安定化されたドライプリフォーム及び方法
【課題】複雑な三次元構造形状を有する複合プライをレイアップするのが難しく工具補助が必要で時間とコストがかさむ。工具補助が不要で作業量が縮小出来るシステム、方法を提案する。
【解決手段】プリフォームを形成する方法は、構造繊維及び樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を提供するステップを含む。層はダイ断面形状を有する形成ダイセットに通される。熱可塑性樹脂は加熱される。層はダイ断面形状に形成される。ダイ断面形状を有するプリフォームが形成されるような方法で、熱可塑性樹脂は凝固する。
【解決手段】プリフォームを形成する方法は、構造繊維及び樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を提供するステップを含む。層はダイ断面形状を有する形成ダイセットに通される。熱可塑性樹脂は加熱される。層はダイ断面形状に形成される。ダイ断面形状を有するプリフォームが形成されるような方法で、熱可塑性樹脂は凝固する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して複合材料、より具体的には、複合品を組み立てる際に使用されるプリフォーム形成システム及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合品を形成する際には、特定の場所で且つ特定の繊維配向でツールに多重複合プライを位置付けることが必要である。この点で、各プライの繊維がスタックの残りのプライ及びツールに対して特定の角度で配向されるように、プライを位置付けることが通常は望ましい。平面形状などの比較的単純な形状を有する複合品を形成する時には、所望の繊維配向でツールに各プライを位置付けることは、難なく実行できる。
【０００３】
しかしながら、複雑な三次元形状を有するツールに複合プライをレイアップする時には、繊維がツールの三次元形状に沿った所望の角度で維持されるように各プライをレイアップするのが難しいため、複合プライを位置付けることは、困難且つ労力を要する工程となりうる。さらに、複合品形成の複雑さに加え、プライスタックへの樹脂注入時及び熱及び圧力の印加時に、繊維は所望の配向で維持されなければならない。この点で、ツールに複合プライを並べ且つ位置付けることを容易にするために、工具補助が採用される。残念ながら、このような工具補助により、複合品形成に関する時間、コスト及び複雑さは増す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここから分かるように、工具補助を必要とせずに、複合プライが所望の位置及び場所でツールに位置付けられるように、ツールへの複合プライの位置付けシステム及び方法に関する技術が必要とされる。さらにこの点から、各プライの繊維が所望の配向で維持されるように、複合プライを位置付けるために必要な作業量を縮小できる、複合プライのツールへの位置付けシステム及び方法に関する技術も必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の複合品形成に関するニーズは、実施形態において、構造繊維及び樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を提供するステップを含む、プリフォーム形成方法に関する本発明の開示により、対処され且つ緩和される。方法は、ダイ断面形状を有する形成ダイセットに層を通すステップをさらに含む。方法は、樹脂を加熱するステップを含む。方法は、層をダイ断面形状位形成し、且つ、ダイ断面形状を有するプリフォームが形成されるような方法で樹脂を凝固させるステップを付加的に含む。
【０００６】
さらなる実施形態では、構造繊維及びたとえばおよそ１体積パーセントから１０体積パーセントまでの樹脂のようにおよそ１０体積パーセントまでの樹脂を含む繊維状物質の少なくとも一の層を提供するステップを含む、複合品の形成方法が開示される。方法は、ダイ断面形状を有する形成ダイセットに層を通すステップ、及び加熱装置で樹脂を加熱するステップをさらに含む。方法は、層をダイ断面形状に形成するステップ、及びダイ断面形状を有するプリフォームが形成されるような方法で樹脂を凝固させるステップを付加的に含む。また、方法は、付加的な繊維状物質とともにプリフォームを位置付けるステップ、プリフォーム及び付加的な繊維状物質にマトリックス材料を注入するステップ、及びマトリックス材料を硬化して複合品を形成するステップを含む。
【０００７】
また、ダイ断面形状を有する形成ダイセットを備えるプリフォーム形成システムが開示される。形成ダイセットは、樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を受けるように構成される。システムは、形成ダイセットを介して層を引き出すように構成されたプルメカニズム、及び樹脂が凝固する時に層がダイ断面形状を保持するプリフォームに形成されるような方法で樹脂を加熱するように構成された加熱装置とを備える。
【０００８】
要するに、本発明の一態様によれば、構造繊維及び樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を提供するステップ、ダイ断面形状を有する形成ダイセットに層を通すステップ、樹脂を加熱するステップ、層をダイ断面形状に形成するステップ、及びダイ断面形状を有するプリフォームが形成されるような方法で樹脂を凝固させるステップを含む、プリフォームの形成方法が提供される。
【０００９】
有利には、方法は、樹脂が熱可塑性樹脂であるとし、樹脂を凝固させるステップは、熱可塑性樹脂が凝固するように熱可塑性樹脂を冷却させるステップを含むことを特徴とする。
【００１０】
有利には、方法は、粘着力の高められた繊維状物質の層が、およそ１体積パーセントから１０体積パーセントの樹脂を含むことを特徴とする。
【００１１】
有利には、方法は、粘着力の高められた繊維状物質の層が、およそ２体積パーセントから４体積パーセントの樹脂を含むことを特徴とする。
【００１２】
有利には、方法は、形成ダイセットが固定ダイセットを含み、形成ダイセットに層を通すステップが、プルメカニズムを使用して、固定ダイセットを介して層を連続的に引き抜き成形するステップを含むことを特徴とする。
【００１３】
有利には、方法は、形成ダイセットが可動ダイセットを含み、形成ダイセットに層を通すステップが、可動ダイセット間で層のセクションを順番に固定することにより、層をダイ断面形状に連続して形成するステップを含むことを特徴とする。
【００１４】
有利には、方法は、樹脂を加熱するステップが、伝導加熱、輻射加熱、及び誘導加熱のうちの少なくとも一を含むことを特徴とする。
【００１５】
有利には、方法は、層を加熱するステップが、少なくとも繊維状物質の層の材料ロールを加熱するステップ、又は通過する層に応じて形成ダイセット及び層を加熱するステップを含むことを特徴とする。
【００１６】
有利には、方法は、粘着力の高められた繊維状物質の層を提供するステップが、冷凍保存された材料ロールから繊維状物質の層を提供するステップ、及び繊維状物質の層を加熱して層の粘着力を高めるステップを含むことを特徴とする。
【００１７】
有利には、方法は、付加的に繊維状物質とともにプリフォームを位置付けるステップ、プリフォーム及び付加的な繊維状物質にマトリック材料を注入するステップ、及びマトリックス材料を硬化して複合品を形成するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１８】
有利には、方法は、複合品が、およそ３０パーセントから７０パーセントまでの範囲の繊維体積分率を有することを特徴とする。
【００１９】
有利には、方法は、ダイ断面形状が、形成ダイセットの長さにわたって変化することを特徴とする。
【００２０】
有利には、方法は、ダイ断面形状が形成ダイセットの入口から出口まで先細ることを特徴とする。
【００２１】
有利には、方法は、プリフォームにマトリックス材料を注入するステップ、及びマトリックス材料を硬化して複合品を形成するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００２２】
有利には、方法は、複合品が、少なくとも航空機又は宇宙探査機のコンポーネントを含むことを特徴とする。
【００２３】
有利には、方法は、マトリックス材料の存在下では、樹脂が、マトリックス材料に少なくとも部分的に溶解する、マトリックス材料と反応する、及びマトリックス材料の硬化中にマトリックス材料のフェーズとは異なるフェーズに留まる、のうちの少なくとも一の特性を有する熱可塑性樹脂とすることを特徴とする。
【００２４】
有利には、方法は、少なくとも二の層の繊維状物質を提供するステップ、層を層アセンブリにアセンブリングするステップ、及び形成ダイセットに層アセンブリを通すステップをさらに含むことを特徴とする。
【００２５】
有利には、方法は、各層が、繊維、及び層の互いに異なる繊維の配向を有する少なくとも一の層の繊維を含むことを特徴とする。
【００２６】
有利には、方法は、単独プライ材料ロールから少なくとも二の層を引き出すステップ、及びマルチプライ材料ロールから少なくとも二の層を引き出すステップをさらに含むことを特徴とする。
【００２７】
有利には、方法は、樹脂が熱可塑性樹脂であるとし、少なくとも二のプリフォームをプリフォームスタックにスタッキングするステップ、熱可塑性樹脂の粘着性を弱める温度までプリフォームスタックを加熱するステップ、プリフォームスタックに圧縮力を印加するステップ、及び熱可塑性樹脂を凝固させ、凝固プリフォームアセンブリを形成するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００２８】
有利には、方法は、繊維状物質の層が、少なくとも布又はまとめられたトウの構成を有することを特徴とする。
【００２９】
本発明の別の態様では、複合品の形成方法であって、構造繊維及びおよそ１体積パーセントから１０体積パーセントの樹脂を含む繊維状物質の少なくとも一の層を提供するステップ、ダイ断面形状を有する形成ダイセットに層を通すステップ、樹脂を加熱装置で加熱するステップ、層をダイ断面形状に形成するステップ、ダイ断面形状を有するプリフォームが形成されるような方法で樹脂を凝固させるステップ、付加的な繊維状物質でプリフォームを位置付けるステップ、プリフォーム及び付加的な繊維状物質にマトリックス材料を注入するステップ、及びマトリックス材料を硬化して複合品を形成するステップを有する方法が提供される。
【００３０】
本発明のさらに別の態様では、プリフォームの形成システムであって、ダイ断面形状を有し且つ樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を受けるように構成された形成ダイセット、形成ダイセットを介して層を引き出すように構成されたプルメカニズム、及び樹脂が凝固する時に層がダイ断面形状を保持するプリフォームに形成されるような方法で樹脂を加熱するように構成された加熱装置を備えるシステムが提供される。
【００３１】
有利には、システムは、繊維状物質の層が、およそ１体積パーセントから１０体積パーセントの樹脂を含むことを特徴とする。
【００３２】
有利には、システムは、繊維状物質の層が、およそ２体積パーセントから４体積パーセントの樹脂を含むことを特徴とする。
【００３３】
有利には、システムは、樹脂が、少なくとも熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含むことを特徴とする。
【００３４】
有利には、システムは、繊維状物質が、互いに異なる少なくとも二の層を含み、且つ層は、層アセンブリとして形成ダイセットに引き出されていることを特徴とする。
【００３５】
有利には、システムは、形成ダイセットを介して層を引き抜き成形するように構成されたプルメカニズムをさらに備える。
【００３６】
有利には、システムは、形成ダイセットが固定ダイセットを含むことを特徴とする。
【００３７】
有利には、システムは、形成ダイセットが、層の一連のセクションを連続して固定するように構成された可動ダイセットを備えることを特徴とする。
【００３８】
有利には、システムは、加熱装置が、伝導加熱、輻射加熱、及び誘導加熱のうちの少なくとも一を使用して樹脂を加熱するように構成されることを特徴とする。
【００３９】
有利には、システムは、マトリックス材料に接触して配置される時に、樹脂が、マトリックス材料に少なくとも部分的に溶解する、マトリックス材料と反応する、及びマトリックス材料の硬化中にマトリックス材料のフェーズとは異なるフェーズに留まる、のうちの少なくとも一の特性を有する熱可塑性樹脂とすることを特徴とする。
【００４０】
述べられる特徴、機能および利点は、本開示のさまざまな実施形態において独立して達成可能であり、または、以下の説明および図面を参照してさらなる詳細が理解可能であるさらに他の実施形態において組み合わることができる。
【００４１】
本発明の開示のこれらの特徴及び他の特徴は、全体を通して類似の要素に類似の番号が与えられる図面を参照すれば、より明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】一又は複数の繊維状物質を所望の断面形状を有するプリフォームに連続的に形成するためのシステムの実施形態を示す透視図である。
【図２】形成ダイセットを介して層を引き抜き成形するための形成ダイセット及びプルメカニズムを示す、図１のシステムの側面図である。
【図３】形成ダイセットの上方形成ダイと下方形成ダイとの間に配置された繊維状物質の層を示す、図２のライン３に沿った形成ダイセットの実施形態の断面図である。
【図４】プルメカニズムの上方ローラーと下方ローラーとの間に配置された繊維状物質の層を示す、図２のライン４に沿ったプルメカニズムの実施形態の断面図である。
【図５】形成ダイセットの入口から出口への方向に沿った徐々に変化するダイ断面形状を有する形成ダイセットの別の実施形態におけるシステムの側面図である。
【図５Ａ】入口での形成ダイセットの一般的な平面ダイ断面形状を示す、図５のライン５Ａに沿った形成ダイセットの断面図である。
【図５Ｂ】形成ダイセットの比較的低い高さで形成された突起部及び溝を示す、図５のライン５Ｂに沿った形成ダイセットの断面図である。
【図５Ｃ】形成ダイセットの高さが増加した突起部及び溝を示す、図５のライン５Ｃに沿った形成ダイセットの断面図である。
【図５Ｄ】形成ダイセットの出口での最大限の高さで形成された突起部及び溝を示す、図５のライン５Ｄに沿った形成ダイセットの断面図である。
【図６】ダイ断面形状を層の長さの一連のセクションに連続して形成するための可動ダイセットを備えるシステムの実施形態の側面図である。
【図７】下方可動ダイと一定の間隔を置いて配置された上方可動ダイ及びそれらの間に配置された繊維状物質の層を示す、図６のライン７に沿った可動ダイセットの実施形態の断面図である。
【図８】上方可動ダイと下方可動ダイとの間への層の固定中に断面形状をとる繊維状物質の層を示す、図６の可動ダイセットの断面図である。
【図９】下方ダイからの上方ダイの分離及びハットセクションを有するプリフォームに形成された繊維状物質の層を示す、図６の可動ダイセットの断面図を示す。
【図１０】形成ダイセットの下流に配置された冷却ダイセットを備えるシステムの実施形態の側面図である。
【図１１】プリフォームで繊維状物質の後続の層を積層するための形成ダイセットの下流に配置された積層ダイセットを備えるシステムの実施形態の側面図である。
【図１２】繊維状物質の後続の層及び上方積層ダイと下方積層ダイとの間で圧縮されたプリフォームを示す、図１０のライン１２に沿った積層ダイセットの断面図である。
【図１３】上方積層ダイと下方積層ダイとの間のプリフォームのキャップ上に位置付けられた繊維状物質の後続の層を示す、図１２のライン１３に沿った積層ダイセットの拡大断面図である。
【図１４】ダイ断面形状を層アセンブリに形成するための形成ダイセットを介する引き抜き成形のための層アセンブリにアセンブリングされた少なくとも三の層の繊維状物質を含むシステムの実施形態の透視図である。
【図１５】プリフォーム下方ダイと一定の間隔を開けて配置されたプリフォーム上方ダイ、及び上方プリフォームダイと下方プリフォームダイとの間のプリフォームスタックに配置された複数のプリフォームを示す、プリフォームダイセットの図である。
【図１６】上方プリフォームダイと下方プリフォームダイとの間への固定中の複数のプリフォームへの熱及び圧縮力の印加を示す、プリフォームダイセットの図である。
【図１７】プリフォームダイセットを使用したプリフォームスタックから形成されたプリフォームアセンブリの図である。
【図１８】後続のマトリックス材料の注入及びその硬化のためにプリフォーム上へ繊維状物質の付加的な層を適合し、ハットセクションストリンガーとして複合品を形成する様子を示す透視図である。
【図１９】ハットセクションストリンガーを示す、図１８のライン１９に沿った複合品の断面図である。
【図２０】ハットセクションストリンガーの一部及びハットセクションストリンガーを構成するプリフォーム及び複数の層の繊維状物質の断面図である。
【図２１】ここで開示されるシステム及び方法を使用して複合品が形成される航空機の透視図である。
【図２２】複合品を形成する方法に含まれる一又は複数の操作を示すフロー図である。
【図２３】プリフォームアセンブリを形成する方法に含まれる一又は複数の操作を示すフロー図である。
【図２４】ここで開示されるシステムの実施形態のブロック図である。
【図２５】航空機の製造及び保守方法のフロー図である。
【図２６】航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本開示の好適且つ種々の実施形態を示す図面を参照すると、図１には、繊維状物質１８の一又は複数の層１６を所望のプリフォーム断面形状２０２を有するプリフォーム２００に連続的に形成するシステム１０の実施形態が示される。繊維状物質１８の各層１６は、層１６の全体積に対する低体積分率の樹脂２４を含む。樹脂は、層１６の少なくとも一部にあらかじめ適合される。樹脂コーティング層１６は、一又は複数の材料ロール１４から引き出され、樹脂２４を軟化させるために加熱され、形成ダイセット５０を使用して層１６を所望の断面形状に形成する。樹脂２４を冷却するなどして樹脂２４を凝固する時に、層１６の断面形状は保持される。この方法において、プリフォーム２００は、プリフォーム２００を使用して形成される完成複合品２５０（図１９）の所望の断面形状を補完する、又は実質的にそれに近いプリフォーム断面形状２０２を有するにニアネット形状のプリフォーム２００として形成される。プリフォーム２００は、混合抽出処理され、及び/又は一又は複数の付加的プリフォーム２００又は繊維状物質２１４（図１８）の付加的な層と接合され、マトリックス材料２２２（図１８）が注入され、且つ硬化され、複合品２５０（図１９）を形成する。
【００４４】
有利には、プリフォーム２００（図１）を完成複合品２５０（図１９）のニアネット形状に形成することにより、プリフォーム２００を扱い且つ位置付けることが簡略化される。この点で、スタック（図示せず）の他の繊維状層（図示せず）に対して比較的複雑な三次元の繊維状層（図示せず）を位置付けることが、さらに正確に、且つ一般的に複合品を形成する多数の繊維状層（図示せず）を扱い及び／又は位置付けるために従来必要とされてきたような工具補助（図示せず）を必要とせずに、実行可能になる。本開示は、ハットストリンガー２５２（図１９）の形成時に使用されるようなハットセクション２０４（図１９）でプリフォーム２００を形成する構造において述べられているが、システム１０（図１）は、限定することなく、プリフォーム２００を任意の形状に形成するために使用され、ハットセクション２０４でプリフォーム２００を形成することに限定されないという点に留意すべきである。たとえば、システム１０は、「Ｚ」セクション、「Ｌ」セクション、「Ｔ」セクション、「Ｉ」セクション、「Ｊ」セクション、ブレードセクション、及び限定することなく、種々の他の断面形状のうちの任意の一のプリフォームを形成するように構成することができる。
【００４５】
図１において、システム１０は、形成ダイセット５０、及び形成ダイセット５０を介して繊維状物質１８の一又は複数の連続する層１６を引き抜き成形するためのプルメカニズム１５０を備える。上述のように、繊維状物質１８の層１６は、熱可塑性又は熱硬化性樹脂を含む比較的低体積分率の樹脂２４を含む。樹脂２４は、樹脂２４が凝固する時にダイ断面形状５６がプリフォーム２００内に保持されるように、形成ダイセット５０を使用して、層１６がダイ断面形状５６に形成されるのに十分な量が提供される。また、樹脂２４は、隣接する層１６との接着を促進し、且つ既定の層１６内で隣接する繊維２０間の接着を促進して、互いに対する及び／又はツール（図示せず）に対するプリフォーム２００の扱い、位置付け及びアセンブリングを可能にするために、層１６の粘着力を高めるのに十分な量が提供される。
【００４６】
一の実施形態では、樹脂２４（図１）は、室温では比較的粘着度が低い又は実質的に粘着せず、樹脂２４が加熱されると粘着度が増すという性質がある。この方法において、繊維状物質１８（図１）の一又は複数の層１６（図１）は材料ロール１４（図１）に蓄えられ、層１６間の粘着力のため抵抗なくそこから分配される。さらなる実施形態では、樹脂２４は、熱の除去で粘着力が高まり、樹脂２４の粘着性は熱の除去と共に増加するという性質がある。たとえば、繊維状物質１８の一又は複数の層１６は冷却又は冷蔵保存され、樹脂２４の温度を低下させ且つ粘着度を促進する一方で、樹脂２４の粘着性が増加し、プリフォーム２００（図１）にダイ断面形状５６（図１）を保持させる樹脂２４が凝固する。樹脂２４は、層１６の局地的領域（図示せず）にも適合される。この点で、樹脂２４は、層１６の選択された領域（図示せず）に適合され、層１６の長さ全体及び／又は幅全体には必ずしも適合されない。たとえば、樹脂２４は、層１６がダイ断面形状５６を保持するのに十分な層１６の領域（図示せず）に適合される。たとえば、樹脂２４の層１６への適合は、層１６が屈曲又は湾曲形状（図示せず）などの非平面形状（図示せず）に形成される局地的領域（図示せず）に限定されてもよい。一の実施形態では、樹脂２４は、ダイ断面形状５６の範囲（図示せず）に形成される層１６の領域に適合される。
