、加圧されかつ補強繊維が挿入された本体のような繊維マトリクス構造物の樹脂注入のための樹脂を含んでいる。この樹脂は、エポキシ、ポリイミド、ビスマレイミド、フェノール樹脂、ポリシアヌレート、「ＰＥＥＫ」ポリエーテルエーテルケトン、「ＰＰＳ」ポリフェニレンサルファイド、「ＡＶＡＭＩＤ」ポリアミド、ポリエステル、およびビニルエステルよりなる材料の類から選択される。さらに、圧縮可能な本体は、複合部分の潜在的に高い応力の領域の選択的な補強のために、補強されるべき繊維マトリクス構造物の１以上の輪郭に合わせるように熱成形される。また、この発明は、間隔を空けて対向する表面を有し、少なくともその一方が、圧縮力を受け止める手段を有する全体的に圧縮可能な材料よりなる本体を提供し、前記本体内の複数の補強部材を、少なくとも一方向に延びかつ前記対向する表面の内の１つに対して少なくとも１つの鋭角方向に方向付けられるように配置することを具備する繊維マトリクス構造物を補強する方法を特徴としている。前記本体は、圧縮力を受け止める手段が前記構造物の表面に対して間隔を空けるように、補強されるべき繊維マトリクス構造物の表面上に配置される。圧縮力を受け止める手段を介して力が本体に付与されたときには、補強部材は、繊維マトリクス構造物内に打ち込まれる。さらに、圧縮可能な材料よりなる本体は、樹脂に浸漬され、かつ／あるいは、圧縮前に補強されるべき複合部分の輪郭を合わせるように熱成形される。好ましい実施形態の開示他の目的、特徴および利点は、好ましい実施形態の以下の記載および添付図面から当業者に明らかである。図１は、Ｚ方向補強構造物の従来技術を示す縦断面図である。図２は、この発明に係る繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システムを示す縦断面図である。図３〜５は、補強部材を繊維マトリクス構造物内に打ち込むための圧縮可能な本体の圧縮を示す図２の補強システムの縦断面図である。図６〜８は、圧縮可能な本体内の補強部材の他の配列を示す縦断面図である。図９は、圧力増強部分と、補強部材が異なる鋭角で異なる方向に延在させられている樹脂とを有する繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システムを示す概略の斜視図である。図１０〜１２は、この発明に係る処理手順を示す連続した図である。図１３は、圧力増強手段が、補強部材を繊維マトリクス構造物内に打ち込むために全体的に圧縮可能な材料よりなる本体の表面に係合している繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システムを示す概略の斜視図である。図１４は、この発明の圧縮可能な本体を樹脂に浸漬するために用いられる樹脂槽を示す概略の断面図である。図１５は、この発明の圧縮可能な本体を、補強されるべき構造物の輪郭に合わせるように熱成形するために用いられる装置を示す概略の断面図である。図１６は、この発明に係る熱成形された圧縮可能な本体を示す概略の断面図である。図１の従来技術のＺ方向補強システム１０において、補強部材１２は、全て、熱分解可能な材料１４よりなる本体の平面に対して垂直な一方向に配置されている。上記発明の背景において説明されているように、システム１０はプリプレグの上に配置されており、上昇した温度および圧力サイクルにかけられることになる。熱分解可能な材料１４は、基本的に、補強部材１２が、後に硬化させられるプリプレグ内に垂直に打ち込まれると破壊される。その結果としての複合物は、他の複合物の平面に対して横切る方向に補強されていない複合物よりも強度が高い。したがって、モードＩ形破壊とも呼ばれる複合物の剥離する傾向は減少する。しかしながら、モードＩＩ形破壊とも呼ばれるせん断が支配する破壊は、これらの荷重が概略複合物の平面に沿って発生するので、顕著に低減されることはない。図２に示すこの発明に係る層横断補強システム１１では、圧縮力を受ける表面２０を有する、全体的に圧縮可能な材料よりなる本体１８内に、補強部材１６が配置されている。補強部材１６は、層横断補強システム１１内において、方向ｄに沿って延在させられかつ表面２０に対して鋭角θの方向に方向付けられている。図３において、圧縮力Ｆは、本体１８を圧縮し、図３〜５に順を追って示されるように、補強部材１６を繊維マトリクス構造物２２内に打ち込むように用いられる。図５において、補強部材１６は、方向ｄに沿って延在させられかつ一定の鋭角θの方向に方向付けられているので、モードＩおよびモードＩＩ形の両方の破壊特性が繊維マトリクス構造物２２内に増加させられる。そして、この発明に係るシステム１１は、１または２の複合物成形技術のみにおけるアプリケーションに限定されるものではない。繊維マトリクス構造物２２は、樹脂マトリクス、プリプレグあるいは予備成形材料の繊維でもよい。特定のアプリケーションに依存して、図２の補強部材１６は、表面２０に関して同一方向ｄ、同一角度θで延在させられていてもよい。これに代えて、図６の補強部材１６ａは異なる方向ｅ，ｆに、表面２０に関して同じ鋭角θで延在されている。他の実施形態では、図７の補強部材１６ｂは、全て概略方向ｇであるが、表面２０に関して異なる鋭角θ₂，θ₃で延在させられている。また、他の実施形態では、図８の補強部材１６ｃは、異なる方向ｈ，ｉ、異なる鋭角θ₄，θ₅で延在させられている。図９の圧縮可能な本体１８ａは、図９に示すように、異なる方向、異なる角度で延設される補強部材３２の繊維マトリクス構造物内への打ち込みを補助する圧力増強層３０を具備している。補強部材３２は、アルミニウム、ホウ素、炭素、グラファイト、ケブラー、ステンレス鋼、チタニウム、タングステン、ガラス、シリコンカーバイド、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、硬質フェノール樹脂、硬質ポリイミド、硬質エポキシ、熱可塑性プラスチックおよびそのような材料の複合物よりなる類から選択される。図２の本体１８は、ＲＴＶシリコンゴム、「ＦＩＢＥＲＦＯＲＭ」（登録商標）グラファイトインシュレーション、「ＫＡＯＷＯＯＬ」（登録商標）セラミックインシュレーション、フェノール系泡、ガラス繊維およびポリイミド系インシュレーション、メラミン系、「Ｒｏｈａｃｅｌｌ」（登録商標）系、「Ｐｏｌｙｍａｔｈａｃｒｙｌｉｍｉｄｅ」（登録商標）系、「Ｄｉｖｅｎｅｙｃｅｌｌ」（登録商標）系、混合架橋ポリビニル系および「Ｋｌｅｇｅｃｅｌｌ」（登録商標）系の硬質塩化ポリビニル、泡、ＰＶＣポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリイミド、酢酸セルロース、シリコンポリベンズイミダゾール、ポリビニル、「ＰＥＥＫ」ポリエーテルエーテルケトン、「ＰＰＳ」ポリフェニレンサルファイド、カーボンおよびグラファイトのようなエラストマー材料を含む圧力下において圧縮可能な物質よりなる。圧力増強層３０は、鋼、アルミニウム、複合材料、あるいは極度のたわみを伴うことなく圧縮力を受け止める十分な剛性を有する任意の材料である。操作において、図１０の繊維マトリクス構造物４０は、まず最初に型４２上に配置される。繊維マトリクス構造物４０は、既に硬化した樹脂マトリクス内の複数の繊維、プリプレグ、繊維質材料の予備成形材料および粘着性付与剤として結合される硬化していない樹脂内の複数の繊維、あるいは、さらに浸漬されるべき原繊維マットから形成される。使用されている樹脂は、エポキシ、ポリイミド、ビスマレイミド、フェノール樹脂、ポリシアヌレート、「ＰＥＥＫ」ポリエーテルエーテルケトン、「ＰＰＳ」ポリフェニレンサルファイド、「ＡＶＡＭＩＤ」ポリアミド、ポリエステルおよびビニルエステルよりなる材料の類から選択される。実際に、この発明の一実施形態において、図１０の本体１８ｂは、繊維マトリクス構造物４０の樹脂注入のための樹脂４４よりなり、かつ、さらに繊維マトリクス構造物４０の輪郭４６に合わせるように熱成形も行われる。本体１８ｃは、図１４に示されるように、圧力下で樹脂１０１の樹脂槽１００内に配置される。槽１００は、カバー１０２と、樹脂缶１０４内の樹脂１０１と、真空ポンプ１０６を具備している。本体１８ｃは、加圧された状態で樹脂１０１内に一定時間沈められることにより、本体１８ｃ内の泡室内に樹脂が充満させられる。図１５における本体１８ｄを補強されるべき構造物１１２の輪郭に合わせるための熱成形は、以下のようにして行われる。本体１８ｄが一旦構造物１１２上に配置されると、真空バッグ１１４が、本体１８ｄが補強されるべき構造物１１２の形に合わせられるまで、真空ポンプ１１８を用いてボート１１６を介して真空に引くために使用される。また、熱源１２０からの熱も、真空バッグ１１４とともに使用され、あるいは、熱、圧力および真空を公知のように使用することもできる。図１６のように、本体１８ｄがそのように熱成形されると、それによって、該本体１８ｄは、補強されるべき構造物１１２の輪郭に合わせられることになる。図１１のステップ２において、本体１８ｂは、繊維マトリクス構造物４０上の所望の位置に配置され、補強部材４８を構造物内に打ち込む加圧力Ｆをかけられ、同時に、本体１８ｂの樹脂をも構造物４０内に打ち込む。