【００４７】
層１６（図１）に適合される樹脂２４（図１）の体積分率は、一又は複数の層１６が形成ダイセット５０（図１）を通過後に、樹脂２４が凝固した状態で、プリフォーム２００がダイ断面形状５６を保持するようなものである。プリフォーム２００が一般的な多孔質性を保持し、複合品２５０の実質的に大部分にわたってマトリックス材料２２２（図１９）の実質的に均一な注入及び分配を可能とするように、繊維状層１６の樹脂２４の体積分率は、好適には比較的低い。また、樹脂２４の体積分率は、樹脂２４の完成複合品２５０（図１９）の強度特性及び剛性特性に対するいかなる効果も最小限とされるように、樹脂２４体積分率は、好適には比較的低い。
【００４８】
一の実施形態では、繊維状物質１８（図１）の層１６（図１）は、繊維状物質１８の層１６の総体積に対するおよそ１体積パーセントから１０体積パーセントの樹脂２４（図１）を含む。しかしながら、１パーセントより大きく又１０パーセントより小さい体積分率が期待される。たとえば、一の実施形態では、繊維状物質１８の層１６は、およそ２体積パーセントから４体積パーセントの樹２４を含むことができる。樹脂２４は、繊維状物質１８（図１）上への噴霧、ブラッシング又はローリング、あるいは他の手段などの任意の適する手段により、繊維状物質１８にあらかじめ適合されてもよい。樹脂２４の体積分率は、好適には、樹脂２４が凝固した状態で、プリフォーム２００が形成ダイセット５０（図１）の断面形状を維持できるようなものである。次いで、マトリックス材料２２２（図１８）の注入に先立って、プリフォーム２００（図１）を他のプリフォーム（図示せず）又は繊維状物質２１４（図１８）の付加的な層とともに位置付ける時に、プリフォーム２００は、補助（図示せず）又は工具補助（図示せず）を扱う必要なく、操作され及び位置づけられる。
【００４９】
繊維状物質１８（図１）の各層１６（図１）にあらかじめ適合される樹脂２４（図１）に加え、繊維状物質１８の各層１６は、種々の構成及び／又は繊維配向（たとえば、０、３０、４５、６０、７５、９０度、又は他の角度）のうちの任意の一に配列され、且つ種々の材料又は材料の組み合わせのうちの任意の一を使用して形成される構造繊維２０（図１）を含む。たとえば、繊維状物質１８は、樹脂２４が適合される織布又は不織布を含む。繊維状物質１８は、一方向配列、双方向配列、又は他のマルチ方向配列、或いは繊維配向の構造繊維２０のまとめられたトウから形成することもできる。この点で、繊維状物質１８の実施形態は、多軸布、編まれた布、たて編布、及び繊維状物質１８の種々の他の構成のうちの任意の一を含むこともできるが、これらに限定されない。
【００５０】
構造繊維２０（図１）が形成される材料は、アラミド、ポリオレフィン、金属、ガラス、カーボン、ホウ素、陶器、鉱物、及び種々の他の材料または材料の組み合わせのうちの任意の一を含むことができる。たとえば、構造繊維２０は、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポリブタジエン、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリールアミド、ポリケトン、ポリフタルアミド、ポリフェニレンエーテル、ポリブチレン・テレフタル酸塩、ポリエチレン・テレフタル酸塩、ポリエステル−ポリアリーレート、ポリアラミド、ポリベンゾキサゾール、ビスコース、及び他の材料のうちの任意の一から形成することができる。
【００５１】
樹脂２４（図１）は、構造繊維２０（図１）と混合され、よく調製され、又は、そうでなければ調合される。また、樹脂２４は、種々の材料組成のうちの任意の一で提供される。たとえば、樹脂２４は、アクリル、フルオロカーボン、ポリアミド類、ポリエチレン、ポリエステル類、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、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、ポリエーテルイミド、及び他の材料組成のうちの少なくとも一で提供される。樹脂２４は、融点又はマトリックス材料２２２（図１８）が完成複合品２５０（図１９）で硬化する温度よりも高く、高温で完成複合品２５０の強度に好ましい効果を与えるガラス転移温度を有する材料組成で提供される。
【００５２】
図１及び図２を参照すると、繊維状物質１８の層１６は、回転方向１４ａに沿って回転するスプール１２に取り付けられた材料ロール１４から分配される。層１６は、以下で述べられるように、所望の樹脂及び材料組成、厚さ、繊維配向及び配列を有する繊維状物質１８の単独の層１６を含む一又は複数のシングルプライ材料ロール１４ｂから分配される。また、層１６は、同じ厚さ及び／又は繊維配向を有する同じ樹脂及び繊維材料組成の複数の層１６を含む一又は複数のマルチプライ材料ロール１４ｃから分配され、あるいは、マルチプライ材料ロール１４ｃの層１６は、異なる樹脂及び繊維材料組成、厚さ、及び／又は繊維配向で提供される。層１６は、繊維状物質１８の層１６の規定レベルの張力を維持するための張力ローラー２６によって支持される。ガイドローラー２８は、形成ダイセット５０へ供給するための所望の配向で繊維状物質１８の層１６を維持するために、提供される。たとえば、図２に示すように、ガイドローラー２８は、繊維状物質１８の層１６を、形成ダイセット５０の上方形成ダイ５２と下方形成ダイ５４との間の間隙５８の配向と一直線上に維持できる。
【００５３】
図２及び図３を参照すると、形成ダイセット５０は、上方形成ダイ５２及び下方形成ダイ５４を備える。層１６が間隙５８に入ることを可能にし、且つ入口７６での層１６の集積を避けるために、上方形成ダイ５２と下方形成ダイ５４との間の間隙５８は、少なくとも形成ダイセット５０への入口７６では繊維状物質１８の層１６の厚さよりも大きい。上方形成ダイ５２と下方形成ダイ５４との間の間隙５８は、形成ダイセット５０の長さに沿って徐々に先細る。上方形成ダイ５２及び下方形成ダイ５４は、繊維状物質１８をプリフォーム２００に形成するための所望の断面形状に形成される。示される実施形態では、断面形状は、ハットセクション２０４を含む。上方形成ダイ５２及び下方形成ダイ５４は、それぞれ、プリフォーム２００のフランジ２０６を形成するための平面６４を含む。下方形成ダイ５４は突起部６２（図３）を含み、上方形成ダイ５２は突起部６２を受けるための溝６０（図３）を含む。
【００５４】
一の実施形態では、間隙５８（図３）は、繊維状物質１８（図３）の層１６（図３）が形成ダイセット５０（図３）を介して引き抜き成形される際に、規定量の形成圧力６６（図３）が繊維状物質１８の層１６に印加されるようなものである。たとえば、１５０ｐｓｉより小さい形成圧力６６が印加されうるが、およそ１５０ｐｓｉまで又はそれよりも大きい形成圧力６６が繊維状物質１８の層１６に印加されるように、間隙５８の大きさが決められる。また、形成圧力６６は、以下で述べるように、多重層１６が共に固定される程度に樹脂２４（図３）が構造繊維２０（図２）間に流れるようにするものとしてもよい。樹脂２４は、冷却状態で起こるように凝固し、凝固した樹脂２４は、プリフォーム２００をダイ断面形状５６に維持する。
【００５５】
図２を参照すると、形成ダイセット５０は、入口７６及び出口７８を有する。一の実施形態では、形成ダイセット５０は、一般的に一定である（図２）ダイ断面形状５６を有し、或いは、断面形状は、以下で述べるように、入口７６から出口７８までの形成ダイセット５０の長さに沿って変化する（図５）。実質的に一定のダイ断面形状５６は、入口７６から出口７８まで実質的に一定の間隙５８を備える。しかしながら、間隙５８は、入口７６から出口７８までの形成ダイセット５０の長さに沿って変化するとしてもよい。たとえば、入口７６での繊維状物質１８の集積を避けるために、間隙５８は、入口７６では層１６の厚さより大きくし、且つ出口７８に向かって狭くして、以下で述べるように、層１６上に所望量の形成圧力６６を提供することができる。
【００５６】
図５から図５Ｄまでを簡単に参照すると、図５には、一の実施形態での形成ダイセット５０の側面図が示されており、ここで、ダイ断面形状５６は、形成ダイセット５０の入口７６での一般的な平面形状から、形成ダイセット５０の出口７８での完全なダイ断面形状５６へと徐々に推移する。図５Ａは、入口７６での形成ダイセット５０の実質的に平面のダイ断面形状５６を示す。入口７６での平面ダイ断面形状５６での間隙５８の大きさ（たとえば、高さ）は、入口７６での繊維状物質１８の集積を避けるために、形成ダイセット５０への入口７６での間隙５８へ入る繊維状物質１８の厚さよりも大きくすることができる。図５Ｂは、入口７６（図５Ａ）での間隙５８の平面形状から、出口７８（図５Ｄ）での完全なダイ断面形状５６までの、ダイ断面形状５６の徐々に推移する部分として、比較的低い高さで形成ダイセット５０に形成された突起部６２及び溝６０を示す。図５Ｂにおいて、比較的低いダイ断面形状５６にわたる間隙５８の大きさ（たとえば、高さ）は、入口７６（図５Ａ）での間隙５８と同じか、或いは、入口７６での間隙５８よりもわずかに小さい。
【００５７】
図５Ｃは、形成ダイセット５０における増加する高さで形成される突起部６２及び溝６０を示す。繊維状物質１８が形成ダイセット５０を介して移動する際に形成圧力６６（図５Ｃ）が繊維状物質１８に徐々に印加され、繊維状物質１８をダイ断面形状５６へ徐々に形成するように、間隙５８の大きさは、選択的に、入口７６（図５Ａ）での間隙５８の大きさに対する高さを縮小することができる。図５Ｃにおいて、形成圧力６６は、最初に繊維状物質１８に印加されるように示されているが、形成ダイセット５０の入口７６（図５Ａ）から出口７８（図５Ｄ）までの形成ダイセット５０の長さに沿って、形成圧力６６が任意の場所で繊維状物質１８に印加されるように、形成ダイセット５０を構成してもよい。図５Ｄは、形成ダイセット５０の出口７８でダイ断面形状５６の完全な高さで形成された突起部６２及び溝６０を示す。図５Ｄにおける上方形成ダイ５２と下方形成ダイ５４との間の間隙５８の大きさは、形成圧力６６が繊維状物質１８上に維持されて、繊維状物質１８がダイ断面形状５６の完成形状に形成されるようなものとすることができる。上述のように、熱（図示せず）が、形成ダイセット５０の長さに沿って、任意の場所で繊維状物質１８に印加される。
【００５８】
図２及び図５を参照すると、上述のように、繊維状物質１８が形成ダイセット５０を介して移動する際に、繊維状物質１８の層１６上の形成圧力６６（図３、図５Ｃ及び図５Ｄ）が徐々に増加するように、上方形成ダイ５２と下方形成ダイ５４との間の間隙５８は、入口７６（図２、図５及び図５Ａ）では、出口７８での間隙５８の大きさよりも大きくすることができる。この方法において、形成ダイセット５０を介して繊維状物質１８の層１６を引き抜き成形するために、減量された牽引力が必要とされる。さらに、繊維状物質１８を徐々にダイ断面形状５６に適合させる形成ダイセット５０を通過する際に、繊維状物質１８の層１６が上方形成ダイ５２及び下方形成ダイ５４と接触するので、完成ダイ断面形状５６（図５Ｄ）への段階的な推移により、樹脂２４が徐々に加熱される。
【００５９】
限定されない実施形態において、プリフォーム２００（図９）は、限定されることなく、種々の構成のうちの任意の一に形成可能であるが、プリフォーム２００は、ハットセクション２０４（図９）のプリフォーム断面形状２０２（図９）に形成される。ハットセクション２０４は、一組のフランジ２０６（図９）及びフランジ２０６（図９）からキャップ２１０（図９）まで延びる一組のウェブ２０８を含む。プリフォーム２００は、付加的なプリフォーム（図示せず）、付加的な乾燥繊維状物質２１４（図１８）、プリプレグ（図示せず）、及び／又は取り外し可能な或いは固定のツーリング（たとえば、マンドレル２１６）（図１８）で強化又は積層され、種々の構造繊維２０（図２）及び種々の樹脂２４（図２）を含む種々の繊維状物質１８を含む連続的ビルドアッププリフォーム２００（図２）を作成する。プリプレグ（図示せず）は、プリプレグ（図示せず）の総体積のおよそ３０パーセントから７０パーセントまでの範囲の体積分率でマトリックス材料（図示せず）にあらかじめ含浸された繊維状物質（図示せず）を含む。
【００６０】
プリフォーム２００（図１８）の形状を維持するための繊維状物質１８（図１）で使用される比較的低い体積分率（たとえば、１パーセントから１０パーセント）の樹脂２４（図１）と区別されるように、プリプレグ（図示せず）で使用されるマトリックス材料（図示せず）及びプリフォーム２００（図１８）に注入するために使用されるマトリックス材料２２２（図１８）は、隣接する繊維間の剪断荷重の移動を促進する。付加的な繊維状物質２１４（図１８）でプリフォーム２００（図１８）をアセンブリングした後に、アセンブリにマトリックス材料２２２（図１８）が注入され且つ硬化されて、複合品２５０（図１９）を形成する。この点で、ここで開示されるシステム１０（図１）及び方法は、任意の数の付加的なプリフォーム２００又は付加的な繊維状物質２１４（図１８）などの一又は複数の複合コンポーネントを含む選択的アセンブリのための任意の断面形状を有するプリフォーム２００（図１８）の製造を促進する。プリフォーム２００（図１８）及び／又は付加的な繊維状物質２１４は、マトリックス材料２２２（図１８）を注入され、硬化され、任意の大きさ、形状及び構成の完成複合品２５０を形成する。
【００６１】
図３を参照すると、システム１０は、繊維状物質１８の層１６が形成ダイセット５０を通過する際に樹脂２４を加熱するための加熱装置１１０を備える。示される実施形態では、加熱装置１１０は、上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４に組み込まれる、或いはそうでなければ取り付けられる一又は複数の加熱コイル１１２を備える。加熱装置１１０は、繊維状物質１８の構造繊維２０（図１）間などの樹脂２４の流れを促進する粘着レベルまで樹脂２４を加熱するように構成される。一の実施形態では、加熱装置１１０は、繊維状物質１８の層１６が形成ダイセット５０を通過して樹脂２４を少なくとも部分的に軟化させる間に、樹脂２４の少なくとも融解温度又はガラス転移温度近くまで、樹脂２４を加熱するように構成される。
【００６２】
図３では、一の実施形態において、加熱コイル１１２は、繊維状物質１８の層１６にわたって熱１１４が実質的に均一に分配されるように配置される。上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４との接触により、繊維状物質１８の層１６が伝導的に加熱されるように、加熱コイル１１２は、上方形成ダイ５２及び下方形成ダイ５４を加熱するように構成される。加熱コイル１１２は上方形成ダイ５２及び下方形成ダイ５４の長さにそって延長するように示されているが、加熱コイル１１２は、種々の代替的配置のうちの任意の一で上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４に配置され又は取り付けられてもよい。さらなる実施形態では、加熱装置１１０は、樹脂２４の輻射加熱により樹脂２４を加熱するように構成される。たとえば、示されてはいないが、繊維状物質１８における構造繊維２０（図１）の加熱よりも激しく繊維状物質１８における樹脂２４を加熱するための周波数帯域を含む輻射を使用することにより、加熱装置１１０は樹脂２４を加熱するように構成される。
【００６３】
さらなる実施形態では、上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４（図３）は、融点に近い強磁性物質（図示せず）のキュリー温度、ガラス転移温度、又は繊維状物質１８（図３）の層１６（図３）における樹脂２４（図３）の他の所望の温度に基づき選択される強磁性物質からなる。このような配置では、上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４の強磁性物質は、上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４に隣接して取り付けられる一又は複数の誘導コイル（図示せず）を介して流れる電流（図示せず）により生成される磁場（図示せず）により誘導的に加熱される。上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４は、強磁性物質のキュリー温度に近似である平衡温度まで、誘導的に加熱される。繊維状物質１８の層１６は、上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４との熱的接触のため、誘導的に加熱される。上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４の温度がキュリー温度に近づくにつれ、強磁性物質の磁気特性は衰退し始め、その結果、上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４の誘導加熱の縮小、及び上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４と接触する繊維状物質１８の層１６の伝導加熱の縮小が起こりうる。誘導コイルの誘導電流の流れが熱可塑性樹脂２４の融解温度又はガラス転移温度などの所望の温度で繊維状物質１８の層１６の温度を安定させるのに十分なレベルまで自動的に減少するように、平衡温度にある上方形成ダイ６２及び／又は下方形成ダイ５４の部分は非磁性となる。
【００６４】
しかしながら、加熱装置１１０（図３）は、種々の構成で提供することができ、伝導加熱、輻射加熱、又は誘導加熱を使用する樹脂２４（図３）の加熱に限定されない。さらに、加熱装置１１０は、形成ダイセット５０（図３）に組み込まれるものとして示されているが、形成ダイセット５０と別個のコンポーネントとして提供することができ、入口７６（図２）付近の形成ダイセット５０の上流及び／又は出口７８（図２）付近の形成ダイセット５０の下流などの任意の場所に取り付けることができる。あるいは、材料ロール１４で層１６（図１）の樹脂２４（図１）の温度を上昇させるために、一又は複数の材料ロール１４（図１）が加熱されてもよい。さらに別の実施形態では、材料ロール１４の繊維状物質１８（図１）が低下した温度で提供され、そこで、層１６が実質的に粘着度のない又は減少した粘着度を有するように、一又は複数の材料ロール１４（図１）が冷蔵保存（図示せず）されてもよい。樹脂２４の温度を上昇させ、層１６の粘着力を高め、同時に上述の方法で既定の層１６内の隣接する層１６との接着及び／又は隣接する繊維２０（図１）間の接着を促進するために、材料ロール１４は加熱されてもよい。このような実施形態では、形成ダイセット５０（図１）は選択的に加熱されてもよく、または加熱されなくてもよい。
【００６５】
図２を参照すると、形成ダイセット５０は、繊維状物質１８の樹脂２４の温度を低下させるための冷却装置１３０を選択的に備えることができる。一の実施形態では、冷却装置１３０は、形成ダイセット５０の上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４に組み込まれ、又はそうでなければ取り付けられる。また、冷却装置１３０は、図１０に示され且つ以下に述べられるように、加熱装置１１０の下流に配置されてもよい。図２において、冷却装置１３０は、繊維状物質１８の層から熱（図示せず）を奪い、プリフォーム２００がダイ断面形状５６を保持するような方法で樹脂２４を冷却及び凝固させるための手段を提供する。一の実施形態では、形成ダイセット５０がダイ断面形状５６を有する一方で、冷却装置１３０は、樹脂２４の温度をガラス転移温度よりも下降させる手段を提供する。樹脂２４が冷却される間に、層１６の形成圧力６６（図３）は、プリフォーム２００をダイ断面形状５６に形成する。一の実施形態では、冷却装置１３０は、上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４を介して、任意の適する液体（たとえば、水）などの冷却媒体（図示せず）を循環させるための一又は複数のコンジット（図示せず）を備える。冷却媒体は、樹脂２４を冷却する上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４の一部から熱（図示せず）を奪うことができる。
【００６６】
図１、図２及び図４を参照すると、システム１０（図１）は、形成ダイセット５０（図１）の下流に位置し、且つ形成ダイセット５０を介して繊維状物質１８（図１）の層１６を引き出す又は引き抜き成形するように構成されたプルメカニズム１５０（図４）を備える。示される実施形態において、プルメカニズム１５０は、繊維状物質１８（図２）の層１６（図２）の反対側に取り付けられ、且つ各々の回転軸周囲で各々の回転方向１５４ａ及び１５６ａ（図２）に沿って回転可能である上方ローラー１５４及び下方ローラー１５６（図２）などの一又は複数のプルローラー１５２（図２）を備える。上方ローラー１５４は円周溝１６０（図４）を有し、且つ、下方ローラー１５６はダイ断面形状５６を補足するよう成形された円周突起部１６２（図４）を有する。プルローラー１５２は、繊維状物質１８を固定し、繊維状物質１８の層１６を形成ダイセット５０から引き抜き成形する。一の実施形態では、プルローラー１５２は、ダイ断面形状５６を補足する又は実質的にそれと等しい断面形状を有する。
【００６７】
プルメカニズム１５０（図１）は、ローラー間のプリフォーム断面形状２０２（図１３）の異なるセクションを固定するための、繊維状物質１８（図１）の層１６（図１）の反対側に取り付けられる複数の概して円柱形状のローラー（図示せず）を備える。実質的に均一に分配された牽引力が繊維状物質１８の層１６の幅に印加されるように、ローラーが繊維状物質１８の層１６の幅にわたって分配され、且つ位置付けられる。実質的に均一に分配された牽引力が印加されるようにプルメカニズム１５０を構成することにより、構造繊維２０（図１）の相対配向は、不均一な牽引力が層１６の幅にわたって印加される場合に構造繊維２０に生じる歪みに比べて、歪んでいない又は影響を受けない状態である。たとえば、織物などのある種の繊維状物質１８の構造繊維２０の配向は、プリフォーム２００（図１）において、材料ロール１４の繊維配向と実質的に同じ繊維配向で維持できる。図４は単独の上方ローラー１５２及び単独の下方ローラー１５４を示しているが、任意の数のローラーが層１６の幅に沿って任意の場所に提供されてもよい。さらに、図２は単独のプルメカニズム１５０を示しているが、任意の数のプルメカニズム１５０がプリフォーム２００の長さに沿って任意の場所に提供されてもよい。
【００６８】
図２を参照すると、上方形成ダイ５２及び下方形成ダイ５４は、一般的に場所に取り付けられるように構成され、又は、一般的に互いに対して且つ形成ダイセット５０を通過する繊維状物質１８の層１６に対して固定される。たとえば、図２は、一般的に互いに対する場所に取り付けられる上方固定ダイ７２及び下方固定ダイ７４から成る形成ダイセット５０及び７０を示している。この点で、繊維状物質１８の層１６が形成ダイセット５０を介して引き出されている時には、上方固定ダイ７２及び／又は下方固定ダイ７４は、非可動式であるという意味で、互いに対して取り付けられ又は固定される。しかしながら、異なる厚さ及び／又は量の繊維状物質１８の層１６を収容するために、及び／又は上方固定ダイ７２及び下方固定ダイ７４により繊維状物質１８の層１６に適合された形成圧力６６（図３）の大きさを調整するために、それらの間の間隙５８が調整されるように、上方固定ダイ７２及び下方固定ダイ７４のどちらか一方が、それらの他方に対して調整可能である。
【００６９】
図６から図９を参照すると、層１６（図６）のセクションを順番に形成するための可動ダイセット９０（図６）として構成される形成ダイセット５０（図６）の別の実施形態が示される。可動ダイセット９０は、図６に示されるように、移動方向９８（たとえば、図６の垂直方向）に沿って移動可能である上方可動ダイ９２及び下方可動ダイ９４（図６）を備える。上方可動ダイ９２及び下方可動ダイ９４の移動は、繊維状物質１８の長さのセクションの連続的固定を促進し、ダイ断面形状５６を繊維状物質１８の層１６に加える。また、可動ダイセット９０は、異なる厚さ及び／又は量の繊維状物質１８の層１６を収容する。
【００７０】
図７では、繊維状物質１８の一又は複数の層１６が形成ダイセット５０を介して順番に前進するように、上方可動ダイ９２及び下方可動ダイ９４が分離される。たとえば、層１６のセクション９６（図６）が上方可動ダイ９２と下方可動ダイ９４との間の間隙５８内に位置付けられるまで、層１６は、プルメカニズム１５０（図６）を起動することにより前進する。プルメカニズム１５０が停止され、加熱装置１１０の手段により、熱１１４が上方可動ダイ９２及び／又は下方可動ダイ９４に選択的に印加される。
【００７１】
図８では、上方可動ダイ９２及び下方可動ダイ９４は、互いの方向に向かって動かされ、それらの間に繊維状物質１８の層１６を固定する。上方可動ダイ９２及び下方可動ダイ９４と接触した結果、又は上述の輻射加熱手段及び／又は誘導加熱手段により、層１６は伝導的に加熱される。樹脂２４の温度がおよそ融点又はガラス転移温度まで上昇する間に、形成圧力６６が層１６に印加される。温度及び／又は形成圧力６６は、所定時間内は維持される。熱１１４の印加は継続されず、選択的冷却装置１３０（図１）が起動され、樹脂２４の温度が融点より低くなるように上方可動ダイ９２及び下方可動ダイ９４から熱が奪われる。
【００７２】
図９において、樹脂２４（図８）が冷却及び／又は凝固した状態で、樹脂２４は硬化し、上方可動ダイ９２及び下方可動ダイ９４は分離される。凝固する際に、樹脂２４は、図示されるように、繊維状物質１８（図８）をダイ断面形状５６に固定する。プルメカニズム１５０（図６）は、再起動され、層１６（図６）の別のセクション９６（図６）を上方可動ダイ９２と下方可動ダイ９４との間の間隙５８（図６）に引き出す。所望の長さのプリフォーム２００がダイ断面形状５６を有するように形成されるまで、この工程は繰り返される。
【００７３】
図１０を参照すると、形成ダイセット５０の下流に配置された冷却装置１３０を備えるシステム１０の実施形態が示される。一の実施形態では、冷却装置１３０は、ダイ断面形状５６（図９）に実質的に類似の断面形状を有する上方冷却ダイ１３４及び下方冷却ダイ１３６を含む冷却ダイセット１３２を備える。一の実施形態では、冷却ダイ１３２は、プリフォーム２００が形成ダイセット５０の出口７８を通過した後に、繊維状物質１８の層１６から熱を奪うための加熱シンクとして働くように構成される。冷却ダイセット１３２は、層１６の冷却ダイセット１３２の表面との接触のため層１６から熱を伝導するための比較的大きな熱質量を提供することにより、繊維状物質１８の層１６を受動的に冷却するように構成される。
【００７４】
別の方法として、冷却装置１３０（図１０）は、上述のように、形成ダイセット５０（図１０）の一部を介して冷却媒体の循環に類似する方法で、冷却装置１３０を介して循環する冷却媒体（図示せず）を使用して、繊維状物質１８（図１０）の層１６（図１０）を積極的に冷却するように構成される。冷却装置１３０は、繊維状物質１８（図１０）の層１６で樹脂２４（図１０）の温度を下降させ、冷却装置１３０が層１６を断面形状に維持している間に、樹脂２４をガラス転移温度より低くなるまで冷却し硬化させるように構成される。冷却装置１３０は、選択的に、樹脂２４の温度が既定のレベルに下降するまで、層１６の形成圧力６６（図８）を維持するように構成することができる。
【００７５】
図１１を参照すると、形成ダイセット５０の下流に配置された積層メカニズム１７０を備えるシステム１０の実施形態が示される。積層メカニズム１７０は、繊維状物質の付加的な又は後に続く層１８０をプリフォーム２００と統合して連続的なビルドアッププリフォーム２００を作成するように構成される。繊維状物質の後に続く層１８０は、プリフォーム２００が初めに作成された繊維状物質と同種又は異種のものとすることができる。この点で、図１１は、形成ダイセット５０を介して引き抜き成形するための第一の繊維状物質４０ｂの第一の層４０ａを含む第一の材料ロール４０を示す。第二の材料ロール４２は、スプール１２から引き出され、且つ張力ローラー２６及び／又はガイドローラー２８を通る第二の繊維状物質４２ｂの第二の層４２ａを含む。第二の層４２ａは第一の層４０ａと接合され、且つ積層メカニズム１７０に共に積層される。
【００７６】
一の実施形態では、積層メカニズム１７０（図１１）は、図１から図９で示された上述の形成ダイセット５０に類似して構成される積層ダイセット１７２（図１１）を備える。積層ダイセット１７２は、形成ダイセット５０（図１１）のダイ断面形状５６（図１１）に実質的に類似である積層ダイ断面形状１７８（図１１）を有する上方積層ダイ１７４及び下方積層ダイ１７６（図１１）を有する。積層ダイセット１７２は、第一の層４０ａ及び第二の層４２ａがプルメカニズム１５０（図１１）により積層ダイセット１７２を介して引き抜き成形される間に、第二の層４２ａ（図１１）の極厚を収容し、且つ積層圧力１８２（図１２）を第一の層４０ａ及び第二の層４２ａ（図１１）に印加するように構成される。第二の層４２ａは任意の幅で提供することができ、第一の層４０ａと同じ幅を有することに限定されない。また、第二の層４２ａは、プリフォーム２００（図１１）の任意の部分に適合することができる。
【００７７】
図１２及び図１３を参照すると、上方積層ダイ１７４と下方積層ダイ１７６（図１１）との間の第一の層４０ａに積層又は統合されている第二の層４２ａを示す積層メカニズム１７０の断面図が示される。図１３に示されるように、第二の層４２ａは、プリフォーム２００のキャップ２１０の幅にわたって延びる幅に提供される。上方積層ダイ１７４及び下方積層ダイ１７６は、キャップ２１０の第二の層４２ａ（図１１）の付加的な厚さを収容するように構成される。積層圧力１８２及び／又は熱１８４は、第一の層４０ａ及び第二の層４２ａに印加され、第一の層４０ａ及び第二の層４２ａ（図１１）を統合及び／又は接合し、連続的プリフォーム２００を形成する。ここで理解されるように、繊維状物質１８０の任意の数の付加的な層、プリプレグ（図示せず）、又は付加的なプリフォーム（図示せず）は、図１２及び図１３で示されるプリフォーム２００の任意の部分に適合することができる。
【００７８】
図１４を参照すると、ダイ断面形状５６を層アセンブリ４６に加えるための、共にアセンブリングされ且つ形成ダイセット５０に引き出された繊維状物質１８の複数の層１６を備えるシステム１０の実施形態が示される。繊維状物質１８の層１６は、構造繊維２０及び樹脂２４の実質的に類似の材料組成を含む実質的に類似の材料で形成される。しかしながら、層１６の繊維状物質１８は、異なるものでもよい。たとえば、図１４において、第一の繊維状物質４０ｂの一又は複数の第一の層４０ａを分配するための第一の材料ロール４０、第二の繊維状物質４２ｂの一又は複数の第二の層４２ａを分配するための第二の材料ロール４２、及び第三の繊維状物質４４ｂの一又は複数の第三の層４４ａを分配するための第三の材料ロール４４が示される。第一の層４０ａ、第二の層４２ａ及び第三の層４４ａは、同種又は同じ繊維材料組成を有する構造繊維２０を含むことができる。別の方法では、第一の層４０ａ、第二の層４２ａ及び第三の層４４ａは、異なる繊維材料組成を有する異なる構造繊維２０を含む。
【００７９】
さらに、第一の層４０ａ、第二の層４２ａ及び第三の層４４ａの構造繊維２０は、同じ繊維配向、又は異なる繊維角度２２（図１）などの異なる繊維配向を有することができる。たとえば、層４０ａの縦軸（図示せず）に対して、第一の層４０ａは＋４５度の第一の繊維角度４０ｃで配向された繊維を含み、第二の層４２ａは０度の第二の繊維角度４２ｃで配向された繊維を含み、第三の層４４ａは−４５度の第三の繊維角度４４ｃで配向された繊維を含む。さらに、第一の層４０ａ、第二の層４２ａ及び第三の層４４ａは、異種（すなわち、異なる材料組成）の樹脂２４又は同種の樹脂２４を含むことができる。また、層４０ａ、層４２ａ及び層４４ａは、同じ厚さ、或いは異なる厚さで提供することができる。一又は複数の材料ロール４０、４２及び４４は、各々が繊維状物質（図示せず）の単独層を含むシングルプライロール（図示せず）を含んでいてもよい。別の方法では、一又は複数の材料ロール４０、４２及び４４は、上述したように、同じ又は異なる樹脂組成、繊維組成、厚さ、及び／又は繊維配向を有する繊維状物質の多重層を含むマルチプライロール（図示せず）として提供されてもよい。
【００８０】
図１４では、繊維状物質１８の二以上の層１６がアセンブリングされ、層アセンブリ４６を形成する。層アセンブリ４６は、上述の方法で、張力ローラー２６及びガイドローラー２８上を通過する。層アセンブリ４６は、図１４で示される上方ローラー１５４及び下方ローラー１５６などのプルメカニズム１５０により形成ダイセット５０を介して引き抜き成形され、或いは、異種のプルメカニズム（図示せず）が使用される。層アセンブリ４６が形成ダイセット５０のダイ断面形状５６（図８）に適合されるように、熱（図示せず）及び圧力（図示せず）が層アセンブリ４６に印加され、樹脂２４を軟化させ及び／又は少なくとも部分的に溶解する。層アセンブリ４６及び樹脂２４は、凝固して、ダイ断面形状５６を有する固定されたプリフォーム２００を形成する。繊維状物質（図示せず）の一又は複数のあとに続く層又はプリプレグ（図示せず）は、上述の方法でプリフォーム２００に統合又は積層され、所望の断面形状を有する連続的なビルドアッププリフォーム２００を作成する。プリフォーム２００は、プリフォーム２００の形成に続いて、ある長さに切断され整えられる。
【００８１】
一の実施形態では、プリフォーム２００を所望の断面形状２０２に形成した後に、付加的な繊維状物質２１４（図１８）でプリフォーム２００をアセンブリングするのに先立って、且つ、プリフォーム２００にマトリックス材料（図１８）を注入するのに先立って、プリフォーム２００は、二次的な形成工程で、熱形成され（図示せず）又はホットドレープ形成され（図示せず）、付加的な形状に形成される。プリフォーム２００を熱形成することは、プリフォーム２００が熱形成ツール（図示せず）の形状をとるように、加熱されたプリフォーム２００を熱形成ツールに適合しながら、プリフォーム２００を加熱して樹脂２４（図１）を軟化させることを含む。プリフォーム２００をツールに対して維持しながら、プレフォーム２００は軟化する。プリフォーム２００があらかじめ形成されたダイ断面形状５６（図１）に加えて熱形成された形状を保持するように、プリフォーム２００の樹脂２４は、冷却及び硬化される。この方法では、他の繊維状物質２１４（図１８）とのアセンブリに先立って、且つアセンブリへのマトリックス材料２２２（図１８）の注入に先立って、所望の断面形状を有するプリフォーム２００は、種々の付加的な形状のうちの任意の一に形成される。
【００８２】
たとえば、図１４に示されるハットセクション２０４プリフォーム２００は、ハットセクション２０４プリフォーム２００の長さに沿って僅かな湾曲形状（図示せず）に熱形成される。湾曲形状は、プリフォーム２００を使用して形成される複合品の完成形状（図示せず）に補完的であるものとする。プリフォーム２００の熱形成が湾曲をプリフォームの長さに対して熱形成することに限定されない、という点に留意すべきである。たとえば、プリフォーム２００は、プリフォーム２００の長さに沿ってねじれ形状（図示せず）に、又は、種々の他の形状のうちの任意の一に熱形成されてもよい。有利には、比較的少量の樹脂２４（図１）（たとえば、およそ１０パーセントまで）は、プリフォーム２００を所望の断面形状及び複合品のレイアップを簡略化可能な熱形成された形状に維持することができる。先ほど示したように、ここで述べられる方法で形成された形状安定化されたプリフォーム２００は、ツール上でのプライスタックをアセンブリングする工程中に作業を最小限にすることにより、明らかに、複合品のレイアップに関わる複雑さを縮小し、且つ時間を短縮することができる。この方法において、ここで開示されるプリフォーム２００は、真空バギング、オートクレービング、及びマトリックス材料の注入及び硬化に関する他の工程に先立って及びそれらの工程中に、大部分のレイアップ時間がファブリック又はトウの繊維を所望の配向に位置付け且つ維持することに関連している、複合品の従来のプライバイプライ（ｐｌｙ−ｂｙ−ｐｌｙ）レイアップに一般的に関連する作業量を明らかに軽減することができる。
【００８３】
図１５を参照すると、上方プリフォームダイ２３２及び下方プリフォームダイ２３４を備え、且つ上方プリフォームダイ２３２と下方プリフォーム２３４との間に位置付けられたプリフォーム２００のスタック２４０を示すプリフォームダイセット２３０が示される。プリフォームダイセット２３０は、プリフォームスタック２４０の伝導加熱、輻射加熱及び／又は誘導加熱を実行するための、上述の任意の構成の加熱装置（図示せず）を備える。プリフォームダイセット２３０は、上述の形成ダイセット５０（図１）に類似して構成される。プリフォーム２００が互いに組み込まれるように、プリフォーム２００は、断面形状に対して互いに実質的に類似して形成される。上述のように、プリフォーム２００は類似の又は異なる樹脂２４及び／又は繊維状物質１８の組成、厚さ、及び／または繊維配向で形成することができる。
【００８４】
プリフォームダイセット２３０の上方プリフォームダイ２３２及び／または下方プリフォームダイ２３４は、移動方向２３６に沿って互いに対して移動可能（たとえば、垂直に）であり、上方プリフォームダイ２３２と下方プリフォームダイ２３４との間のプリフォームスタック２４０の長さ（図示せず）のセクションを順番に固定する。別の方法では、プリフォームダイセット２３０は固定式であり、図１及び図２で示された形成ダイセット５０の固定構成のための、上述の引き抜き成形に類似する上方プリフォームダイ２３２と下方プリフォームダイ２３４との間の間隙（図示せず）を介してプリフォームスタック２４０を引き抜き成形するように構成される。
【００８５】
図１６において、上方プリフォームダイ２３２及び下方プリフォームダイ２３４は、移動方向２３６（図１５）に沿って互いの方向に向かって移動され、プリフォームスタック２４０を固定する。熱（図示せず）は、一または複数の加熱装置１１０を使用してプリフォームスタック２４０に印加され、樹脂２４の粘着性を弱める温度までプリフォームスタック２４０を加熱する。樹脂２４は、樹脂２４の融点付近またはそれを超える温度まで加熱され、樹脂を軟化させ及び／又はその粘着性を弱める。弱まった粘着性の樹脂２４により、隣接したプリフォーム２００で樹脂２４の混合が促進される。圧縮力２３８は、付加的にプリフォームスタック２４０に印加され、以下で詳細が述べられるように、プリフォーム２００の強化を促進する。
【００８６】
図１７では、プリフォームスタック２４０（図１６）に熱及び／又は圧縮力２３８（図１６）が印加される結果として、プリフォームアセンブリ２４２が形成される。樹脂２４（図１６）が凝固した状態で、プリフォームアセンブリ２４２はプリフォームダイセット２３０の断面形状をとる。以下で述べられるように、プリフォームアセンブリ２４２は、付加的な繊維状物質２１４（図１８）などの一又は複数の複合コンポーネント（図示せず）と組み合わせられ、マトリックス材料２２２（図１８）を注入される。以下で述べられるように、複合コンポーネント２５０（図１９）が形成されるように、マトリックス材料２２２は硬化される。
【００８７】
図１８を参照すると、付加的な繊維状物質２１４と位置付けられ又はアセンブリングされたプリフォーム２００が示される。繊維状物質２１４の付加的な層２１８は、他の形状が固定されたプリフォーム又は実質的に乾燥したプリフォーム（図示せず）、プリプレグ（図示せず）、及び他の種々の繊維状物質２１４のうちの任意の一を含むことができる。図１８に示されるように、ハットセクション２０４プリフォーム２００は、プリフォーム２００に備え付けられるマンドレル２１６を使用して、ハットストリンガー２５２にアセンブリングされる。マンドレル２１６は、真空バギング及び／又はオートクレービング中に且つマトリックス材料２２２の注入中に、プリフォーム２００の形状を支持する。マンドレル２１６は、取り外し可能なブラダー（図示せず）又は溶解性フォーム（図示せず）などの一時的なマンドレルを含む。別の方法では、マンドレル２１６は、永続的フォームマンドレルなどの永続的マンドレル（図示せず）、又はハットストリンガー２５２或いは他の閉断面形状内に永続的に保持されるように構成された他のツーリングを含むことができる。
【００８８】
図１９では、付加的な複合コンポーネント（図示せず）がプリフォーム２００とアセンブリングされる。たとえば、一組のヌードル２７２（図１８から図２０）又は他のラジウスフィラーが備え付けられ、以下で述べられるように、フランジ２５４（図１９）、ウェブ２５６（図１９）、及び一又は複数のプリフォーム２００を使用して形成されるハットストリンガー２５２（図１９）のベースラミネート２６４（図１９）との間の空間を満たす。ヌードル２７２は、又はマンドレル２１６とハットセクション２０４プリフォーム２００との間の範囲を満たすための、一方向のトウ、織布、繊維強化接着剤、他の材料で形成される。材料の付加的な層２１８は、プリフォーム２００上に適合され、マンドレル２１６及びヌードル２７２を密閉する。たとえば、織布又は不織布、まとめられたトウ、プリプレグ、又は他の基板或いは材料などの繊維状物質２１４の後に続く層２１８が、マンドレル２１６及びプリフォーム２００上の一又は複数の層２１８に適合される。
【００８９】
プリフォーム２００（図１８）及び付加的な繊維状物質２１４（図１８）には、次いで、マトリックス材料２２２（図１８）が注入され、マトリックス材料２２２が硬化して、単独の統一された完成複合品２５０（図１９）が形成される。マトリックス材料２２２の注入は、任意の適する液体成形工程によるものであり、選択的に熱及び／又は圧力の印加を含み、マトリックスの浸透及び強化を促進し、複合品２５０を形成する。たとえば、プリフォーム２００及び付加的な繊維状物質２１４は、マトリックス材料２２２が圧力下でプリフォーム２００又は密閉成形内の他のコンポーネントに注入される樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）により注入される。プリフォーム２００及び付加的な繊維状物質２１４は、マトリックス材料２２２（図１９）をプリフォーム２００及び付加的な繊維状物質２１４に注入するために、真空生成圧力を使用する真空補助樹脂トランスファー成形（∨ＡＲＴＭ）を使用して注入してもよい。樹脂フィルム注入（ＲＦＩ）は、マトリックス材料（図示せず）のフィルムがプリフォーム２００の下又は最上部に位置付けられる状態で、実施することもできる。マトリックス材料フィルムの粘着性を弱めてプリフォーム２００にその浸透を促進するために、熱を印加してもよい。付加的な注入工程は、プリフォーム２００の構造繊維２０（図１１）にマトリックス材料２２２を注入及び含浸するために採用することもできる。
【００９０】