繊維マトリクス構造物４０内に浸漬された樹脂は、図１２のステップ３で、その後硬化させられ、補強部材に関して必要とされるマッチングが、当業者に知られているように行われる。他の実施形態では、図１３において、本体１８ｅが繊維マトリクス構造物４０ａ上に配置され、その後、補強部材を繊維マトリクス構造物４０ａ内に打ち込むために、プレート５０が、加圧力Ｆを圧縮された本体１８ｅに伝播させるように用いられる。このようにして、本体１８ｅは、圧縮可能な本体内に組み込まれる追加の構造を必要とすることなく、プレート５０から伝播された圧縮力を受ける。すなわち、本体１８ｅは、何らの補強層を追加することなく、上述において列記された材料のみから形成され得る。したがって、一以上の角度、一以上の方向で配置された複数の補強部材を含むこの発明の圧縮可能な本体として選択された材料を用いることにより、圧縮可能な本体は、補強されるべき構造物を浸漬するための樹脂を含み、かつ／または、補強部材およびいくらかの樹脂を構造物内に打ち込むために圧力をかける前に強化されるべき構造物の輪郭に合わせるように成形されることができる。他の実施形態では、圧力増強層が、樹脂および圧力増強層／可圧縮体結合が補強されるべき構造物の輪郭に合わせるように予め成形された可圧縮体の全体に組み込まれる。この発明の詳細な特徴は、いくつかの図面その他に示されているけれども、この発明に係るいくつかの特徴が他のいくつかまたは全ての特徴と、適宜結合されていてもよい。当業者であれば、請求項に記載された範囲において、他の実施形態を思いつくこともできるであろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項【提出日】１９９４年５月１７日【補正内容】請求の範囲１．繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システムであって、間隔を空けて対向する表面を有し、圧縮可能な材料よりなる本体と、前記本体内に配置され、少なくとも一方向に延在させられかつ前記表面の一方に対して少なくとも一つの鋭角方向に方向付けられた複数の補強部材とを具備することを特徴とするシステム。２．さらに、前記本体が圧縮されたときに前記補強部材を繊維マトリクス構造物内に打ち込むための打ち込み手段を具備することを特徴とする請求項１記載の層横断補強システム。３．前記圧縮可能な材料が、エラストマー物質であることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。４．前記圧縮可能な材料が、細胞上の泡であることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。５．前記本体が熱分解可能であることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。６．前記全ての補強部材が同一の鋭角で異なる方向に延在させられていることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。７．前記補強部材が、異なる鋭角で同一方向に延在させられていることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。８．前記補強部材が、異なる鋭角で異なる方向に延在させられていることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。９．前記打ち込み手段が、前記本体の前記表面の内の一方に配置される圧力増強手段よりなることを特徴とする請求項２記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１０．前記補強部材の材料が、アルミニウム、ホウ素、カーボン、グラファイト、ケブラー、ステンレス鋼、チタニウム、タングステン、ガラス、シリコンカーバイド、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、硬質フェノール樹脂、硬質ポリイミド、硬質エポキシ、熱可塑性樹脂およびそのような材料の複合物からなる類から選択されることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１１．