一の実施形態では、マトリックス材料２２２（図１８）は、プリフォーム２００（図１９）の樹脂２４（図１８）と化学的に適合する組成を有する熱硬化性樹脂又は熱可塑性マトリックス材料を含む。一の実施形態では、マトリックス材料２２２は、エポキシ、ビスマレイミド、フェノール樹脂、ポリエステル類、ポリイミド、ポリウレタン、ポリベンゾキサゾール、シアン酸塩エステル類、ポリエーテルアミド、及び他のマトリックス材料２２２のうちの任意の一を含むことができる。また、マトリックス材料２２２は、繊維状物質１８（図１１）の層１６（図１１）と共に含まれる樹脂２４と同じ或いは異なる熱可塑性樹脂２４を選択的に含むことができる。
【００９１】
繊維状物質１８（図１８）の層１６（図１）に提供される樹脂２４（図１８）は、好適にはマトリックス材料２２２（図１８）と化学的に適合し、且つマトリックス材料２２２が存在する際には、一又は複数の適合特性を有する。たとえば、繊維状物質１８の層１６に提供される樹脂２４は、熱硬化性マトリックス材料を含むマトリックス材料２２２に少なくとも部分的に溶解する。別の方法では、繊維状物質１８の層１６に提供される樹脂２４は、マトリックス材料２２２に完全に溶解する。またさらに、繊維状物質１８の層１６に提供される樹脂２４は、マトリックス材料２２２と化学的に反応する。さらなる実施形態では、繊維状物質１８の層１６に提供される樹脂２４は、樹脂２４がマトリックス材料２２２と接触するようになると、マトリックス材料２２２のフェーズと異なるフェーズに留まる。好適には、繊維状物質１８の層１６に提供される樹脂２４は、マトリックス材料２２２が樹脂２４と整合する場所で注入及び硬化された複合品２５０（図１９）のミクロクラックを避ける又は阻止する。
【００９２】
図１９及び図２０を参照すると、一又は複数のハットセクション２０４プリフォーム２００を含むハットストリンガー２５２が示される。図２０では、一又は複数のハットセクション２０４プリフォーム２００が組み合わされ、ハットストリンガー２５２の主要なラミネート２６０を形成する。主要なラミネート２６０は、複数の主要なプライ２６２を含み、それらの一又は複数は、上述のように、形状安定化されたプリフォーム２００として形成される。ハットストリンガー２５２は、複数のベースプライ２６６（図２０）を含むベースラミネート２６４も含み、それらの一又は複数は、形状安定化された（たとえば、平面）プリフォーム２００としても形成される。別の方法では、ベースラミネート２６４は、図１８で示されるように、材料ロール１４（図１８）から繊維状物質１８を適合することにより形成される。
【００９３】
図１９では、ハットストリンガー２５２は、ラッププライ２７０（図２０）を含み、マンドレル２１６（図２０）により選択的に支持される閉断面を形成するラップラミネート２６８も含む。ラップラミネート２６８のラッププライ２７０は、ハットストリンガー２５２の主要なラミネート２６０のハットセクション２０４プリフォーム２００の形成と類似する方法で、一又は複数のプリフォーム２００として形成される。ラッププライ２７０がマンドレル２１６に適合される断面形状に形成されるように、熱（図示せず）を印加した状態で粘着力を高める組成のラッププライプリフォーム（図示せず）に樹脂２４を提供することにより、ラッププライ２７０は粘着力が高められる。しかしながら、樹脂２４は、熱を除去すれば粘着力が高まるという性質も有しているので、上述のように、温度の低下とともに粘着レベルが増加する間に樹脂２４が凝固し、プリフォーム２００（図１）がダイ断面形状５６（図１）を保持できる。上述のように、マンドレル２１６は、真空バギング、オートクレービング及び／又はマトリックス材料２２２の注入中に、ハットストリンガー２５２の閉断面形状を支持する。図２０では、ベースラミネート２６４と接合されたフランジ２５４及びウェブ２５６の範囲によるフランジ２５４とウェブ２５６との交点の間の空間を満たすために、一又は複数のヌードル２７２又はラジウスフィラーが、ハットストリンガー２５２（図１９）に含まれる。
【００９４】
図２１を参照すると、ここで開示されるような一又は複数の形状安定化されたプリフォーム２００を使用して形成される物品を組み込む航空機３００の透視図が示される。航空機３００は、一対の翼３０４、及び、垂直安定板３１２及び水平安定板３１０を備え、且つ操縦面３０６と推進装置３１４を更に備える尾部３０８を有する機体３０２を含む。航空機３００は、本開示のプリフォーム２００を組み込む種々の乗物のうちの一般的な代表例の一である。この点でプリフォーム２００は、任意の構造システム、構造サブシステム、構造アセンブリ、ストラクチャ、または任意の飛行体及び／又は宇宙ビークルを含む乗物に組み込むことができる。たとえば、航空機３００の構造において、プリフォーム２００は、翼パネル、翼外板、翼桁、翼小骨、補助翼、操縦面３０６、サポートストラクチャ、及び他のコンポーネントなどの翼３０４内などの、航空機の内部コンポーネント及び／又は外部コンポーネントに組み込まれる。プリフォーム２００は、機体外板、機体バルクヘッド、フレーム、ハットストリンガー２５２（図１９）などのストリンガーなどのコンポーネント、及び他のコンポーネントのような、機体３０２のコンポーネントに組み込まれてもよい。
【００９５】
図２２を参照すると、複合品２５０を形成する方法４００に含まれる一又は複数の操作のフローチャートが示される。方法は、複合品２５０（図１９）に組み込まれるような形状安定化された固定プリフォーム２００を形成するためのステップを含む。
【００９６】
図２２の方法４００のステップ４０２は、構造繊維２０（図１）を含む繊維状物質１８（図１）の少なくとも一の層１６（図１）を提供することを含む。一の実施形態では、繊維状物質１８の層１６は、上述のように、ダイ断面形状５６（図１）にプリフォーム２００を形成する、及び／又はプリフォーム２００の多重層１６の粘着力を高めるのに十分な量の熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂２４（図１）を含む。一の実施形態では、繊維状物質１８の層１６は層１６の総体積に対するおよそ１０体積パーセントまでの樹脂２４（図１）を含む。一の実施形態では、繊維状物質１８の層１６は、およそ１０体積パーセント又はそれより少ない樹脂を含む。樹脂２４は、熱可塑性樹脂、或いは熱硬化性樹脂を含むことができる。一の実施形態では、繊維状物質１８の層１６は、比較的少量の樹脂２４を含む。たとえば、繊維状物質１８の層１６（図１）は、層１６の総体積に対して、およそ２体積パーセントから４体積パーセントの樹脂２４を含む。繊維状物質１８及び樹脂２４は、上述のように、種々の異なる材料組成、厚さ、繊維配向のうちの任意の一で提供される。
【００９７】
樹脂２４（図１）は、限定はしないが、ローラー（図示せず）、ブラシ（図示せず）、スプレー（図示せず）、又は種々の他の樹脂適合方法のうちの任意の一を使用するなど、任意の適する手段により、繊維状物質１８（図１）にあらかじめ適合される。樹脂２４は、粘着性を弱めるために、適合するのに先立って、加熱されてもよい。一の実施形態では、樹脂２４は、社内で及び／又はベンダーにより、繊維状物質１８の層１６にあらかじめ適合されてもよい。層１６は、上述のように、所望の樹脂及び繊維材料組成、厚さ、及び／又は繊維配向で、シングルプライ材料ロール１４ｂ（図１）又はマルチプライ材料ロール１４ｃ（図１）で提供されてもよい。
【００９８】
樹脂２４（図１）が層１６（図１）の長さ及び／又は幅で必ずしも均等に分配（図示せず）されないように、樹脂２４は、層１６の長さ及び／又は幅に沿って選択された領域（図示せず）に適合されてもよい。たとえば、樹脂２４は、樹脂２４の加熱及び凝固後にプリフォーム２００（図１）がダイ断面形状５６（図１）を維持可能な層１６の領域（図示せず）に適合されてもよい。この点で、樹脂２４を冷却すると樹脂２４の粘着性が増し、粘着性の高められた層１６の樹脂２４が凝固するので、プリフォーム２００がダイ断面形状５６を維持できる。この方法において、マトリックス材料２２２の注入中にプリフォーム２００全体にマトリックス材料２２２（図１８）を実質的に均一に分配できるよう繊維状物質１８が一般的に多孔質であるように、層１６に適合される樹脂２４の体積分率は最小限とすることができる。
【００９９】
図１及び図１４に示されるように、繊維状物質１８（図１）の一又は複数の層１６（図１）が一又は複数の材料ロール１４から分配されるという意味において、繊維状物質１８の層１６は、一般的に連続的である。たとえば、上述のように、繊維状物質１８の一又は複数の層１６は、一又は複数のシングルプライ材料ロール１４ｂ（図１）及び／又は一又は複数のマルチプライ材料ロール１４ｃ（図１）から引き出される。また、繊維状物質１８の一又は複数の層１６は、折られた又は折られていないシート（図示せず）を含む別の形態、或いは他の形態で提供することができる。
【０１００】
図２２の方法４００のステップ４０４は、図１、図２、図３、図５Ａから図５Ｄ、図６から図１１、及び図１４に示されるように、ダイ断面形状５６（図２）を有する形成ダイセット５０（図２）に層１６（図２）を通すことを含む。たとえば、繊維状物質１８（図２）の層１６（図２）は、プルメカニズム１５０（図２）を使用して、一又は複数の形成ダイセット５０（図２）を介して引き抜き成形され、又は引き出される。プルメカニズム１５０は、層１６の反対側に取り付けられ、層１６を固定し、形成ダイセット５０を介して層１６を引き出す一又は複数のローラー１５２（図２）を備える。しかしながら、形成ダイセット５０を介して層１６を引き出すための他の手段が実施されてもよい。
【０１０１】
図２２の方法４００のステップ４０６は、加熱装置１１０（図８）の使用などによる、繊維状物質１８（図８）の層１６（図８）で樹脂２４（図８）を加熱することを含む。樹脂２４は、層１６が形成ダイセット５０を介して引き抜き成形される時に、層１６の加熱された形成ダイセット５０（図８）の表面との接触による伝導加熱で加熱される。しかしながら、形成ダイセット５０の上流の任意の場所に備え付けられる加熱装置１１０を使用して、層１６をあらかじめ加熱することなどにより、樹脂２４は加熱することができる。たとえば、加熱ガン（図示せず）が層１６上に熱風（図示せず）を向け、樹脂２４の温度を上昇させ、樹脂２４を軟化させる及び／又はその粘着性を弱めることができる。また、構造繊維２０（図１）により吸収されるものよりも多い、樹脂２４により吸収される輻射の波長を放出するヒーターを使用する輻射加熱によることを含む他の手段により、樹脂２４を加熱することもできる。樹脂２４は、強磁性物質（図示せず）で形成された上方及び／又は下方形成ダイ（図示せず）との熱的な接触により加熱することもでき、その場合、上述したように、強磁性物質は、上方及び／又は下方形成ダイに隣接して取り付けられる誘導コイル（図示せず）に印加される電流（図示せず）により生成される磁場（図示せず）に応じて、キュリー温度まで誘導加熱される。
【０１０２】
図２２の方法４００のステップ４０８は、繊維状物質１８（図８）の層１６（図８）をダイ断面形状５６（図９）に形成することを含む。樹脂２４の加熱中に、或いは熱１１４（図８）が印加されて樹脂２４が軟化した後に、繊維状物質１８は、ダイ断面形状５６に形成される。図３に示されるように、層１６が形成ダイセット５０を介して引き抜き成形される時に、形成圧力６６が層１６に印加される。一又は複数の上述の加熱装置１１０（図８）及び方法による樹脂２４の加熱のため、樹脂２４は軟化し、構造繊維２０（図１）でダイ断面形状５６に成形可能となる。
【０１０３】
図２２の方法４００のステップ４１０は、樹脂２４（図８）を軟化可能にすることを含む。層１６（図８）がダイ断面形状５６（図９）をとる間に、樹脂２４の凝固が起こる。たとえば、方法は、先に述べられたように、層１６が冷却装置１３０（図１０）を通過し、樹脂２４を凝固させることを含む。この方法では、プリフォーム２００（図９）は、ダイ断面形状５６に維持される。
【０１０４】
図２２の方法４００のステップ４１２は、付加的な繊維状物質２１４（図１８）などの複合コンポーネント（図示せず）とともに、一又は複数のプリフォーム２００（図１８）を位置付けることを含む。たとえば、図１８は、ハットセクション２０４プリフォーム２００に備え付けられたマンドレル２１６、及びマンドレル２１６上及びハットセクション２０４プリフォーム２００上に適合されている繊維状物質２１４のあとに続く層１８０を示す。各プリフォーム２００は、個々のプリフォーム２００、及び／又は、詳細は以下で述べられるが、熱１１４（図１６）及び／又は圧力２３８（図１６）下で統合されるプリフォームスタック２４０（図１５）で形成されたプリフォームアセンブリ２４２（図１７）を含む。付加的な繊維状物質２１４（図１８）が、プリフォーム２００と位置付けられる。プリフォーム２００（図１８）のアセンブリは、デバルキング及び／又は統合のために真空バギング及び／又はオートクレービングされる。
【０１０５】
図２２の方法４００のステップ４１４は、一又は複数のプリフォーム２００（図１８）及び／又は繊維状物質２１４（図１８）に熱硬化性又は熱可塑性マトリックス材料２２２（図１８）を注入することを含む。この点で、プリフォーム２００とともに配置される複合コンポーネント（たとえば、繊維状物質２１４（図１８））に注入せずに、一又は複数のプリフォーム２００（図１８）に注入されるように、ステップ４１４は実行される。別の方法では、プリフォーム２００及び付加的な繊維状物質２１４などの複合コンポーネントにマトリックス材料２２２が注入されるように、ステップ４１４は実行される。注入は、任意の適する液体成形工程又はアセンブリにマトリックス材料２２２を注入するための任意の他の工程を使用して、実行してもよい。たとえば、樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）、真空アシステッド樹脂トランスファー成形（∨ＡＲＴＭ）、樹脂フィルム注入（ＲＦＩ）、バルク樹脂注入（ＢＲＩ）、及びプリフォーム２００及び付加的な繊維状物質２１４にマトリックス材料２２２を注入するための任意の他の方法を使用して、プリフォーム２００及び付加的な繊維状物質２１４にマトリックス材料２２２が注入される。
【０１０６】
図２２の方法４００のステップ４１６は、マトリックス材料２２２（図１８）を硬化して複合品２５０（図１９）を形成することを含む。この点で、マトリックス材料２２２の硬化は、熱（図示せず）及び／又は圧力（図示せず）のマトリックス材料２２２への印加、及びプリフォーム２００の構造繊維２０（図１）にわたるマトリックス材料２２２の実質的に均一な注入の促進を含む。一の実施形態では、プリフォーム２００及び関連する繊維状物質２１４（図１８）は、真空バギング及びオートクレービングされ、アセンブリの硬化中に所望の圧力及び温度プロファイルを提供する。より大きい又はより小さい繊維体積分率が完成複合品２５０に提供されるが、完成複合品２５０がおよそ３０パーセントから７０パーセントまでの範囲内の繊維体積分率を有するように、マトリックス材料２２２は、プリフォーム２００及び繊維状物質２１４に注入される。
【０１０７】
図２３を参照すると、上述したように、多重プリフォーム２００（図１５）をプリフォームアセンブリ２４２に形成する方法の実施形態を示すフローチャートが示される。一又は複数のプリフォームアセンブリ２４２は、個々のプリフォーム２００、一又は複数の複合コンポーネント（図示せず）、及び／又は付加的な繊維状物質２１４（図１８）と結合され、マトリックス材料２２２（図１８）が注入され、複合品２５０（図１９）を形成する。
【０１０８】
図２３に示されるステップ４５２は、少なくとも二のプリフォーム２００（図１５）を図１５に示されるプリフォームスタック２４０（図１５）にスタッキングすることを含む。プリフォーム２００がスタッキングされた構成内に組み込まれる或いは連携するように、プリフォーム２００は、プリフォーム２００の断面形状に関して互いに実質的に類似する。プリフォーム２００は、同じ又は異なる厚さ及びプライ配向で同じ種類の樹脂２４（図１５）及び繊維状物質１８（図１）から形成される、或いは、異なる厚さ及び異なる繊維配向で異なる種類の樹脂２４及び繊維状物質１８から形成される。たとえば、プリフォームスタック２４０のプリフォーム２００は、異なる材料組成の繊維及び／又は樹脂２４を含む異なる繊維状物質１８から形成される。さらに、プリフォームスタック２４０のプリフォーム２００は、先に述べたように、プリフォームスタック２４０の所望のスタッキングシーケンスを達成するために、異なる繊維配向の繊維２０（図１）を含む繊維状物質１８から形成されてもよい。
【０１０９】
図１５で示されるように、二以上のプリフォーム２００は、ダイ断面形状５６を有するプリフォームダイセット２３０の上方プリフォームダイ２３２と下方プリフォームダイ２３４との間のプリフォームスタック２４０に配置される。プリフォームダイセット２３０は、上述の形成ダイセット５０（図１）に類似して構成される。たとえば、プリフォームダイセット２３０（図１５）は、上述のように、任意の構成の加熱装置１１０（図１５）を備えることができる。プリフォームダイセット２３０の上方プリフォームダイ２３２及び／又は下方プリフォームダイ２３４は、互いに対して可動式（たとえば、垂直方向に）であり、上方プリフォームダイ２３２と下方プリフォームダイ２３４との間のプリフォームスタック２４０の長さの部分を順番に固定する。別の方法では、プリフォームダイセット２３０は固定式で、プリフォームスタック２４０は、個々のプリフォーム２００（図１）を形成するための上述のものと類似の上方プリフォームダイ２３２と下方プリフォームダイ２３４との間の間隙（図示せず）を介して引き抜き成形される。
【０１１０】
図２３に示すステップ４５４は、熱可塑性樹脂などの樹脂２４（図１６）の粘着性を弱める温度までプリフォームスタック２４０（図１６）に熱１１４（図１６）を印加することを含む。この点で、樹脂２４を加熱するステップは、樹脂２４の融点又はガラス転移温度付近又はそれを超える温度まで樹脂２４を加熱し、樹脂２４を軟化させて樹脂２４の粘着性を弱めることを含む。軟化する樹脂２４は、プリフォームスタック２４０の隣接するプリフォーム２００（図１５）間で樹脂２４の混合を促進する。プリフォームスタック２４０の加熱は、加熱コイル、輻射加熱、誘導加熱、又はプリフォーム２００の形成に関して上述された加熱方法などの種々の加熱方法のうちの任意の一を使用する任意の伝導加熱を使用して実行される。
【０１１１】
図２３で示されるステップ４５６は、圧縮力２３８（図１６）を図１６に示されるようなプリフォームスタック２４０（図１６）に印加して、プリフォーム２００（図１６）の強化を促進する及び／又は隣接するプリフォーム２００の樹脂２４の混合を促進することを含む。移動方向２３６（図１５）に沿った上方プリフォームダイ２３２及び下方プリフォームダイ２３４（図１６）の互いの方向への移動を制御することにより、圧縮力２３８が所定量だけプリフォームスタック２４０に印加される。別の方法では、プリフォームスタック２４０（図１６）がプリフォームダイセット２３０を介して引き抜き成形される上方プリフォームダイ２３２及び下方プリフォームダイ２３４（図１６）の固定構成（図示せず）について、所望の大きさの圧縮力２３８がプリフォームスタック２４０に印加されるように、上方プリフォームダイ２３２と下方プリフォームダイ２３４との間の間隙（図示せず）が形成される。圧縮力２３８は、隣接するプリフォーム２００の樹脂２４の少なくとも一部分が互いに混合し、且つ結合するようなものである。
【０１１２】
図２３に示されるステップ４５８は、樹脂２４（図１６）を凝固させ、プリフォームスタック２４０（図１６）からプリフォームアセンブリ２４２（図１７）を形成することを含む。図１７に示されるように、プリフォームアセンブリ２４２は、樹脂２４（図１６）が凝固した状態でプリフォームダイセット２３０（図１６）の断面形状をとる。たとえば、熱可塑性樹脂２４が熱可塑性樹脂２４の粘着性が弱まる融点より高く加熱される時に、プリフォームスタック２４０（図１６）で隣接して配置されるプリフォーム２００の熱可塑性樹脂２４は、互いに混合される。熱可塑性樹脂２４が凝固した状態で、隣接したプリフォーム２００（図１６）の熱可塑性樹脂２４は、結合してプリフォームアセンブリ２４２（図１７）を形成する。
【０１１３】
プリフォームアセンブリ２４２（図１７）は、図２２のステップ４１２で述べられたように、一又は複数の複合コンポーネント（図示せず）と選択的に結合され、ステップ４１４で述べられたように、マトリックス材料（図示せず）が注入される。別の方法では、複合コンポーネントに上述のステップ４１４で述べられたものと類似のマトリックス材料を注入せずに、プリフォームアセンブリ２４２にマトリックス材料（図示せず）が注入される。マトリックス材料は、図２２のステップ４１６で述べられた同様の方法で硬化され、図１９に示されたハットストリンガーなどの複合コンポーネントを形成する。
【０１１４】
図２４を参照すると、ここで開示されるシステム１０の実施形態のブロック図が示される。システム１０は、形成ダイセット５０を介して繊維２０及び樹脂２４を含む繊維状物質１８の層１６を引き抜き成形するための上方ダイ７２及び下方ダイ７４を含む固定形成ダイセット７０を含む形成ダイセット５０を備える。形成ダイセット５０は、層１６がダイ断面形状５６に形成されるように、樹脂２４を加熱するための加熱装置１１０を備える。別の方法では、形成ダイセット５０は、互いに対して可動式の上方ダイ９２及び下方ダイ９４を含み、層１６の長さのセクションをダイ断面形状５６に形成する可動形成ダイセット９０としてもよい。プリフォーム２００がダイ断面形状５６を保持するように、樹脂２４は凝固する。プリフォーム２００のスタック２４０は、プリフォームアセンブリ２４２に形成される。一又は複数のプリフォーム２００及び／又は一又は複数のプリフォームアセンブリ２４２は、マトリックス材料２２２を注入するための付加的な繊維状物質２１４と結合され、マトリックス材料２２２が硬化した状態で複合品１０を形成する。