圧縮可能な材料よるなる本体の材料が、ＲＴＶシリコンゴム、「ＦＩＢＥＲＦＯＲＭ」（登録商標）グラファイトインシュレーション、「ＫＡＯＷＯＯＬ」（登録商標）セラミックインシュレーション、フェノール系泡、ガラス繊維およびポリアミド系インシュレーション、メラミン系、「Ｒｏｈａｃｅｌｌ」（登録商標）系、「Ｐｏｌｙｍａｔｈａｃｒｙｌｉｍｉｄｅ」（登録商標）系、「Ｄｅｖｅｎｅｙｃｅｌｌ」（登録商標）系、「Ｋｌｅｇｅｃｅｌｌ」（登録商標）系の硬質塩化ポリビニル、泡、ＰＶＣポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリイミド、酢酸セルロース、シリコンポリベンズイミダゾール、「ＰＥＥＫ」ポリエーテルエーテルケトン、「ＰＰＳ」ポリフェニレンサルファイド、カーボンおよびグラファイトよりなる類から選択されることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１２．前記繊維マトリクス構造物が、複合構造物であることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１３．前記複合構造物が、樹脂マトリクス内の繊維から形成されていることを特徴とする請求項１２記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１４．前記繊維マトリクス構造物が、プリプレグ材料であることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１５．前記繊維マトリクス構造物が、繊維質材料および粘着性付与剤よりなる予備成形材料であることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１６．前記圧縮可能な材料が、前記繊維マトリクス構造物の樹脂注入のための樹脂を含むことを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１７．前記樹脂が、エポキシ、ポリイミド、ビスマレイミド、フェノール樹脂、ポリシアヌレート、「ＰＥＥＫ」ポリエーテルエーテルケトン、「ＰＰＳ」ポリフェニレンサルファイド、「ＡＶＡＭＩＤ」ポリアミド、ポリエステルおよびビニルエステルよりなる材料の類から選択されることを特徴とする請求項１６記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１８．前記圧縮可能な材料が、前記繊維マトリクス構造物の少なくとも１つの輪郭に合わせるために熱成形されることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１９．繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強方法であって、少なくとも一方が圧縮力を受け止めるための手段を含む間隔を空けて対向する表面を有する全体的に圧縮可能な材料よりなる本体を提供し、該本体内に、少なくとも一方向に延在させられかつ前記対向表面の一方に対して少なくとも１つの鋭角方向に方向付けられた複数の補強部材を配置することを特徴とする方法。２０．さらに、前記繊維マトリクス構造物の表面から間隔を空けた前記圧縮力を受け止める手段により、前記本体を補強されるべき繊維マトリクス構造物の表面上に配置すること含むことを特徴とする請求項１９記載の層横断補強方法。２１．さらに、前記繊維マトリクス構造物内に前記補強部材を打ち込むために前記本体を圧縮するのに十分な圧縮力を、前記受け止める手段にかけることを含むことを特徴とする請求項２０記載の層横断補強方法。２２．さらに、前記本体の圧縮に際して、前記繊維マトリクス構造物に移される樹脂に前記本体を浸漬することを含むことを特徴とする請求項１９記載の層横断補強方法。２３．前記本体の前記浸漬工程が、前記本体を加圧下において樹脂槽内に配置することを含むことを特徴とする請求項２２記載の層横断補強方法。２４．さらに、補強されるべき前記繊維マトリクス構造物の輪郭の少なくとも１つに合わせるために前記本体を予備成形することを含むことを特徴とする請求項１９記載の層横断補強方法。２５．前記本体を予備成形する工程が、前記本体を均熱し、かつそれを補強されるべき繊維マトリクス構造物の輪郭に合わせるように形成することを含むことを特徴とする請求項２４記載の層横断補強方法。２６．繊維マトリクス構造物を補強する方法であって、間隔を空けて対向する表面を有する全体的に圧縮可能な材料よりなる本体を提供し、該本体内に、少なくとも一方向に延在させられ、かつ、前記対向表面の一方に対して少なくとも１つの鋭角方向に方向付けられるように複数の補強部材を配置し、前記本体を補強されるべき繊維マトリクス構造物上に配置し、補強されるべき繊維マトリクス構造物から間隔を空けた前記本体の表面に圧力増強手段を係合させ、前記圧縮可能な材料を圧縮し、かつ、前記補強部材を前記繊維マトリクス構造物内に打ち込むために前記圧力増強手段に圧力を供給することを特徴とする方法。