【０１１５】
図２４において、プリフォーム２００を形成する上述の実施形態では、樹脂２４の体積分率は、好適には、樹脂２４が凝固した状態で、プリフォーム２００は、完成複合品２５０の形状に近いダイ断面形状５６に維持される。マトリックス材料２２２を注入して完成複合品２５０を形成するのに先立って、他の繊維状物質２１４（たとえば、他のプリフォーム２００又は他の繊維状物質）とともにプリフォーム２００を配置する際に、プリフォーム２００の形状を完成複合品２５０のおおよその形状に維持することにより、工具補助（図示せず）を必要とせずに繊維状物質１８の操作を促進することができる。先に示したように、繊維状物質１８の層１６は、およそ１０体積パーセントまでの樹脂２４を含むことができる。一の実施形態では、より大きい又はより小さい体積分率の樹脂２４が使用されるが、繊維状物質１８の層１６は、およそ１体積パーセントから１０体積パーセントの樹脂２４を含むことができる。たとえば、繊維状物質１８の層１６は、およそ２体積パーセントから４体積パーセントの樹脂２４を含むことができる。樹脂２４の体積分率を最小限にすることにより、プリフォーム２００は一般的に多孔質を維持し、マトリックス材料２２２の注入中に実質的に大部分のプリフォーム２００にわたってマトリックス材料２２２を実質的に均一に分配することが可能になる。さらに、樹脂２４の体積分率を最小限にすることにより、硬化した複合品２５０の強度特性及び剛性特性に対する樹脂２４の効果は最小化される。
【０１１６】
図２５及び図２６に示すように、本発明の実施形態は、図２５に示す航空機の製造及び保守方法５００、及び図２６に示す航空機５０２の構造において説明することができる。製造前の段階では、例示的な方法５００は、航空機５０２の仕様及び設計５０４と、材料調達５０６とを含みうる。製造段階では、航空機５０２のコンポーネント及びサブアセンブリの製造５０８と、システムインテグレーション５１０とが行われる。したがって、航空機５０２は運航５１４に供するために、認可及び納品５１２が行われる。顧客により運航される間に、航空機５０２は定期的な整備及び保守５１６（改造、再構成、改修なども含みうる）を受ける。
【０１１７】
方法５００の各プロセスは、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。
【０１１８】
図２６示されるように、代表的方法５００によって製造された航空機５０２は、複数のシステム５２０及び内装５２２を有する機体５１８を含むことができる。高レベルのシステム５２０の例には、推進システム５２４、電気システム５２６、油圧システム５２８、及び環境システム５３０のうちの一又は複数が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。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うる。
【０１１９】
本明細書で実施された装置と方法は、製造及び保守方法５００の一又は複数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５０８に対応するコンポーネント又はサブアセンブリは、航空機５０２の運航中に製造されるコンポーネント又はサブアセンブリと同様の方法で作製又は製造しうる。また、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせは、例えば、航空機５０２の組立てを実質的に効率化するか、又は航空機５０２のコストを削減することにより、製造段階５０８及び５１０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、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせを、航空機５０２の運航中に、例えば、限定しないが、整備及び保守５１６に利用することができる。
【０１２０】
上述の説明及び関連する図面に示した説明の利点を有する当業者には、本開示の多数の変形例および他の実施形態が想起されるだろう。本明細書に記載した実施形態は、例示を意図するものであって、限定的或いは包括的であることを意図していない。ここでは特定の用語が使用されているが、それらは、包括的且つ説明的な意味のみで使用されているのであって、限定を目的として使用されているのではない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して複合材料、より具体的には、複合品を組み立てる際に使用されるプリフォーム形成システム及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合品を形成する際には、特定の場所で且つ特定の繊維配向でツールに多重複合プライを位置付けることが必要である。この点で、各プライの繊維がスタックの残りのプライ及びツールに対して特定の角度で配向されるように、プライを位置付けることが通常は望ましい。平面形状などの比較的単純な形状を有する複合品を形成する時には、所望の繊維配向でツールに各プライを位置付けることは、難なく実行できる。
【０００３】
しかしながら、複雑な三次元形状を有するツールに複合プライをレイアップする時には、繊維がツールの三次元形状に沿った所望の角度で維持されるように各プライをレイアップするのが難しいため、複合プライを位置付けることは、困難且つ労力を要する工程となりうる。さらに、複合品形成の複雑さに加え、プライスタックへの樹脂注入時及び熱及び圧力の印加時に、繊維は所望の配向で維持されなければならない。この点で、ツールに複合プライを並べ且つ位置付けることを容易にするために、工具補助が採用される。残念ながら、このような工具補助により、複合品形成に関する時間、コスト及び複雑さは増す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここから分かるように、工具補助を必要とせずに、複合プライが所望の位置及び場所でツールに位置付けられるように、ツールへの複合プライの位置付けシステム及び方法に関する技術が必要とされる。さらにこの点から、各プライの繊維が所望の配向で維持されるように、複合プライを位置付けるために必要な作業量を縮小できる、複合プライのツールへの位置付けシステム及び方法に関する技術も必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の複合品形成に関するニーズは、実施形態において、構造繊維及び樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を提供するステップを含む、プリフォーム形成方法に関する本発明の開示により、対処され且つ緩和される。方法は、ダイ断面形状を有する形成ダイセットに層を通すステップをさらに含む。方法は、樹脂を加熱するステップを含む。方法は、層をダイ断面形状位形成し、且つ、ダイ断面形状を有するプリフォームが形成されるような方法で樹脂を凝固させるステップを付加的に含む。
【０００６】
さらなる実施形態では、構造繊維及びたとえばおよそ１体積パーセントから１０体積パーセントまでの樹脂のようにおよそ１０体積パーセントまでの樹脂を含む繊維状物質の少なくとも一の層を提供するステップを含む、複合品の形成方法が開示される。方法は、ダイ断面形状を有する形成ダイセットに層を通すステップ、及び加熱装置で樹脂を加熱するステップをさらに含む。方法は、層をダイ断面形状に形成するステップ、及びダイ断面形状を有するプリフォームが形成されるような方法で樹脂を凝固させるステップを付加的に含む。また、方法は、付加的な繊維状物質とともにプリフォームを位置付けるステップ、プリフォーム及び付加的な繊維状物質にマトリックス材料を注入するステップ、及びマトリックス材料を硬化して複合品を形成するステップを含む。
【０００７】
また、ダイ断面形状を有する形成ダイセットを備えるプリフォーム形成システムが開示される。形成ダイセットは、樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を受けるように構成される。システムは、形成ダイセットを介して層を引き出すように構成されたプルメカニズム、及び樹脂が凝固する時に層がダイ断面形状を保持するプリフォームに形成されるような方法で樹脂を加熱するように構成された加熱装置とを備える。
【０００８】
要するに、本発明の一態様によれば、構造繊維及び樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を提供するステップ、ダイ断面形状を有する形成ダイセットに層を通すステップ、樹脂を加熱するステップ、層をダイ断面形状に形成するステップ、及びダイ断面形状を有するプリフォームが形成されるような方法で樹脂を凝固させるステップを含む、プリフォームの形成方法が提供される。
【０００９】
有利には、方法は、樹脂が熱可塑性樹脂であるとし、樹脂を凝固させるステップは、熱可塑性樹脂が凝固するように熱可塑性樹脂を冷却させるステップを含むことを特徴とする。
【００１０】
有利には、方法は、粘着力の高められた繊維状物質の層が、およそ１体積パーセントから１０体積パーセントの樹脂を含むことを特徴とする。
【００１１】
有利には、方法は、粘着力の高められた繊維状物質の層が、およそ２体積パーセントから４体積パーセントの樹脂を含むことを特徴とする。
【００１２】
有利には、方法は、形成ダイセットが固定ダイセットを含み、形成ダイセットに層を通すステップが、プルメカニズムを使用して、固定ダイセットを介して層を連続的に引き抜き成形するステップを含むことを特徴とする。
【００１３】
有利には、方法は、形成ダイセットが可動ダイセットを含み、形成ダイセットに層を通すステップが、可動ダイセット間で層のセクションを順番に固定することにより、層をダイ断面形状に連続して形成するステップを含むことを特徴とする。
【００１４】
有利には、方法は、樹脂を加熱するステップが、伝導加熱、輻射加熱、及び誘導加熱のうちの少なくとも一を含むことを特徴とする。
【００１５】
有利には、方法は、層を加熱するステップが、少なくとも繊維状物質の層の材料ロールを加熱するステップ、又は通過する層に応じて形成ダイセット及び層を加熱するステップを含むことを特徴とする。
【００１６】
有利には、方法は、粘着力の高められた繊維状物質の層を提供するステップが、冷凍保存された材料ロールから繊維状物質の層を提供するステップ、及び繊維状物質の層を加熱して層の粘着力を高めるステップを含むことを特徴とする。
【００１７】
有利には、方法は、付加的に繊維状物質とともにプリフォームを位置付けるステップ、プリフォーム及び付加的な繊維状物質にマトリック材料を注入するステップ、及びマトリックス材料を硬化して複合品を形成するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１８】
有利には、方法は、複合品が、およそ３０パーセントから７０パーセントまでの範囲の繊維体積分率を有することを特徴とする。
【００１９】
有利には、方法は、ダイ断面形状が、形成ダイセットの長さにわたって変化することを特徴とする。
【００２０】
有利には、方法は、ダイ断面形状が形成ダイセットの入口から出口まで先細ることを特徴とする。
【００２１】
有利には、方法は、プリフォームにマトリックス材料を注入するステップ、及びマトリックス材料を硬化して複合品を形成するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００２２】
有利には、方法は、複合品が、少なくとも航空機又は宇宙探査機のコンポーネントを含むことを特徴とする。
【００２３】
有利には、方法は、マトリックス材料の存在下では、樹脂が、マトリックス材料に少なくとも部分的に溶解する、マトリックス材料と反応する、及びマトリックス材料の硬化中にマトリックス材料のフェーズとは異なるフェーズに留まる、のうちの少なくとも一の特性を有する熱可塑性樹脂とすることを特徴とする。
【００２４】
有利には、方法は、少なくとも二の層の繊維状物質を提供するステップ、層を層アセンブリにアセンブリングするステップ、及び形成ダイセットに層アセンブリを通すステップをさらに含むことを特徴とする。
【００２５】
有利には、方法は、各層が、繊維、及び層の互いに異なる繊維の配向を有する少なくとも一の層の繊維を含むことを特徴とする。
【００２６】
有利には、方法は、単独プライ材料ロールから少なくとも二の層を引き出すステップ、及びマルチプライ材料ロールから少なくとも二の層を引き出すステップをさらに含むことを特徴とする。
【００２７】
有利には、方法は、樹脂が熱可塑性樹脂であるとし、少なくとも二のプリフォームをプリフォームスタックにスタッキングするステップ、熱可塑性樹脂の粘着性を弱める温度までプリフォームスタックを加熱するステップ、プリフォームスタックに圧縮力を印加するステップ、及び熱可塑性樹脂を凝固させ、凝固プリフォームアセンブリを形成するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００２８】
有利には、方法は、繊維状物質の層が、少なくとも布又はまとめられたトウの構成を有することを特徴とする。
【００２９】
本発明の別の態様では、複合品の形成方法であって、構造繊維及びおよそ１体積パーセントから１０体積パーセントの樹脂を含む繊維状物質の少なくとも一の層を提供するステップ、ダイ断面形状を有する形成ダイセットに層を通すステップ、樹脂を加熱装置で加熱するステップ、層をダイ断面形状に形成するステップ、ダイ断面形状を有するプリフォームが形成されるような方法で樹脂を凝固させるステップ、付加的な繊維状物質でプリフォームを位置付けるステップ、プリフォーム及び付加的な繊維状物質にマトリックス材料を注入するステップ、及びマトリックス材料を硬化して複合品を形成するステップを有する方法が提供される。
【００３０】
本発明のさらに別の態様では、プリフォームの形成システムであって、ダイ断面形状を有し且つ樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を受けるように構成された形成ダイセット、形成ダイセットを介して層を引き出すように構成されたプルメカニズム、及び樹脂が凝固する時に層がダイ断面形状を保持するプリフォームに形成されるような方法で樹脂を加熱するように構成された加熱装置を備えるシステムが提供される。
【００３１】
有利には、システムは、繊維状物質の層が、およそ１体積パーセントから１０体積パーセントの樹脂を含むことを特徴とする。
【００３２】
有利には、システムは、繊維状物質の層が、およそ２体積パーセントから４体積パーセントの樹脂を含むことを特徴とする。
【００３３】
有利には、システムは、樹脂が、少なくとも熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含むことを特徴とする。
【００３４】
有利には、システムは、繊維状物質が、互いに異なる少なくとも二の層を含み、且つ層は、層アセンブリとして形成ダイセットに引き出されていることを特徴とする。
【００３５】
有利には、システムは、形成ダイセットを介して層を引き抜き成形するように構成されたプルメカニズムをさらに備える。
【００３６】
有利には、システムは、形成ダイセットが固定ダイセットを含むことを特徴とする。
【００３７】
有利には、システムは、形成ダイセットが、層の一連のセクションを連続して固定するように構成された可動ダイセットを備えることを特徴とする。
【００３８】
有利には、システムは、加熱装置が、伝導加熱、輻射加熱、及び誘導加熱のうちの少なくとも一を使用して樹脂を加熱するように構成されることを特徴とする。
【００３９】
有利には、システムは、マトリックス材料に接触して配置される時に、樹脂が、マトリックス材料に少なくとも部分的に溶解する、マトリックス材料と反応する、及びマトリックス材料の硬化中にマトリックス材料のフェーズとは異なるフェーズに留まる、のうちの少なくとも一の特性を有する熱可塑性樹脂とすることを特徴とする。
【００４０】
述べられる特徴、機能および利点は、本開示のさまざまな実施形態において独立して達成可能であり、または、以下の説明および図面を参照してさらなる詳細が理解可能であるさらに他の実施形態において組み合わることができる。
【００４１】
本発明の開示のこれらの特徴及び他の特徴は、全体を通して類似の要素に類似の番号が与えられる図面を参照すれば、より明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】一又は複数の繊維状物質を所望の断面形状を有するプリフォームに連続的に形成するためのシステムの実施形態を示す透視図である。
【図２】形成ダイセットを介して層を引き抜き成形するための形成ダイセット及びプルメカニズムを示す、図１のシステムの側面図である。
【図３】形成ダイセットの上方形成ダイと下方形成ダイとの間に配置された繊維状物質の層を示す、図２のライン３に沿った形成ダイセットの実施形態の断面図である。
【図４】プルメカニズムの上方ローラーと下方ローラーとの間に配置された繊維状物質の層を示す、図２のライン４に沿ったプルメカニズムの実施形態の断面図である。
【図５】形成ダイセットの入口から出口への方向に沿った徐々に変化するダイ断面形状を有する形成ダイセットの別の実施形態におけるシステムの側面図である。
【図５Ａ】入口での形成ダイセットの一般的な平面ダイ断面形状を示す、図５のライン５Ａに沿った形成ダイセットの断面図である。
【図５Ｂ】形成ダイセットの比較的低い高さで形成された突起部及び溝を示す、図５のライン５Ｂに沿った形成ダイセットの断面図である。
【図５Ｃ】形成ダイセットの高さが増加した突起部及び溝を示す、図５のライン５Ｃに沿った形成ダイセットの断面図である。
【図５Ｄ】形成ダイセットの出口での最大限の高さで形成された突起部及び溝を示す、図５のライン５Ｄに沿った形成ダイセットの断面図である。
【図６】ダイ断面形状を層の長さの一連のセクションに連続して形成するための可動ダイセットを備えるシステムの実施形態の側面図である。
【図７】下方可動ダイと一定の間隔を置いて配置された上方可動ダイ及びそれらの間に配置された繊維状物質の層を示す、図６のライン７に沿った可動ダイセットの実施形態の断面図である。
【図８】上方可動ダイと下方可動ダイとの間への層の固定中に断面形状をとる繊維状物質の層を示す、図６の可動ダイセットの断面図である。
【図９】下方ダイからの上方ダイの分離及びハットセクションを有するプリフォームに形成された繊維状物質の層を示す、図６の可動ダイセットの断面図を示す。
【図１０】形成ダイセットの下流に配置された冷却ダイセットを備えるシステムの実施形態の側面図である。
【図１１】プリフォームで繊維状物質の後続の層を積層するための形成ダイセットの下流に配置された積層ダイセットを備えるシステムの実施形態の側面図である。
【図１２】繊維状物質の後続の層及び上方積層ダイと下方積層ダイとの間で圧縮されたプリフォームを示す、図１０のライン１２に沿った積層ダイセットの断面図である。
【図１３】上方積層ダイと下方積層ダイとの間のプリフォームのキャップ上に位置付けられた繊維状物質の後続の層を示す、図１２のライン１３に沿った積層ダイセットの拡大断面図である。
【図１４】ダイ断面形状を層アセンブリに形成するための形成ダイセットを介する引き抜き成形のための層アセンブリにアセンブリングされた少なくとも三の層の繊維状物質を含むシステムの実施形態の透視図である。
【図１５】プリフォーム下方ダイと一定の間隔を開けて配置されたプリフォーム上方ダイ、及び上方プリフォームダイと下方プリフォームダイとの間のプリフォームスタックに配置された複数のプリフォームを示す、プリフォームダイセットの図である。
【図１６】上方プリフォームダイと下方プリフォームダイとの間への固定中の複数のプリフォームへの熱及び圧縮力の印加を示す、プリフォームダイセットの図である。
【図１７】プリフォームダイセットを使用したプリフォームスタックから形成されたプリフォームアセンブリの図である。
【図１８】後続のマトリックス材料の注入及びその硬化のためにプリフォーム上へ繊維状物質の付加的な層を適合し、ハットセクションストリンガーとして複合品を形成する様子を示す透視図である。
【図１９】ハットセクションストリンガーを示す、図１８のライン１９に沿った複合品の断面図である。
【図２０】ハットセクションストリンガーの一部及びハットセクションストリンガーを構成するプリフォーム及び複数の層の繊維状物質の断面図である。
【図２１】ここで開示されるシステム及び方法を使用して複合品が形成される航空機の透視図である。
【図２２】複合品を形成する方法に含まれる一又は複数の操作を示すフロー図である。
【図２３】プリフォームアセンブリを形成する方法に含まれる一又は複数の操作を示すフロー図である。
【図２４】ここで開示されるシステムの実施形態のブロック図である。
【図２５】航空機の製造及び保守方法のフロー図である。
【図２６】航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本開示の好適且つ種々の実施形態を示す図面を参照すると、図１には、繊維状物質１８の一又は複数の層１６を所望のプリフォーム断面形状２０２を有するプリフォーム２００に連続的に形成するシステム１０の実施形態が示される。繊維状物質１８の各層１６は、層１６の全体積に対する低体積分率の樹脂２４を含む。樹脂は、層１６の少なくとも一部にあらかじめ適合される。樹脂コーティング層１６は、一又は複数の材料ロール１４から引き出され、樹脂２４を軟化させるために加熱され、形成ダイセット５０を使用して層１６を所望の断面形状に形成する。樹脂２４を冷却するなどして樹脂２４を凝固する時に、層１６の断面形状は保持される。この方法において、プリフォーム２００は、プリフォーム２００を使用して形成される完成複合品２５０（図１９）の所望の断面形状を補完する、又は実質的にそれに近いプリフォーム断面形状２０２を有するにニアネット形状のプリフォーム２００として形成される。プリフォーム２００は、混合抽出処理され、及び/又は一又は複数の付加的プリフォーム２００又は繊維状物質２１４（図１８）の付加的な層と接合され、マトリックス材料２２２（図１８）が注入され、且つ硬化され、複合品２５０（図１９）を形成する。
【００４４】
有利には、プリフォーム２００（図１）を完成複合品２５０（図１９）のニアネット形状に形成することにより、プリフォーム２００を扱い且つ位置付けることが簡略化される。この点で、スタック（図示せず）の他の繊維状層（図示せず）に対して比較的複雑な三次元の繊維状層（図示せず）を位置付けることが、さらに正確に、且つ一般的に複合品を形成する多数の繊維状層（図示せず）を扱い及び／又は位置付けるために従来必要とされてきたような工具補助（図示せず）を必要とせずに、実行可能になる。本開示は、ハットストリンガー２５２（図１９）の形成時に使用されるようなハットセクション２０４（図１９）でプリフォーム２００を形成する構造において述べられているが、システム１０（図１）は、限定することなく、プリフォーム２００を任意の形状に形成するために使用され、ハットセクション２０４でプリフォーム２００を形成することに限定されないという点に留意すべきである。たとえば、システム１０は、「Ｚ」セクション、「Ｌ」セクション、「Ｔ」セクション、「Ｉ」セクション、「Ｊ」セクション、ブレードセクション、及び限定することなく、種々の他の断面形状のうちの任意の一のプリフォームを形成するように構成することができる。
【００４５】
図１において、システム１０は、形成ダイセット５０、及び形成ダイセット５０を介して繊維状物質１８の一又は複数の連続する層１６を引き抜き成形するためのプルメカニズム１５０を備える。上述のように、繊維状物質１８の層１６は、熱可塑性又は熱硬化性樹脂を含む比較的低体積分率の樹脂２４を含む。樹脂２４は、樹脂２４が凝固する時にダイ断面形状５６がプリフォーム２００内に保持されるように、形成ダイセット５０を使用して、層１６がダイ断面形状５６に形成されるのに十分な量が提供される。また、樹脂２４は、隣接する層１６との接着を促進し、且つ既定の層１６内で隣接する繊維２０間の接着を促進して、互いに対する及び／又はツール（図示せず）に対するプリフォーム２００の扱い、位置付け及びアセンブリングを可能にするために、層１６の粘着力を高めるのに十分な量が提供される。
【００４６】
一の実施形態では、樹脂２４（図１）は、室温では比較的粘着度が低い又は実質的に粘着せず、樹脂２４が加熱されると粘着度が増すという性質がある。この方法において、繊維状物質１８（図１）の一又は複数の層１６（図１）は材料ロール１４（図１）に蓄えられ、層１６間の粘着力のため抵抗なくそこから分配される。さらなる実施形態では、樹脂２４は、熱の除去で粘着力が高まり、樹脂２４の粘着性は熱の除去と共に増加するという性質がある。たとえば、繊維状物質１８の一又は複数の層１６は冷却又は冷蔵保存され、樹脂２４の温度を低下させ且つ粘着度を促進する一方で、樹脂２４の粘着性が増加し、プリフォーム２００（図１）にダイ断面形状５６（図１）を保持させる樹脂２４が凝固する。樹脂２４は、層１６の局地的領域（図示せず）にも適合される。この点で、樹脂２４は、層１６の選択された領域（図示せず）に適合され、層１６の長さ全体及び／又は幅全体には必ずしも適合されない。たとえば、樹脂２４は、層１６がダイ断面形状５６を保持するのに十分な層１６の領域（図示せず）に適合される。たとえば、樹脂２４の層１６への適合は、層１６が屈曲又は湾曲形状（図示せず）などの非平面形状（図示せず）に形成される局地的領域（図示せず）に限定されてもよい。一の実施形態では、樹脂２４は、ダイ断面形状５６の範囲（図示せず）に形成される層１６の領域に適合される。
【００４７】
層１６（図１）に適合される樹脂２４（図１）の体積分率は、一又は複数の層１６が形成ダイセット５０（図１）を通過後に、樹脂２４が凝固した状態で、プリフォーム２００がダイ断面形状５６を保持するようなものである。プリフォーム２００が一般的な多孔質性を保持し、複合品２５０の実質的に大部分にわたってマトリックス材料２２２（図１９）の実質的に均一な注入及び分配を可能とするように、繊維状層１６の樹脂２４の体積分率は、好適には比較的低い。また、樹脂２４の体積分率は、樹脂２４の完成複合品２５０（図１９）の強度特性及び剛性特性に対するいかなる効果も最小限とされるように、樹脂２４体積分率は、好適には比較的低い。
【００４８】
一の実施形態では、繊維状物質１８（図１）の層１６（図１）は、繊維状物質１８の層１６の総体積に対するおよそ１体積パーセントから１０体積パーセントの樹脂２４（図１）を含む。しかしながら、１パーセントより大きく又１０パーセントより小さい体積分率が期待される。たとえば、一の実施形態では、繊維状物質１８の層１６は、およそ２体積パーセントから４体積パーセントの樹２４を含むことができる。樹脂２４は、繊維状物質１８（図１）上への噴霧、ブラッシング又はローリング、あるいは他の手段などの任意の適する手段により、繊維状物質１８にあらかじめ適合されてもよい。樹脂２４の体積分率は、好適には、樹脂２４が凝固した状態で、プリフォーム２００が形成ダイセット５０（図１）の断面形状を維持できるようなものである。次いで、マトリックス材料２２２（図１８）の注入に先立って、プリフォーム２００（図１）を他のプリフォーム（図示せず）又は繊維状物質２１４（図１８）の付加的な層とともに位置付ける時に、プリフォーム２００は、補助（図示せず）又は工具補助（図示せず）を扱う必要なく、操作され及び位置づけられる。
【００４９】
繊維状物質１８（図１）の各層１６（図１）にあらかじめ適合される樹脂２４（図１）に加え、繊維状物質１８の各層１６は、種々の構成及び／又は繊維配向（たとえば、０、３０、４５、６０、７５、９０度、又は他の角度）のうちの任意の一に配列され、且つ種々の材料又は材料の組み合わせのうちの任意の一を使用して形成される構造繊維２０（図１）を含む。たとえば、繊維状物質１８は、樹脂２４が適合される織布又は不織布を含む。繊維状物質１８は、一方向配列、双方向配列、又は他のマルチ方向配列、或いは繊維配向の構造繊維２０のまとめられたトウから形成することもできる。この点で、繊維状物質１８の実施形態は、多軸布、編まれた布、たて編布、及び繊維状物質１８の種々の他の構成のうちの任意の一を含むこともできるが、これらに限定されない。
【００５０】
構造繊維２０（図１）が形成される材料は、アラミド、ポリオレフィン、金属、ガラス、カーボン、ホウ素、陶器、鉱物、及び種々の他の材料または材料の組み合わせのうちの任意の一を含むことができる。たとえば、構造繊維２０は、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポリブタジエン、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリールアミド、ポリケトン、ポリフタルアミド、ポリフェニレンエーテル、ポリブチレン・テレフタル酸塩、ポリエチレン・テレフタル酸塩、ポリエステル−ポリアリーレート、ポリアラミド、ポリベンゾキサゾール、ビスコース、及び他の材料のうちの任意の一から形成することができる。
【００５１】
樹脂２４（図１）は、構造繊維２０（図１）と混合され、よく調製され、又は、そうでなければ調合される。また、樹脂２４は、種々の材料組成のうちの任意の一で提供される。たとえば、樹脂２４は、アクリル、フルオロカーボン、ポリアミド類、ポリエチレン、ポリエステル類、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、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、ポリエーテルイミド、及び他の材料組成のうちの少なくとも一で提供される。樹脂２４は、融点又はマトリックス材料２２２（図１８）が完成複合品２５０（図１９）で硬化する温度よりも高く、高温で完成複合品２５０の強度に好ましい効果を与えるガラス転移温度を有する材料組成で提供される。
【００５２】
図１及び図２を参照すると、繊維状物質１８の層１６は、回転方向１４ａに沿って回転するスプール１２に取り付けられた材料ロール１４から分配される。層１６は、以下で述べられるように、所望の樹脂及び材料組成、厚さ、繊維配向及び配列を有する繊維状物質１８の単独の層１６を含む一又は複数のシングルプライ材料ロール１４ｂから分配される。また、層１６は、同じ厚さ及び／又は繊維配向を有する同じ樹脂及び繊維材料組成の複数の層１６を含む一又は複数のマルチプライ材料ロール１４ｃから分配され、あるいは、マルチプライ材料ロール１４ｃの層１６は、異なる樹脂及び繊維材料組成、厚さ、及び／又は繊維配向で提供される。層１６は、繊維状物質１８の層１６の規定レベルの張力を維持するための張力ローラー２６によって支持される。ガイドローラー２８は、形成ダイセット５０へ供給するための所望の配向で繊維状物質１８の層１６を維持するために、提供される。たとえば、図２に示すように、ガイドローラー２８は、繊維状物質１８の層１６を、形成ダイセット５０の上方形成ダイ５２と下方形成ダイ５４との間の間隙５８の配向と一直線上に維持できる。
【００５３】
図２及び図３を参照すると、形成ダイセット５０は、上方形成ダイ５２及び下方形成ダイ５４を備える。層１６が間隙５８に入ることを可能にし、且つ入口７６での層１６の集積を避けるために、上方形成ダイ５２と下方形成ダイ５４との間の間隙５８は、少なくとも形成ダイセット５０への入口７６では繊維状物質１８の層１６の厚さよりも大きい。上方形成ダイ５２と下方形成ダイ５４との間の間隙５８は、形成ダイセット５０の長さに沿って徐々に先細る。上方形成ダイ５２及び下方形成ダイ５４は、繊維状物質１８をプリフォーム２００に形成するための所望の断面形状に形成される。示される実施形態では、断面形状は、ハットセクション２０４を含む。上方形成ダイ５２及び下方形成ダイ５４は、それぞれ、プリフォーム２００のフランジ２０６を形成するための平面６４を含む。下方形成ダイ５４は突起部６２（図３）を含み、上方形成ダイ５２は突起部６２を受けるための溝６０（図３）を含む。
【００５４】
一の実施形態では、間隙５８（図３）は、繊維状物質１８（図３）の層１６（図３）が形成ダイセット５０（図３）を介して引き抜き成形される際に、規定量の形成圧力６６（図３）が繊維状物質１８の層１６に印加されるようなものである。たとえば、１５０ｐｓｉより小さい形成圧力６６が印加されうるが、およそ１５０ｐｓｉまで又はそれよりも大きい形成圧力６６が繊維状物質１８の層１６に印加されるように、間隙５８の大きさが決められる。また、形成圧力６６は、以下で述べるように、多重層１６が共に固定される程度に樹脂２４（図３）が構造繊維２０（図２）間に流れるようにするものとしてもよい。樹脂２４は、冷却状態で起こるように凝固し、凝固した樹脂２４は、プリフォーム２００をダイ断面形状５６に維持する。
【００５５】
図２を参照すると、形成ダイセット５０は、入口７６及び出口７８を有する。一の実施形態では、形成ダイセット５０は、一般的に一定である（図２）ダイ断面形状５６を有し、或いは、断面形状は、以下で述べるように、入口７６から出口７８までの形成ダイセット５０の長さに沿って変化する（図５）。実質的に一定のダイ断面形状５６は、入口７６から出口７８まで実質的に一定の間隙５８を備える。しかしながら、間隙５８は、入口７６から出口７８までの形成ダイセット５０の長さに沿って変化するとしてもよい。たとえば、入口７６での繊維状物質１８の集積を避けるために、間隙５８は、入口７６では層１６の厚さより大きくし、且つ出口７８に向かって狭くして、以下で述べるように、層１６上に所望量の形成圧力６６を提供することができる。
【００５６】
図５から図５Ｄまでを簡単に参照すると、図５には、一の実施形態での形成ダイセット５０の側面図が示されており、ここで、ダイ断面形状５６は、形成ダイセット５０の入口７６での一般的な平面形状から、形成ダイセット５０の出口７８での完全なダイ断面形状５６へと徐々に推移する。図５Ａは、入口７６での形成ダイセット５０の実質的に平面のダイ断面形状５６を示す。入口７６での平面ダイ断面形状５６での間隙５８の大きさ（たとえば、高さ）は、入口７６での繊維状物質１８の集積を避けるために、形成ダイセット５０への入口７６での間隙５８へ入る繊維状物質１８の厚さよりも大きくすることができる。図５Ｂは、入口７６（図５Ａ）での間隙５８の平面形状から、出口７８（図５Ｄ）での完全なダイ断面形状５６までの、ダイ断面形状５６の徐々に推移する部分として、比較的低い高さで形成ダイセット５０に形成された突起部６２及び溝６０を示す。図５Ｂにおいて、比較的低いダイ断面形状５６にわたる間隙５８の大きさ（たとえば、高さ）は、入口７６（図５Ａ）での間隙５８と同じか、或いは、入口７６での間隙５８よりもわずかに小さい。
【００５７】
図５Ｃは、形成ダイセット５０における増加する高さで形成される突起部６２及び溝６０を示す。繊維状物質１８が形成ダイセット５０を介して移動する際に形成圧力６６（図５Ｃ）が繊維状物質１８に徐々に印加され、繊維状物質１８をダイ断面形状５６へ徐々に形成するように、間隙５８の大きさは、選択的に、入口７６（図５Ａ）での間隙５８の大きさに対する高さを縮小することができる。図５Ｃにおいて、形成圧力６６は、最初に繊維状物質１８に印加されるように示されているが、形成ダイセット５０の入口７６（図５Ａ）から出口７８（図５Ｄ）までの形成ダイセット５０の長さに沿って、形成圧力６６が任意の場所で繊維状物質１８に印加されるように、形成ダイセット５０を構成してもよい。図５Ｄは、形成ダイセット５０の出口７８でダイ断面形状５６の完全な高さで形成された突起部６２及び溝６０を示す。図５Ｄにおける上方形成ダイ５２と下方形成ダイ５４との間の間隙５８の大きさは、形成圧力６６が繊維状物質１８上に維持されて、繊維状物質１８がダイ断面形状５６の完成形状に形成されるようなものとすることができる。上述のように、熱（図示せず）が、形成ダイセット５０の長さに沿って、任意の場所で繊維状物質１８に印加される。
【００５８】
図２及び図５を参照すると、上述のように、繊維状物質１８が形成ダイセット５０を介して移動する際に、繊維状物質１８の層１６上の形成圧力６６（図３、図５Ｃ及び図５Ｄ）が徐々に増加するように、上方形成ダイ５２と下方形成ダイ５４との間の間隙５８は、入口７６（図２、図５及び図５Ａ）では、出口７８での間隙５８の大きさよりも大きくすることができる。この方法において、形成ダイセット５０を介して繊維状物質１８の層１６を引き抜き成形するために、減量された牽引力が必要とされる。さらに、繊維状物質１８を徐々にダイ断面形状５６に適合させる形成ダイセット５０を通過する際に、繊維状物質１８の層１６が上方形成ダイ５２及び下方形成ダイ５４と接触するので、完成ダイ断面形状５６（図５Ｄ）への段階的な推移により、樹脂２４が徐々に加熱される。
【００５９】
限定されない実施形態において、プリフォーム２００（図９）は、限定されることなく、種々の構成のうちの任意の一に形成可能であるが、プリフォーム２００は、ハットセクション２０４（図９）のプリフォーム断面形状２０２（図９）に形成される。ハットセクション２０４は、一組のフランジ２０６（図９）及びフランジ２０６（図９）からキャップ２１０（図９）まで延びる一組のウェブ２０８を含む。プリフォーム２００は、付加的なプリフォーム（図示せず）、付加的な乾燥繊維状物質２１４（図１８）、プリプレグ（図示せず）、及び／又は取り外し可能な或いは固定のツーリング（たとえば、マンドレル２１６）（図１８）で強化又は積層され、種々の構造繊維２０（図２）及び種々の樹脂２４（図２）を含む種々の繊維状物質１８を含む連続的ビルドアッププリフォーム２００（図２）を作成する。プリプレグ（図示せず）は、プリプレグ（図示せず）の総体積のおよそ３０パーセントから７０パーセントまでの範囲の体積分率でマトリックス材料（図示せず）にあらかじめ含浸された繊維状物質（図示せず）を含む。
【００６０】
プリフォーム２００（図１８）の形状を維持するための繊維状物質１８（図１）で使用される比較的低い体積分率（たとえば、１パーセントから１０パーセント）の樹脂２４（図１）と区別されるように、プリプレグ（図示せず）で使用されるマトリックス材料（図示せず）及びプリフォーム２００（図１８）に注入するために使用されるマトリックス材料２２２（図１８）は、隣接する繊維間の剪断荷重の移動を促進する。付加的な繊維状物質２１４（図１８）でプリフォーム２００（図１８）をアセンブリングした後に、アセンブリにマトリックス材料２２２（図１８）が注入され且つ硬化されて、複合品２５０（図１９）を形成する。この点で、ここで開示されるシステム１０（図１）及び方法は、任意の数の付加的なプリフォーム２００又は付加的な繊維状物質２１４（図１８）などの一又は複数の複合コンポーネントを含む選択的アセンブリのための任意の断面形状を有するプリフォーム２００（図１８）の製造を促進する。プリフォーム２００（図１８）及び／又は付加的な繊維状物質２１４は、マトリックス材料２２２（図１８）を注入され、硬化され、任意の大きさ、形状及び構成の完成複合品２５０を形成する。
【００６１】
図３を参照すると、システム１０は、繊維状物質１８の層１６が形成ダイセット５０を通過する際に樹脂２４を加熱するための加熱装置１１０を備える。示される実施形態では、加熱装置１１０は、上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４に組み込まれる、或いはそうでなければ取り付けられる一又は複数の加熱コイル１１２を備える。加熱装置１１０は、繊維状物質１８の構造繊維２０（図１）間などの樹脂２４の流れを促進する粘着レベルまで樹脂２４を加熱するように構成される。一の実施形態では、加熱装置１１０は、繊維状物質１８の層１６が形成ダイセット５０を通過して樹脂２４を少なくとも部分的に軟化させる間に、樹脂２４の少なくとも融解温度又はガラス転移温度近くまで、樹脂２４を加熱するように構成される。
【００６２】
図３では、一の実施形態において、加熱コイル１１２は、繊維状物質１８の層１６にわたって熱１１４が実質的に均一に分配されるように配置される。上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４との接触により、繊維状物質１８の層１６が伝導的に加熱されるように、加熱コイル１１２は、上方形成ダイ５２及び下方形成ダイ５４を加熱するように構成される。加熱コイル１１２は上方形成ダイ５２及び下方形成ダイ５４の長さにそって延長するように示されているが、加熱コイル１１２は、種々の代替的配置のうちの任意の一で上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４に配置され又は取り付けられてもよい。さらなる実施形態では、加熱装置１１０は、樹脂２４の輻射加熱により樹脂２４を加熱するように構成される。たとえば、示されてはいないが、繊維状物質１８における構造繊維２０（図１）の加熱よりも激しく繊維状物質１８における樹脂２４を加熱するための周波数帯域を含む輻射を使用することにより、加熱装置１１０は樹脂２４を加熱するように構成される。
【００６３】
さらなる実施形態では、上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４（図３）は、融点に近い強磁性物質（図示せず）のキュリー温度、ガラス転移温度、又は繊維状物質１８（図３）の層１６（図３）における樹脂２４（図３）の他の所望の温度に基づき選択される強磁性物質からなる。このような配置では、上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４の強磁性物質は、上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４に隣接して取り付けられる一又は複数の誘導コイル（図示せず）を介して流れる電流（図示せず）により生成される磁場（図示せず）により誘導的に加熱される。上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４は、強磁性物質のキュリー温度に近似である平衡温度まで、誘導的に加熱される。繊維状物質１８の層１６は、上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４との熱的接触のため、誘導的に加熱される。上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４の温度がキュリー温度に近づくにつれ、強磁性物質の磁気特性は衰退し始め、その結果、上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４の誘導加熱の縮小、及び上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４と接触する繊維状物質１８の層１６の伝導加熱の縮小が起こりうる。誘導コイルの誘導電流の流れが熱可塑性樹脂２４の融解温度又はガラス転移温度などの所望の温度で繊維状物質１８の層１６の温度を安定させるのに十分なレベルまで自動的に減少するように、平衡温度にある上方形成ダイ６２及び／又は下方形成ダイ５４の部分は非磁性となる。
【００６４】