２７．繊維マトリクス構造物を強化する方法であって、間隔を空けて対向する表面を有する全体的に圧縮可能な材料よりなる本体を提供し、該本体内に、少なくとも一方向に延在させられ、かつ、前記対向表面の一方に対して少なくとも１つの鋭角方向に方向付けられるように複数の補強部材を配置し、前記本体を樹脂に浸漬し、補強されるべき繊維マトリクス構造物上に、樹脂に浸漬された前記本体を配置し、補強されるべき繊維マトリクス構造物から間隔を空けた前記本体の表面に圧力増強手段を係合させ、前記圧縮可能な材料を圧縮し、かつ、前記補強部材および前記樹脂を前記繊維マトリクス構造物内に打ち込むために前記圧力増強手段に圧力を供給することを特徴とする方法。２８．さらに、前記樹脂が繊維マトリクス構造物内に打ち込まれた後に、該樹脂を硬化する工程を含むことを特徴とする請求項２７記載の方法。２９．間隔を空けて対向する表面を有する全体的に圧縮可能な材料よりなる本体を提供し、該本体内に、少なくとも一方向に延在させられ、かつ、前記対向表面の一方に対して少なくとも１つの鋭角方向に方向付けられるように複数の補強部材を配置し、前記本体を樹脂に浸漬し、補強されるべき繊維マトリクス構造物上に、樹脂に浸漬された前記本体を配置し、補強されるべき繊維マトリクス構造物から間隔を空けた前記本体の表面に圧力増強手段を係合させ、前記圧縮可能な材料を圧縮し、かつ、前記補強部材および前記樹脂を前記繊維マトリクス構造物内に打ち込むために前記圧力増強手段に圧力を供給することを含むプロセスにより製造されたことを特徴とする樹脂に浸漬されかつ補強された繊維マトリクス構造物。３０．繊維マトリクス構造物を補強する方法であって、輪郭形成された補強されるべき繊維マトリクス構造物を提供し、間隔を空けて対向する表面を有する全体的に圧縮可能な材料よりなる本体を提供し、該本体内に、少なくとも一方向に延在させられ、かつ、前記対向表面の一方に対して少なくとも１つの鋭角方向に方向付けられるように複数の補強部材を配置し、前記補強部材を有する本体を、前記繊維マトリクス構造物の輪郭の少なくとも１つに合わせるように成形し、該成形された本体を補強されるべき繊維マトリクス構造物上に配置し、圧力増強手段を、補強されるべき繊維マトリクス構造物から間隔を空けた前記本体の表面に係合させ、前記圧縮可能な材料を圧縮しかつ前記補強部材を前記繊維マトリクス構造物内に打ち込むために、前記圧力増強手段に圧力を付与することを特徴とする方法。３１．輪郭形成された補強されるべき繊維マトリクス構造物を提供し、間隔を空けて対向する表面を有する全体的に圧縮可能な材料よりなる本体を提供し、該本体内に、少なくとも一方向に延在させられ、かつ、前記対向表面の一方に対して少なくとも１つの鋭角方向に方向付けられるように複数の補強部材を配置し、前記補強部材を有する本体を、前記繊維マトリクス構造物の輪郭の少なくとも１つに合わせるように成形し、該成形された本体を補強されるべき繊維マトリクス構造物上に配置し、圧力増強手段を、補強されるべき繊維マトリクス構造物から間隔を空けた前記本体の表面に係合させ、前記圧縮可能な材料を圧縮しかつ前記補強部材を前記繊維マトリクス構造物内に打ち込むために、前記圧力増強手段に圧力を付与するプロセスにより製造される強化繊維マトリクス構造物。３２．繊維マトリクス構造物を補強する方法であって、輪郭形成された補強されるべき繊維マトリクス構造物を提供し、間隔を空けて対向する表面を有する全体的に圧縮可能な材料よりなる本体を提供し、該本体内に、少なくとも一方向に延在させられ、かつ、前記対向表面の一方に対して少なくとも１つの鋭角方向に方向付けられるように複数の補強部材を配置し、前記補強部材を有する本体を、前記補強されるべき繊維マトリクス構造物の輪郭の少なくとも１つに合わせるように成形し、前記本体を樹脂に浸漬し、該浸漬されかつ成形された本体を補強されるべき繊維マトリクス構造物上に配置し、圧力増強手段を、補強されるべき繊維マトリクス構造物から間隔を空けた前記本体の表面に係合させ、前記圧縮可能な材料を圧縮しかつ前記補強部材を前記繊維マトリクス構造物内に打ち込むために、前記圧力増強手段に圧力を付与することを特徴とする方法。３３．