しかしながら、加熱装置１１０（図３）は、種々の構成で提供することができ、伝導加熱、輻射加熱、又は誘導加熱を使用する樹脂２４（図３）の加熱に限定されない。さらに、加熱装置１１０は、形成ダイセット５０（図３）に組み込まれるものとして示されているが、形成ダイセット５０と別個のコンポーネントとして提供することができ、入口７６（図２）付近の形成ダイセット５０の上流及び／又は出口７８（図２）付近の形成ダイセット５０の下流などの任意の場所に取り付けることができる。あるいは、材料ロール１４で層１６（図１）の樹脂２４（図１）の温度を上昇させるために、一又は複数の材料ロール１４（図１）が加熱されてもよい。さらに別の実施形態では、材料ロール１４の繊維状物質１８（図１）が低下した温度で提供され、そこで、層１６が実質的に粘着度のない又は減少した粘着度を有するように、一又は複数の材料ロール１４（図１）が冷蔵保存（図示せず）されてもよい。樹脂２４の温度を上昇させ、層１６の粘着力を高め、同時に上述の方法で既定の層１６内の隣接する層１６との接着及び／又は隣接する繊維２０（図１）間の接着を促進するために、材料ロール１４は加熱されてもよい。このような実施形態では、形成ダイセット５０（図１）は選択的に加熱されてもよく、または加熱されなくてもよい。
【００６５】
図２を参照すると、形成ダイセット５０は、繊維状物質１８の樹脂２４の温度を低下させるための冷却装置１３０を選択的に備えることができる。一の実施形態では、冷却装置１３０は、形成ダイセット５０の上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４に組み込まれ、又はそうでなければ取り付けられる。また、冷却装置１３０は、図１０に示され且つ以下に述べられるように、加熱装置１１０の下流に配置されてもよい。図２において、冷却装置１３０は、繊維状物質１８の層から熱（図示せず）を奪い、プリフォーム２００がダイ断面形状５６を保持するような方法で樹脂２４を冷却及び凝固させるための手段を提供する。一の実施形態では、形成ダイセット５０がダイ断面形状５６を有する一方で、冷却装置１３０は、樹脂２４の温度をガラス転移温度よりも下降させる手段を提供する。樹脂２４が冷却される間に、層１６の形成圧力６６（図３）は、プリフォーム２００をダイ断面形状５６に形成する。一の実施形態では、冷却装置１３０は、上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４を介して、任意の適する液体（たとえば、水）などの冷却媒体（図示せず）を循環させるための一又は複数のコンジット（図示せず）を備える。冷却媒体は、樹脂２４を冷却する上方形成ダイ５２及び／又は下方形成ダイ５４の一部から熱（図示せず）を奪うことができる。
【００６６】
図１、図２及び図４を参照すると、システム１０（図１）は、形成ダイセット５０（図１）の下流に位置し、且つ形成ダイセット５０を介して繊維状物質１８（図１）の層１６を引き出す又は引き抜き成形するように構成されたプルメカニズム１５０（図４）を備える。示される実施形態において、プルメカニズム１５０は、繊維状物質１８（図２）の層１６（図２）の反対側に取り付けられ、且つ各々の回転軸周囲で各々の回転方向１５４ａ及び１５６ａ（図２）に沿って回転可能である上方ローラー１５４及び下方ローラー１５６（図２）などの一又は複数のプルローラー１５２（図２）を備える。上方ローラー１５４は円周溝１６０（図４）を有し、且つ、下方ローラー１５６はダイ断面形状５６を補足するよう成形された円周突起部１６２（図４）を有する。プルローラー１５２は、繊維状物質１８を固定し、繊維状物質１８の層１６を形成ダイセット５０から引き抜き成形する。一の実施形態では、プルローラー１５２は、ダイ断面形状５６を補足する又は実質的にそれと等しい断面形状を有する。
【００６７】
プルメカニズム１５０（図１）は、ローラー間のプリフォーム断面形状２０２（図１３）の異なるセクションを固定するための、繊維状物質１８（図１）の層１６（図１）の反対側に取り付けられる複数の概して円柱形状のローラー（図示せず）を備える。実質的に均一に分配された牽引力が繊維状物質１８の層１６の幅に印加されるように、ローラーが繊維状物質１８の層１６の幅にわたって分配され、且つ位置付けられる。実質的に均一に分配された牽引力が印加されるようにプルメカニズム１５０を構成することにより、構造繊維２０（図１）の相対配向は、不均一な牽引力が層１６の幅にわたって印加される場合に構造繊維２０に生じる歪みに比べて、歪んでいない又は影響を受けない状態である。たとえば、織物などのある種の繊維状物質１８の構造繊維２０の配向は、プリフォーム２００（図１）において、材料ロール１４の繊維配向と実質的に同じ繊維配向で維持できる。図４は単独の上方ローラー１５２及び単独の下方ローラー１５４を示しているが、任意の数のローラーが層１６の幅に沿って任意の場所に提供されてもよい。さらに、図２は単独のプルメカニズム１５０を示しているが、任意の数のプルメカニズム１５０がプリフォーム２００の長さに沿って任意の場所に提供されてもよい。
【００６８】
図２を参照すると、上方形成ダイ５２及び下方形成ダイ５４は、一般的に場所に取り付けられるように構成され、又は、一般的に互いに対して且つ形成ダイセット５０を通過する繊維状物質１８の層１６に対して固定される。たとえば、図２は、一般的に互いに対する場所に取り付けられる上方固定ダイ７２及び下方固定ダイ７４から成る形成ダイセット５０及び７０を示している。この点で、繊維状物質１８の層１６が形成ダイセット５０を介して引き出されている時には、上方固定ダイ７２及び／又は下方固定ダイ７４は、非可動式であるという意味で、互いに対して取り付けられ又は固定される。しかしながら、異なる厚さ及び／又は量の繊維状物質１８の層１６を収容するために、及び／又は上方固定ダイ７２及び下方固定ダイ７４により繊維状物質１８の層１６に適合された形成圧力６６（図３）の大きさを調整するために、それらの間の間隙５８が調整されるように、上方固定ダイ７２及び下方固定ダイ７４のどちらか一方が、それらの他方に対して調整可能である。
【００６９】
図６から図９を参照すると、層１６（図６）のセクションを順番に形成するための可動ダイセット９０（図６）として構成される形成ダイセット５０（図６）の別の実施形態が示される。可動ダイセット９０は、図６に示されるように、移動方向９８（たとえば、図６の垂直方向）に沿って移動可能である上方可動ダイ９２及び下方可動ダイ９４（図６）を備える。上方可動ダイ９２及び下方可動ダイ９４の移動は、繊維状物質１８の長さのセクションの連続的固定を促進し、ダイ断面形状５６を繊維状物質１８の層１６に加える。また、可動ダイセット９０は、異なる厚さ及び／又は量の繊維状物質１８の層１６を収容する。
【００７０】
図７では、繊維状物質１８の一又は複数の層１６が形成ダイセット５０を介して順番に前進するように、上方可動ダイ９２及び下方可動ダイ９４が分離される。たとえば、層１６のセクション９６（図６）が上方可動ダイ９２と下方可動ダイ９４との間の間隙５８内に位置付けられるまで、層１６は、プルメカニズム１５０（図６）を起動することにより前進する。プルメカニズム１５０が停止され、加熱装置１１０の手段により、熱１１４が上方可動ダイ９２及び／又は下方可動ダイ９４に選択的に印加される。
【００７１】
図８では、上方可動ダイ９２及び下方可動ダイ９４は、互いの方向に向かって動かされ、それらの間に繊維状物質１８の層１６を固定する。上方可動ダイ９２及び下方可動ダイ９４と接触した結果、又は上述の輻射加熱手段及び／又は誘導加熱手段により、層１６は伝導的に加熱される。樹脂２４の温度がおよそ融点又はガラス転移温度まで上昇する間に、形成圧力６６が層１６に印加される。温度及び／又は形成圧力６６は、所定時間内は維持される。熱１１４の印加は継続されず、選択的冷却装置１３０（図１）が起動され、樹脂２４の温度が融点より低くなるように上方可動ダイ９２及び下方可動ダイ９４から熱が奪われる。
【００７２】
図９において、樹脂２４（図８）が冷却及び／又は凝固した状態で、樹脂２４は硬化し、上方可動ダイ９２及び下方可動ダイ９４は分離される。凝固する際に、樹脂２４は、図示されるように、繊維状物質１８（図８）をダイ断面形状５６に固定する。プルメカニズム１５０（図６）は、再起動され、層１６（図６）の別のセクション９６（図６）を上方可動ダイ９２と下方可動ダイ９４との間の間隙５８（図６）に引き出す。所望の長さのプリフォーム２００がダイ断面形状５６を有するように形成されるまで、この工程は繰り返される。
【００７３】
図１０を参照すると、形成ダイセット５０の下流に配置された冷却装置１３０を備えるシステム１０の実施形態が示される。一の実施形態では、冷却装置１３０は、ダイ断面形状５６（図９）に実質的に類似の断面形状を有する上方冷却ダイ１３４及び下方冷却ダイ１３６を含む冷却ダイセット１３２を備える。一の実施形態では、冷却ダイ１３２は、プリフォーム２００が形成ダイセット５０の出口７８を通過した後に、繊維状物質１８の層１６から熱を奪うための加熱シンクとして働くように構成される。冷却ダイセット１３２は、層１６の冷却ダイセット１３２の表面との接触のため層１６から熱を伝導するための比較的大きな熱質量を提供することにより、繊維状物質１８の層１６を受動的に冷却するように構成される。
【００７４】
別の方法として、冷却装置１３０（図１０）は、上述のように、形成ダイセット５０（図１０）の一部を介して冷却媒体の循環に類似する方法で、冷却装置１３０を介して循環する冷却媒体（図示せず）を使用して、繊維状物質１８（図１０）の層１６（図１０）を積極的に冷却するように構成される。冷却装置１３０は、繊維状物質１８（図１０）の層１６で樹脂２４（図１０）の温度を下降させ、冷却装置１３０が層１６を断面形状に維持している間に、樹脂２４をガラス転移温度より低くなるまで冷却し硬化させるように構成される。冷却装置１３０は、選択的に、樹脂２４の温度が既定のレベルに下降するまで、層１６の形成圧力６６（図８）を維持するように構成することができる。
【００７５】
図１１を参照すると、形成ダイセット５０の下流に配置された積層メカニズム１７０を備えるシステム１０の実施形態が示される。積層メカニズム１７０は、繊維状物質の付加的な又は後に続く層１８０をプリフォーム２００と統合して連続的なビルドアッププリフォーム２００を作成するように構成される。繊維状物質の後に続く層１８０は、プリフォーム２００が初めに作成された繊維状物質と同種又は異種のものとすることができる。この点で、図１１は、形成ダイセット５０を介して引き抜き成形するための第一の繊維状物質４０ｂの第一の層４０ａを含む第一の材料ロール４０を示す。第二の材料ロール４２は、スプール１２から引き出され、且つ張力ローラー２６及び／又はガイドローラー２８を通る第二の繊維状物質４２ｂの第二の層４２ａを含む。第二の層４２ａは第一の層４０ａと接合され、且つ積層メカニズム１７０に共に積層される。
【００７６】
一の実施形態では、積層メカニズム１７０（図１１）は、図１から図９で示された上述の形成ダイセット５０に類似して構成される積層ダイセット１７２（図１１）を備える。積層ダイセット１７２は、形成ダイセット５０（図１１）のダイ断面形状５６（図１１）に実質的に類似である積層ダイ断面形状１７８（図１１）を有する上方積層ダイ１７４及び下方積層ダイ１７６（図１１）を有する。積層ダイセット１７２は、第一の層４０ａ及び第二の層４２ａがプルメカニズム１５０（図１１）により積層ダイセット１７２を介して引き抜き成形される間に、第二の層４２ａ（図１１）の極厚を収容し、且つ積層圧力１８２（図１２）を第一の層４０ａ及び第二の層４２ａ（図１１）に印加するように構成される。第二の層４２ａは任意の幅で提供することができ、第一の層４０ａと同じ幅を有することに限定されない。また、第二の層４２ａは、プリフォーム２００（図１１）の任意の部分に適合することができる。
【００７７】
図１２及び図１３を参照すると、上方積層ダイ１７４と下方積層ダイ１７６（図１１）との間の第一の層４０ａに積層又は統合されている第二の層４２ａを示す積層メカニズム１７０の断面図が示される。図１３に示されるように、第二の層４２ａは、プリフォーム２００のキャップ２１０の幅にわたって延びる幅に提供される。上方積層ダイ１７４及び下方積層ダイ１７６は、キャップ２１０の第二の層４２ａ（図１１）の付加的な厚さを収容するように構成される。積層圧力１８２及び／又は熱１８４は、第一の層４０ａ及び第二の層４２ａに印加され、第一の層４０ａ及び第二の層４２ａ（図１１）を統合及び／又は接合し、連続的プリフォーム２００を形成する。ここで理解されるように、繊維状物質１８０の任意の数の付加的な層、プリプレグ（図示せず）、又は付加的なプリフォーム（図示せず）は、図１２及び図１３で示されるプリフォーム２００の任意の部分に適合することができる。
【００７８】
図１４を参照すると、ダイ断面形状５６を層アセンブリ４６に加えるための、共にアセンブリングされ且つ形成ダイセット５０に引き出された繊維状物質１８の複数の層１６を備えるシステム１０の実施形態が示される。繊維状物質１８の層１６は、構造繊維２０及び樹脂２４の実質的に類似の材料組成を含む実質的に類似の材料で形成される。しかしながら、層１６の繊維状物質１８は、異なるものでもよい。たとえば、図１４において、第一の繊維状物質４０ｂの一又は複数の第一の層４０ａを分配するための第一の材料ロール４０、第二の繊維状物質４２ｂの一又は複数の第二の層４２ａを分配するための第二の材料ロール４２、及び第三の繊維状物質４４ｂの一又は複数の第三の層４４ａを分配するための第三の材料ロール４４が示される。第一の層４０ａ、第二の層４２ａ及び第三の層４４ａは、同種又は同じ繊維材料組成を有する構造繊維２０を含むことができる。別の方法では、第一の層４０ａ、第二の層４２ａ及び第三の層４４ａは、異なる繊維材料組成を有する異なる構造繊維２０を含む。
【００７９】
さらに、第一の層４０ａ、第二の層４２ａ及び第三の層４４ａの構造繊維２０は、同じ繊維配向、又は異なる繊維角度２２（図１）などの異なる繊維配向を有することができる。たとえば、層４０ａの縦軸（図示せず）に対して、第一の層４０ａは＋４５度の第一の繊維角度４０ｃで配向された繊維を含み、第二の層４２ａは０度の第二の繊維角度４２ｃで配向された繊維を含み、第三の層４４ａは−４５度の第三の繊維角度４４ｃで配向された繊維を含む。さらに、第一の層４０ａ、第二の層４２ａ及び第三の層４４ａは、異種（すなわち、異なる材料組成）の樹脂２４又は同種の樹脂２４を含むことができる。また、層４０ａ、層４２ａ及び層４４ａは、同じ厚さ、或いは異なる厚さで提供することができる。一又は複数の材料ロール４０、４２及び４４は、各々が繊維状物質（図示せず）の単独層を含むシングルプライロール（図示せず）を含んでいてもよい。別の方法では、一又は複数の材料ロール４０、４２及び４４は、上述したように、同じ又は異なる樹脂組成、繊維組成、厚さ、及び／又は繊維配向を有する繊維状物質の多重層を含むマルチプライロール（図示せず）として提供されてもよい。
【００８０】
図１４では、繊維状物質１８の二以上の層１６がアセンブリングされ、層アセンブリ４６を形成する。層アセンブリ４６は、上述の方法で、張力ローラー２６及びガイドローラー２８上を通過する。層アセンブリ４６は、図１４で示される上方ローラー１５４及び下方ローラー１５６などのプルメカニズム１５０により形成ダイセット５０を介して引き抜き成形され、或いは、異種のプルメカニズム（図示せず）が使用される。層アセンブリ４６が形成ダイセット５０のダイ断面形状５６（図８）に適合されるように、熱（図示せず）及び圧力（図示せず）が層アセンブリ４６に印加され、樹脂２４を軟化させ及び／又は少なくとも部分的に溶解する。層アセンブリ４６及び樹脂２４は、凝固して、ダイ断面形状５６を有する固定されたプリフォーム２００を形成する。繊維状物質（図示せず）の一又は複数のあとに続く層又はプリプレグ（図示せず）は、上述の方法でプリフォーム２００に統合又は積層され、所望の断面形状を有する連続的なビルドアッププリフォーム２００を作成する。プリフォーム２００は、プリフォーム２００の形成に続いて、ある長さに切断され整えられる。
【００８１】
一の実施形態では、プリフォーム２００を所望の断面形状２０２に形成した後に、付加的な繊維状物質２１４（図１８）でプリフォーム２００をアセンブリングするのに先立って、且つ、プリフォーム２００にマトリックス材料（図１８）を注入するのに先立って、プリフォーム２００は、二次的な形成工程で、熱形成され（図示せず）又はホットドレープ形成され（図示せず）、付加的な形状に形成される。プリフォーム２００を熱形成することは、プリフォーム２００が熱形成ツール（図示せず）の形状をとるように、加熱されたプリフォーム２００を熱形成ツールに適合しながら、プリフォーム２００を加熱して樹脂２４（図１）を軟化させることを含む。プリフォーム２００をツールに対して維持しながら、プレフォーム２００は軟化する。プリフォーム２００があらかじめ形成されたダイ断面形状５６（図１）に加えて熱形成された形状を保持するように、プリフォーム２００の樹脂２４は、冷却及び硬化される。この方法では、他の繊維状物質２１４（図１８）とのアセンブリに先立って、且つアセンブリへのマトリックス材料２２２（図１８）の注入に先立って、所望の断面形状を有するプリフォーム２００は、種々の付加的な形状のうちの任意の一に形成される。
【００８２】
たとえば、図１４に示されるハットセクション２０４プリフォーム２００は、ハットセクション２０４プリフォーム２００の長さに沿って僅かな湾曲形状（図示せず）に熱形成される。湾曲形状は、プリフォーム２００を使用して形成される複合品の完成形状（図示せず）に補完的であるものとする。プリフォーム２００の熱形成が湾曲をプリフォームの長さに対して熱形成することに限定されない、という点に留意すべきである。たとえば、プリフォーム２００は、プリフォーム２００の長さに沿ってねじれ形状（図示せず）に、又は、種々の他の形状のうちの任意の一に熱形成されてもよい。有利には、比較的少量の樹脂２４（図１）（たとえば、およそ１０パーセントまで）は、プリフォーム２００を所望の断面形状及び複合品のレイアップを簡略化可能な熱形成された形状に維持することができる。先ほど示したように、ここで述べられる方法で形成された形状安定化されたプリフォーム２００は、ツール上でのプライスタックをアセンブリングする工程中に作業を最小限にすることにより、明らかに、複合品のレイアップに関わる複雑さを縮小し、且つ時間を短縮することができる。この方法において、ここで開示されるプリフォーム２００は、真空バギング、オートクレービング、及びマトリックス材料の注入及び硬化に関する他の工程に先立って及びそれらの工程中に、大部分のレイアップ時間がファブリック又はトウの繊維を所望の配向に位置付け且つ維持することに関連している、複合品の従来のプライバイプライ（ｐｌｙ−ｂｙ−ｐｌｙ）レイアップに一般的に関連する作業量を明らかに軽減することができる。
【００８３】
図１５を参照すると、上方プリフォームダイ２３２及び下方プリフォームダイ２３４を備え、且つ上方プリフォームダイ２３２と下方プリフォーム２３４との間に位置付けられたプリフォーム２００のスタック２４０を示すプリフォームダイセット２３０が示される。プリフォームダイセット２３０は、プリフォームスタック２４０の伝導加熱、輻射加熱及び／又は誘導加熱を実行するための、上述の任意の構成の加熱装置（図示せず）を備える。プリフォームダイセット２３０は、上述の形成ダイセット５０（図１）に類似して構成される。プリフォーム２００が互いに組み込まれるように、プリフォーム２００は、断面形状に対して互いに実質的に類似して形成される。上述のように、プリフォーム２００は類似の又は異なる樹脂２４及び／又は繊維状物質１８の組成、厚さ、及び／または繊維配向で形成することができる。
【００８４】
プリフォームダイセット２３０の上方プリフォームダイ２３２及び／または下方プリフォームダイ２３４は、移動方向２３６に沿って互いに対して移動可能（たとえば、垂直に）であり、上方プリフォームダイ２３２と下方プリフォームダイ２３４との間のプリフォームスタック２４０の長さ（図示せず）のセクションを順番に固定する。別の方法では、プリフォームダイセット２３０は固定式であり、図１及び図２で示された形成ダイセット５０の固定構成のための、上述の引き抜き成形に類似する上方プリフォームダイ２３２と下方プリフォームダイ２３４との間の間隙（図示せず）を介してプリフォームスタック２４０を引き抜き成形するように構成される。
【００８５】
図１６において、上方プリフォームダイ２３２及び下方プリフォームダイ２３４は、移動方向２３６（図１５）に沿って互いの方向に向かって移動され、プリフォームスタック２４０を固定する。熱（図示せず）は、一または複数の加熱装置１１０を使用してプリフォームスタック２４０に印加され、樹脂２４の粘着性を弱める温度までプリフォームスタック２４０を加熱する。樹脂２４は、樹脂２４の融点付近またはそれを超える温度まで加熱され、樹脂を軟化させ及び／又はその粘着性を弱める。弱まった粘着性の樹脂２４により、隣接したプリフォーム２００で樹脂２４の混合が促進される。圧縮力２３８は、付加的にプリフォームスタック２４０に印加され、以下で詳細が述べられるように、プリフォーム２００の強化を促進する。
【００８６】
図１７では、プリフォームスタック２４０（図１６）に熱及び／又は圧縮力２３８（図１６）が印加される結果として、プリフォームアセンブリ２４２が形成される。樹脂２４（図１６）が凝固した状態で、プリフォームアセンブリ２４２はプリフォームダイセット２３０の断面形状をとる。以下で述べられるように、プリフォームアセンブリ２４２は、付加的な繊維状物質２１４（図１８）などの一又は複数の複合コンポーネント（図示せず）と組み合わせられ、マトリックス材料２２２（図１８）を注入される。以下で述べられるように、複合コンポーネント２５０（図１９）が形成されるように、マトリックス材料２２２は硬化される。
【００８７】