輪郭形成された補強されるべき繊維マトリクス構造物を提供し、間隔を空けて対向する表面を有する全体的に圧縮可能な材料よりなる本体を提供し、該本体内に、少なくとも一方向に延在させられ、かつ、前記対向表面の一方に対して少なくとも１つの鋭角方向に方向付けられるように複数の補強部材を配置し、前記補強部材を有する本体を、前記補強されるべき繊維マトリクス構造物の輪郭の少なくとも１つに合わせるように成形し、前記本体を樹脂に浸漬し、該浸漬されかつ成形された本体を補強されるべき繊維マトリクス構造物上に配置し、圧力増強手段を、補強されるべき繊維マトリクス構造物から間隔を空けた前記本体の表面に係合させ、前記圧縮可能な材料を圧縮しかつ前記補強部材および前記樹脂を前記繊維マトリクス構造物内に打ち込むために、前記圧力増強手段に圧力を付与するプロセスにより製造される樹脂を含浸されかつ補強された繊維マトリクス構造物。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者マギー，コンスタンスアメリカ合衆国マサチューセッツ 01887 ウィルミントンチェストナットストリート 400

Claims

【特許請求の範囲】１．繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システムであって、間隔を空けて対向する表面を有し、全体的に圧縮可能な材料よりなる本体と、前記本体内に配置され、少なくとも一方向に延在させられかつ前記表面の一方に対して少なくとも一つの鋭角方向に方向付けられた複数の補強部材とを具備することを特徴とするシステム。２．さらに、前記本体が圧縮されたときに前記補強部材を繊維マトリクス構造物内に打ち込むための打ち込み手段を具備することを特徴とする請求項１記載の層横断補強システム。３．前記圧縮可能な材料が、エラストマー物質であることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。４．前記圧縮可能な材料が、細胞上の泡であることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。５．前記本体が熱分解可能であることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。６．前記全ての補強部材が同一の鋭角で異なる方向に延在させられていることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。７．前記補強部材が、異なる鋭角で同一方向に延在させられていることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。８．前記補強部材が、異なる鋭角で異なる方向に延在させられていることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。９．前記打ち込み手段が、前記本体の前記表面の内の一方に配置される圧力増強手段よりなることを特徴とする請求項２記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１０．前記補強部材の材料が、アルミニウム、ホウ素、カーボン、グラファイト、ケブラー、ステンレス鋼、チタニウム、タングステン、ガラス、シリコンカーバイド、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、硬質フェノール樹脂、硬質ポリイミド、硬質エポキシ、熱可塑性樹脂およびそのような材料の複合物からなる類から選択されることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１１．圧縮可能な材料よりなる本体の材料が、ＲＴＶシリコンゴム、「ＦＩＢＥＲＦＯＲＭ」（登録商標）グラファイトインシュレーション、「ＫＡＯＷＯＯＬ」（登録商標）セラミックインシュレーション、フェノール系泡、ガラス繊維およびポリアミド系インシュレーション、メラミン系、「Ｒｏｈａｃｅｌｌ」（登録商標）系、「Ｐｏｌｙｍａｔｈａｃｒｙｌｉｍｉｄｅ」（登録商標）系、「Ｄｅｖｅｎｅｙｃｅｌｌ」（登録商標）系、混合架橋ポリビニル系、「Ｋｌｅｇｅｃｅｌｌ」（登録商標）系の硬質塩化ポリビニル、泡、ＰＶＣポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリイミド、酢酸セルロース、シリコンポリベンズイミダゾール、ポリビニル、「ＰＥＥＫ」ポリエーテルエーテルケトン、「ＰＰＳ」ポリフェニレンサルファイド、カーボンおよびグラファイトよりなる類から選択されることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１２．前記繊維マトリクス構造物が、複合構造物であることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１３．前記複合構造物が、樹脂マトリクス内の繊維から形成されていることを特徴とする請求項１２記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１４．前記繊維マトリクス構造物が、プリプレグ材料であることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１５．前記繊維マトリクス構造物が、繊維質材料および粘着性付与剤よりなる予備成形材料であることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１６．前記圧縮可能な材料が、前記繊維マトリクス構造物の樹脂注入のための樹脂を含むことを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１７．前記樹脂が、エポキシ、ポリイミド、ビスマレイミド、フェノール樹脂、ポリシアヌレート、「ＰＥＥＫ」ポリエーテルエーテルケトン、「ＰＰＳ」ポリフェニレンサルファイド、「ＡＶＡＭＩＤ」ポリアミド、ポリエステルおよびビニルエステルよりなる材料の類から選択されることを特徴とする請求項１６記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１８．前記圧縮可能な材料が、前記繊維マトリクス構造物の少なくとも１つの輪郭に合わせるために熱成形されることを特徴とする請求項１記載の繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強システム。１９．繊維マトリクス構造物のＺ方向強化のための層横断補強方法であって、少なくとも一方が圧縮力を受け止めるための手段を含む間隔を空けて対向する表面を有する全体的に圧縮可能な材料よりなる本体を提供し、該本体内に、少なくとも一方向に延在させられかつ前記対向表面の一方に対して少なくとも１つの鋭角方向に方向付けられた複数の補強部材を配置することを特徴とする方法。２０．さらに、前記繊維マトリクス構造物の表面から間隔を空けた前記圧縮力を受け止める手段により、前記本体を補強されるべき繊維マトリクス構造物の表面上に配置すること含むことを特徴とする請求項１９記載の層横断補強方法。２１．さらに、前記繊維マトリクス構造物内に前記補強部材を打ち込むために前記本体を圧縮するのに十分な圧縮力を、前記受け止める手段にかけることを含むことを特徴とする請求項２０記載の層横断補強方法。２２．さらに、前記本体の圧縮に際して、前記繊維マトリクス構造物に移される樹脂に前記本体を浸漬することを含むことを特徴とする請求項１９記載の層横断補強方法。２３．前記本体の前記浸漬工程が、前記本体を加圧下において樹脂槽内に配置することを含むことを特徴とする請求項２２記載の層横断補強方法。２４．さらに、補強されるべき前記繊維マトリクス構造物の輪郭の少なくとも１つに合わせるために前記本体を予備成形することを含むことを特徴とする請求項１９記載の層横断補強方法。２５．前記本体を予備成形する工程が、前記本体を均熱し、かつそれを補強されるべき繊維マトリクス構造物の輪郭に合わせるように形成することを含むことを特徴とする請求項２４記載の層横断補強方法。２６．繊維マトリクス構造物を補強する方法であって、間隔を空けて対向する表面を有する全体的に圧縮可能な材料よりなる本体を提供し、該本体内に、少なくとも一方向に延在させられ、かつ、前記対向表面の一方に対して少なくとも１つの鋭角方向に方向付けられるように複数の補強部材を配置し、前記本体を補強されるべき繊維マトリクス構造物上に配置し、補強されるべき繊維マトリクス構造物から間隔を空けた前記本体の表面に圧力増強手段を係合させ、前記圧縮可能な材料を圧縮し、かつ、前記補強部材を前記繊維マトリクス構造物内に打ち込むために前記圧力増強手段に圧力を供給することを特徴とする方法。２７．繊維マトリクス構造物を強化する方法であって、間隔を空けて対向する表面を有する全体的に圧縮可能な材料よりなる本体を提供し、該本体内に、少なくとも一方向に延在させられ、かつ、前記対向表面の一方に対して少なくとも１つの鋭角方向に方向付けられるように複数の補強部材を配置し、前記本体を樹脂に浸漬し、補強されるべき繊維マトリクス構造物上に、樹脂に浸漬された前記本体を配置し、補強されるべき繊維マトリクス構造物から間隔を空けた前記本体の表面に圧力増強手段を係合させ、前記圧縮可能な材料を圧縮し、かつ、前記補強部材および前記樹脂を前記繊維マトリクス構造物内に打ち込むために前記圧力増強手段に圧力を供給することを特徴とする方法。２８．さらに、前記樹脂が繊維マトリクス構造物内に打ち込まれた後に、該樹脂を硬化する工程を含むことを特徴とする請求項２７記載の方法。２９．間隔を空けて対向する表面を有する全体的に圧縮可能な材料よりなる本体を提供し、該本体内に、少なくとも一方向に延在させられ、かつ、前記対向表面の一方に対して少なくとも１つの鋭角方向に方向付けられるように複数の補強部材を配置し、前記本体を樹脂に浸漬し、補強されるべき繊維マトリクス構造物上に、樹脂に浸漬された前記本体を配置し、補強されるべき繊維マトリクス構造物から間隔を空けた前記本体の表面に圧力増強手段を係合させ、前記圧縮可能な材料を圧縮し、かつ、前記補強部材および前記樹脂を前記繊維マトリクス構造物内に打ち込むために前記圧力増強手段に圧力を供給することを含むプロセスにより製造されたことを特徴とする樹脂に浸漬されかつ補強された繊維マトリクス構造物。３０．繊維マトリクス構造物を補強する方法であって、輪郭形成された補強されるべき繊維マトリクス構造物を提供し、間隔を空けて対向する表面を有する全体的に圧縮可能な材料よりなる本体を提供し、該本体内に、少なくとも一方向に延在させられ、かつ、前記対向表面の一方に対して少なくとも１つの鋭角方向に方向付けられるように複数の補強部材を配置し、前記補強部材を有する本体を、前記繊維マトリクス構造物の輪郭の少なくとも１つに合わせるように成形し、該成形された本体を補強されるべき繊維マトリクス構造物上に配置し、圧力増強手段を、補強されるべき繊維マトリクス構造物から間隔を空けた前記本体の表面に係合させ、前記圧縮可能な材料を圧縮しかつ前記補強部材を前記繊維マトリクス構造物内に打ち込むために、前記圧力増強手段に圧力を付与することを特徴とする方法。３１．輪郭形成された補強されるべき繊維マトリクス構造物を提供し、間隔を空けて対向する表面を有する全体的に圧縮可能な材料よりなる本体を提供し、該本体内に、少なくとも一方向に延在させられ、かつ、前記対向表面の一方に対して少なくとも１つの鋭角方向に方向付けられるように複数の補強部材を配置し、前記補強部材を有する本体を、前記繊維マトリクス構造物の輪郭の少なくとも１つに合わせるように成形し、該成形された本体を補強されるべき繊維マトリクス構造物上に配置し、圧力増強手段を、補強されるべき繊維マトリクス構造物から間隔を空けた前記本体の表面に係合させ、前記圧縮可能な材料を圧縮しかつ前記補強部材を前記繊維マトリクス構造物内に打ち込むために、前記圧力増強手段に圧力を付与するプロセスにより製造される強化繊維マトリクス構造物。３２．繊維マトリクス構造物を補強する方法であって、輪郭形成された補強されるべき繊維マトリクス構造物を提供し、間隔を空けて対向する表面を有する全体的に圧縮可能な材料よりなる本体を提供し、該本体内に、少なくとも一方向に延在させられ、かつ、前記対向表面の一方に対して少なくとも１つの鋭角方向に方向付けられるように複数の補強部材を配置し、前記補強部材を有する本体を、前記補強されるべき繊維マトリクス構造物の輪郭の少なくとも１つに合わせるように成形し、前記本体を樹脂に浸漬し、該浸漬されかつ成形された本体を補強されるべき繊維マトリクス構造物上に配置し、圧力増強手段を、補強されるべき繊維マトリクス構造物から間隔を空けた前記本体の表面に係合させ、前記圧縮可能な材料を圧縮しかつ前記補強部材を前記繊維マトリクス構造物内に打ち込むために、前記圧力増強手段に圧力を付与することを特徴とする方法。３３．輪郭形成された補強されるべき繊維マトリクス構造物を提供し、間隔を空けて対向する表面を有する全体的に圧縮可能な材料よりなる本体を提供し、該本体内に、少なくとも一方向に延在させられ、かつ、前記対向表面の一方に対して少なくとも１つの鋭角方向に方向付けられるように複数の補強部材を配置し、前記補強部材を有する本体を、前記補強されるべき繊維マトリクス構造物の輪郭の少なくとも１つに合わせるように成形し、前記本体を樹脂に浸漬し、該浸漬されかつ成形された本体を補強されるべき繊維マトリクス構造物上に配置し、圧力増強手段を、補強されるべき繊維マトリクス構造物から間隔を空けた前記本体の表面に係合させ、前記圧縮可能な材料を圧縮しかつ前記補強部材および前記樹脂を前記繊維マトリクス構造物内に打ち込むために、前記圧力増強手段に圧力を付与するプロセスにより製造される樹脂を含浸されかつ補強された繊維マトリクス構造物。