図１８を参照すると、付加的な繊維状物質２１４と位置付けられ又はアセンブリングされたプリフォーム２００が示される。繊維状物質２１４の付加的な層２１８は、他の形状が固定されたプリフォーム又は実質的に乾燥したプリフォーム（図示せず）、プリプレグ（図示せず）、及び他の種々の繊維状物質２１４のうちの任意の一を含むことができる。図１８に示されるように、ハットセクション２０４プリフォーム２００は、プリフォーム２００に備え付けられるマンドレル２１６を使用して、ハットストリンガー２５２にアセンブリングされる。マンドレル２１６は、真空バギング及び／又はオートクレービング中に且つマトリックス材料２２２の注入中に、プリフォーム２００の形状を支持する。マンドレル２１６は、取り外し可能なブラダー（図示せず）又は溶解性フォーム（図示せず）などの一時的なマンドレルを含む。別の方法では、マンドレル２１６は、永続的フォームマンドレルなどの永続的マンドレル（図示せず）、又はハットストリンガー２５２或いは他の閉断面形状内に永続的に保持されるように構成された他のツーリングを含むことができる。
【００８８】
図１９では、付加的な複合コンポーネント（図示せず）がプリフォーム２００とアセンブリングされる。たとえば、一組のヌードル２７２（図１８から図２０）又は他のラジウスフィラーが備え付けられ、以下で述べられるように、フランジ２５４（図１９）、ウェブ２５６（図１９）、及び一又は複数のプリフォーム２００を使用して形成されるハットストリンガー２５２（図１９）のベースラミネート２６４（図１９）との間の空間を満たす。ヌードル２７２は、又はマンドレル２１６とハットセクション２０４プリフォーム２００との間の範囲を満たすための、一方向のトウ、織布、繊維強化接着剤、他の材料で形成される。材料の付加的な層２１８は、プリフォーム２００上に適合され、マンドレル２１６及びヌードル２７２を密閉する。たとえば、織布又は不織布、まとめられたトウ、プリプレグ、又は他の基板或いは材料などの繊維状物質２１４の後に続く層２１８が、マンドレル２１６及びプリフォーム２００上の一又は複数の層２１８に適合される。
【００８９】
プリフォーム２００（図１８）及び付加的な繊維状物質２１４（図１８）には、次いで、マトリックス材料２２２（図１８）が注入され、マトリックス材料２２２が硬化して、単独の統一された完成複合品２５０（図１９）が形成される。マトリックス材料２２２の注入は、任意の適する液体成形工程によるものであり、選択的に熱及び／又は圧力の印加を含み、マトリックスの浸透及び強化を促進し、複合品２５０を形成する。たとえば、プリフォーム２００及び付加的な繊維状物質２１４は、マトリックス材料２２２が圧力下でプリフォーム２００又は密閉成形内の他のコンポーネントに注入される樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）により注入される。プリフォーム２００及び付加的な繊維状物質２１４は、マトリックス材料２２２（図１９）をプリフォーム２００及び付加的な繊維状物質２１４に注入するために、真空生成圧力を使用する真空補助樹脂トランスファー成形（∨ＡＲＴＭ）を使用して注入してもよい。樹脂フィルム注入（ＲＦＩ）は、マトリックス材料（図示せず）のフィルムがプリフォーム２００の下又は最上部に位置付けられる状態で、実施することもできる。マトリックス材料フィルムの粘着性を弱めてプリフォーム２００にその浸透を促進するために、熱を印加してもよい。付加的な注入工程は、プリフォーム２００の構造繊維２０（図１１）にマトリックス材料２２２を注入及び含浸するために採用することもできる。
【００９０】
一の実施形態では、マトリックス材料２２２（図１８）は、プリフォーム２００（図１９）の樹脂２４（図１８）と化学的に適合する組成を有する熱硬化性樹脂又は熱可塑性マトリックス材料を含む。一の実施形態では、マトリックス材料２２２は、エポキシ、ビスマレイミド、フェノール樹脂、ポリエステル類、ポリイミド、ポリウレタン、ポリベンゾキサゾール、シアン酸塩エステル類、ポリエーテルアミド、及び他のマトリックス材料２２２のうちの任意の一を含むことができる。また、マトリックス材料２２２は、繊維状物質１８（図１１）の層１６（図１１）と共に含まれる樹脂２４と同じ或いは異なる熱可塑性樹脂２４を選択的に含むことができる。
【００９１】
繊維状物質１８（図１８）の層１６（図１）に提供される樹脂２４（図１８）は、好適にはマトリックス材料２２２（図１８）と化学的に適合し、且つマトリックス材料２２２が存在する際には、一又は複数の適合特性を有する。たとえば、繊維状物質１８の層１６に提供される樹脂２４は、熱硬化性マトリックス材料を含むマトリックス材料２２２に少なくとも部分的に溶解する。別の方法では、繊維状物質１８の層１６に提供される樹脂２４は、マトリックス材料２２２に完全に溶解する。またさらに、繊維状物質１８の層１６に提供される樹脂２４は、マトリックス材料２２２と化学的に反応する。さらなる実施形態では、繊維状物質１８の層１６に提供される樹脂２４は、樹脂２４がマトリックス材料２２２と接触するようになると、マトリックス材料２２２のフェーズと異なるフェーズに留まる。好適には、繊維状物質１８の層１６に提供される樹脂２４は、マトリックス材料２２２が樹脂２４と整合する場所で注入及び硬化された複合品２５０（図１９）のミクロクラックを避ける又は阻止する。
【００９２】
図１９及び図２０を参照すると、一又は複数のハットセクション２０４プリフォーム２００を含むハットストリンガー２５２が示される。図２０では、一又は複数のハットセクション２０４プリフォーム２００が組み合わされ、ハットストリンガー２５２の主要なラミネート２６０を形成する。主要なラミネート２６０は、複数の主要なプライ２６２を含み、それらの一又は複数は、上述のように、形状安定化されたプリフォーム２００として形成される。ハットストリンガー２５２は、複数のベースプライ２６６（図２０）を含むベースラミネート２６４も含み、それらの一又は複数は、形状安定化された（たとえば、平面）プリフォーム２００としても形成される。別の方法では、ベースラミネート２６４は、図１８で示されるように、材料ロール１４（図１８）から繊維状物質１８を適合することにより形成される。
【００９３】
図１９では、ハットストリンガー２５２は、ラッププライ２７０（図２０）を含み、マンドレル２１６（図２０）により選択的に支持される閉断面を形成するラップラミネート２６８も含む。ラップラミネート２６８のラッププライ２７０は、ハットストリンガー２５２の主要なラミネート２６０のハットセクション２０４プリフォーム２００の形成と類似する方法で、一又は複数のプリフォーム２００として形成される。ラッププライ２７０がマンドレル２１６に適合される断面形状に形成されるように、熱（図示せず）を印加した状態で粘着力を高める組成のラッププライプリフォーム（図示せず）に樹脂２４を提供することにより、ラッププライ２７０は粘着力が高められる。しかしながら、樹脂２４は、熱を除去すれば粘着力が高まるという性質も有しているので、上述のように、温度の低下とともに粘着レベルが増加する間に樹脂２４が凝固し、プリフォーム２００（図１）がダイ断面形状５６（図１）を保持できる。上述のように、マンドレル２１６は、真空バギング、オートクレービング及び／又はマトリックス材料２２２の注入中に、ハットストリンガー２５２の閉断面形状を支持する。図２０では、ベースラミネート２６４と接合されたフランジ２５４及びウェブ２５６の範囲によるフランジ２５４とウェブ２５６との交点の間の空間を満たすために、一又は複数のヌードル２７２又はラジウスフィラーが、ハットストリンガー２５２（図１９）に含まれる。
【００９４】
図２１を参照すると、ここで開示されるような一又は複数の形状安定化されたプリフォーム２００を使用して形成される物品を組み込む航空機３００の透視図が示される。航空機３００は、一対の翼３０４、及び、垂直安定板３１２及び水平安定板３１０を備え、且つ操縦面３０６と推進装置３１４を更に備える尾部３０８を有する機体３０２を含む。航空機３００は、本開示のプリフォーム２００を組み込む種々の乗物のうちの一般的な代表例の一である。この点でプリフォーム２００は、任意の構造システム、構造サブシステム、構造アセンブリ、ストラクチャ、または任意の飛行体及び／又は宇宙ビークルを含む乗物に組み込むことができる。たとえば、航空機３００の構造において、プリフォーム２００は、翼パネル、翼外板、翼桁、翼小骨、補助翼、操縦面３０６、サポートストラクチャ、及び他のコンポーネントなどの翼３０４内などの、航空機の内部コンポーネント及び／又は外部コンポーネントに組み込まれる。プリフォーム２００は、機体外板、機体バルクヘッド、フレーム、ハットストリンガー２５２（図１９）などのストリンガーなどのコンポーネント、及び他のコンポーネントのような、機体３０２のコンポーネントに組み込まれてもよい。
【００９５】
図２２を参照すると、複合品２５０を形成する方法４００に含まれる一又は複数の操作のフローチャートが示される。方法は、複合品２５０（図１９）に組み込まれるような形状安定化された固定プリフォーム２００を形成するためのステップを含む。
【００９６】
図２２の方法４００のステップ４０２は、構造繊維２０（図１）を含む繊維状物質１８（図１）の少なくとも一の層１６（図１）を提供することを含む。一の実施形態では、繊維状物質１８の層１６は、上述のように、ダイ断面形状５６（図１）にプリフォーム２００を形成する、及び／又はプリフォーム２００の多重層１６の粘着力を高めるのに十分な量の熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂２４（図１）を含む。一の実施形態では、繊維状物質１８の層１６は層１６の総体積に対するおよそ１０体積パーセントまでの樹脂２４（図１）を含む。一の実施形態では、繊維状物質１８の層１６は、およそ１０体積パーセント又はそれより少ない樹脂を含む。樹脂２４は、熱可塑性樹脂、或いは熱硬化性樹脂を含むことができる。一の実施形態では、繊維状物質１８の層１６は、比較的少量の樹脂２４を含む。たとえば、繊維状物質１８の層１６（図１）は、層１６の総体積に対して、およそ２体積パーセントから４体積パーセントの樹脂２４を含む。繊維状物質１８及び樹脂２４は、上述のように、種々の異なる材料組成、厚さ、繊維配向のうちの任意の一で提供される。
【００９７】
樹脂２４（図１）は、限定はしないが、ローラー（図示せず）、ブラシ（図示せず）、スプレー（図示せず）、又は種々の他の樹脂適合方法のうちの任意の一を使用するなど、任意の適する手段により、繊維状物質１８（図１）にあらかじめ適合される。樹脂２４は、粘着性を弱めるために、適合するのに先立って、加熱されてもよい。一の実施形態では、樹脂２４は、社内で及び／又はベンダーにより、繊維状物質１８の層１６にあらかじめ適合されてもよい。層１６は、上述のように、所望の樹脂及び繊維材料組成、厚さ、及び／又は繊維配向で、シングルプライ材料ロール１４ｂ（図１）又はマルチプライ材料ロール１４ｃ（図１）で提供されてもよい。
【００９８】
樹脂２４（図１）が層１６（図１）の長さ及び／又は幅で必ずしも均等に分配（図示せず）されないように、樹脂２４は、層１６の長さ及び／又は幅に沿って選択された領域（図示せず）に適合されてもよい。たとえば、樹脂２４は、樹脂２４の加熱及び凝固後にプリフォーム２００（図１）がダイ断面形状５６（図１）を維持可能な層１６の領域（図示せず）に適合されてもよい。この点で、樹脂２４を冷却すると樹脂２４の粘着性が増し、粘着性の高められた層１６の樹脂２４が凝固するので、プリフォーム２００がダイ断面形状５６を維持できる。この方法において、マトリックス材料２２２の注入中にプリフォーム２００全体にマトリックス材料２２２（図１８）を実質的に均一に分配できるよう繊維状物質１８が一般的に多孔質であるように、層１６に適合される樹脂２４の体積分率は最小限とすることができる。
【００９９】
図１及び図１４に示されるように、繊維状物質１８（図１）の一又は複数の層１６（図１）が一又は複数の材料ロール１４から分配されるという意味において、繊維状物質１８の層１６は、一般的に連続的である。たとえば、上述のように、繊維状物質１８の一又は複数の層１６は、一又は複数のシングルプライ材料ロール１４ｂ（図１）及び／又は一又は複数のマルチプライ材料ロール１４ｃ（図１）から引き出される。また、繊維状物質１８の一又は複数の層１６は、折られた又は折られていないシート（図示せず）を含む別の形態、或いは他の形態で提供することができる。
【０１００】
図２２の方法４００のステップ４０４は、図１、図２、図３、図５Ａから図５Ｄ、図６から図１１、及び図１４に示されるように、ダイ断面形状５６（図２）を有する形成ダイセット５０（図２）に層１６（図２）を通すことを含む。たとえば、繊維状物質１８（図２）の層１６（図２）は、プルメカニズム１５０（図２）を使用して、一又は複数の形成ダイセット５０（図２）を介して引き抜き成形され、又は引き出される。プルメカニズム１５０は、層１６の反対側に取り付けられ、層１６を固定し、形成ダイセット５０を介して層１６を引き出す一又は複数のローラー１５２（図２）を備える。しかしながら、形成ダイセット５０を介して層１６を引き出すための他の手段が実施されてもよい。
【０１０１】
図２２の方法４００のステップ４０６は、加熱装置１１０（図８）の使用などによる、繊維状物質１８（図８）の層１６（図８）で樹脂２４（図８）を加熱することを含む。樹脂２４は、層１６が形成ダイセット５０を介して引き抜き成形される時に、層１６の加熱された形成ダイセット５０（図８）の表面との接触による伝導加熱で加熱される。しかしながら、形成ダイセット５０の上流の任意の場所に備え付けられる加熱装置１１０を使用して、層１６をあらかじめ加熱することなどにより、樹脂２４は加熱することができる。たとえば、加熱ガン（図示せず）が層１６上に熱風（図示せず）を向け、樹脂２４の温度を上昇させ、樹脂２４を軟化させる及び／又はその粘着性を弱めることができる。また、構造繊維２０（図１）により吸収されるものよりも多い、樹脂２４により吸収される輻射の波長を放出するヒーターを使用する輻射加熱によることを含む他の手段により、樹脂２４を加熱することもできる。樹脂２４は、強磁性物質（図示せず）で形成された上方及び／又は下方形成ダイ（図示せず）との熱的な接触により加熱することもでき、その場合、上述したように、強磁性物質は、上方及び／又は下方形成ダイに隣接して取り付けられる誘導コイル（図示せず）に印加される電流（図示せず）により生成される磁場（図示せず）に応じて、キュリー温度まで誘導加熱される。
【０１０２】
図２２の方法４００のステップ４０８は、繊維状物質１８（図８）の層１６（図８）をダイ断面形状５６（図９）に形成することを含む。樹脂２４の加熱中に、或いは熱１１４（図８）が印加されて樹脂２４が軟化した後に、繊維状物質１８は、ダイ断面形状５６に形成される。図３に示されるように、層１６が形成ダイセット５０を介して引き抜き成形される時に、形成圧力６６が層１６に印加される。一又は複数の上述の加熱装置１１０（図８）及び方法による樹脂２４の加熱のため、樹脂２４は軟化し、構造繊維２０（図１）でダイ断面形状５６に成形可能となる。
【０１０３】
図２２の方法４００のステップ４１０は、樹脂２４（図８）を軟化可能にすることを含む。層１６（図８）がダイ断面形状５６（図９）をとる間に、樹脂２４の凝固が起こる。たとえば、方法は、先に述べられたように、層１６が冷却装置１３０（図１０）を通過し、樹脂２４を凝固させることを含む。この方法では、プリフォーム２００（図９）は、ダイ断面形状５６に維持される。
【０１０４】
図２２の方法４００のステップ４１２は、付加的な繊維状物質２１４（図１８）などの複合コンポーネント（図示せず）とともに、一又は複数のプリフォーム２００（図１８）を位置付けることを含む。たとえば、図１８は、ハットセクション２０４プリフォーム２００に備え付けられたマンドレル２１６、及びマンドレル２１６上及びハットセクション２０４プリフォーム２００上に適合されている繊維状物質２１４のあとに続く層１８０を示す。各プリフォーム２００は、個々のプリフォーム２００、及び／又は、詳細は以下で述べられるが、熱１１４（図１６）及び／又は圧力２３８（図１６）下で統合されるプリフォームスタック２４０（図１５）で形成されたプリフォームアセンブリ２４２（図１７）を含む。付加的な繊維状物質２１４（図１８）が、プリフォーム２００と位置付けられる。プリフォーム２００（図１８）のアセンブリは、デバルキング及び／又は統合のために真空バギング及び／又はオートクレービングされる。
【０１０５】
図２２の方法４００のステップ４１４は、一又は複数のプリフォーム２００（図１８）及び／又は繊維状物質２１４（図１８）に熱硬化性又は熱可塑性マトリックス材料２２２（図１８）を注入することを含む。この点で、プリフォーム２００とともに配置される複合コンポーネント（たとえば、繊維状物質２１４（図１８））に注入せずに、一又は複数のプリフォーム２００（図１８）に注入されるように、ステップ４１４は実行される。別の方法では、プリフォーム２００及び付加的な繊維状物質２１４などの複合コンポーネントにマトリックス材料２２２が注入されるように、ステップ４１４は実行される。注入は、任意の適する液体成形工程又はアセンブリにマトリックス材料２２２を注入するための任意の他の工程を使用して、実行してもよい。たとえば、樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）、真空アシステッド樹脂トランスファー成形（∨ＡＲＴＭ）、樹脂フィルム注入（ＲＦＩ）、バルク樹脂注入（ＢＲＩ）、及びプリフォーム２００及び付加的な繊維状物質２１４にマトリックス材料２２２を注入するための任意の他の方法を使用して、プリフォーム２００及び付加的な繊維状物質２１４にマトリックス材料２２２が注入される。
【０１０６】
図２２の方法４００のステップ４１６は、マトリックス材料２２２（図１８）を硬化して複合品２５０（図１９）を形成することを含む。この点で、マトリックス材料２２２の硬化は、熱（図示せず）及び／又は圧力（図示せず）のマトリックス材料２２２への印加、及びプリフォーム２００の構造繊維２０（図１）にわたるマトリックス材料２２２の実質的に均一な注入の促進を含む。一の実施形態では、プリフォーム２００及び関連する繊維状物質２１４（図１８）は、真空バギング及びオートクレービングされ、アセンブリの硬化中に所望の圧力及び温度プロファイルを提供する。より大きい又はより小さい繊維体積分率が完成複合品２５０に提供されるが、完成複合品２５０がおよそ３０パーセントから７０パーセントまでの範囲内の繊維体積分率を有するように、マトリックス材料２２２は、プリフォーム２００及び繊維状物質２１４に注入される。
【０１０７】
図２３を参照すると、上述したように、多重プリフォーム２００（図１５）をプリフォームアセンブリ２４２に形成する方法の実施形態を示すフローチャートが示される。一又は複数のプリフォームアセンブリ２４２は、個々のプリフォーム２００、一又は複数の複合コンポーネント（図示せず）、及び／又は付加的な繊維状物質２１４（図１８）と結合され、マトリックス材料２２２（図１８）が注入され、複合品２５０（図１９）を形成する。
【０１０８】
図２３に示されるステップ４５２は、少なくとも二のプリフォーム２００（図１５）を図１５に示されるプリフォームスタック２４０（図１５）にスタッキングすることを含む。プリフォーム２００がスタッキングされた構成内に組み込まれる或いは連携するように、プリフォーム２００は、プリフォーム２００の断面形状に関して互いに実質的に類似する。プリフォーム２００は、同じ又は異なる厚さ及びプライ配向で同じ種類の樹脂２４（図１５）及び繊維状物質１８（図１）から形成される、或いは、異なる厚さ及び異なる繊維配向で異なる種類の樹脂２４及び繊維状物質１８から形成される。たとえば、プリフォームスタック２４０のプリフォーム２００は、異なる材料組成の繊維及び／又は樹脂２４を含む異なる繊維状物質１８から形成される。さらに、プリフォームスタック２４０のプリフォーム２００は、先に述べたように、プリフォームスタック２４０の所望のスタッキングシーケンスを達成するために、異なる繊維配向の繊維２０（図１）を含む繊維状物質１８から形成されてもよい。
【０１０９】
図１５で示されるように、二以上のプリフォーム２００は、ダイ断面形状５６を有するプリフォームダイセット２３０の上方プリフォームダイ２３２と下方プリフォームダイ２３４との間のプリフォームスタック２４０に配置される。プリフォームダイセット２３０は、上述の形成ダイセット５０（図１）に類似して構成される。たとえば、プリフォームダイセット２３０（図１５）は、上述のように、任意の構成の加熱装置１１０（図１５）を備えることができる。プリフォームダイセット２３０の上方プリフォームダイ２３２及び／又は下方プリフォームダイ２３４は、互いに対して可動式（たとえば、垂直方向に）であり、上方プリフォームダイ２３２と下方プリフォームダイ２３４との間のプリフォームスタック２４０の長さの部分を順番に固定する。別の方法では、プリフォームダイセット２３０は固定式で、プリフォームスタック２４０は、個々のプリフォーム２００（図１）を形成するための上述のものと類似の上方プリフォームダイ２３２と下方プリフォームダイ２３４との間の間隙（図示せず）を介して引き抜き成形される。
【０１１０】
図２３に示すステップ４５４は、熱可塑性樹脂などの樹脂２４（図１６）の粘着性を弱める温度までプリフォームスタック２４０（図１６）に熱１１４（図１６）を印加することを含む。この点で、樹脂２４を加熱するステップは、樹脂２４の融点又はガラス転移温度付近又はそれを超える温度まで樹脂２４を加熱し、樹脂２４を軟化させて樹脂２４の粘着性を弱めることを含む。軟化する樹脂２４は、プリフォームスタック２４０の隣接するプリフォーム２００（図１５）間で樹脂２４の混合を促進する。プリフォームスタック２４０の加熱は、加熱コイル、輻射加熱、誘導加熱、又はプリフォーム２００の形成に関して上述された加熱方法などの種々の加熱方法のうちの任意の一を使用する任意の伝導加熱を使用して実行される。
【０１１１】
図２３で示されるステップ４５６は、圧縮力２３８（図１６）を図１６に示されるようなプリフォームスタック２４０（図１６）に印加して、プリフォーム２００（図１６）の強化を促進する及び／又は隣接するプリフォーム２００の樹脂２４の混合を促進することを含む。移動方向２３６（図１５）に沿った上方プリフォームダイ２３２及び下方プリフォームダイ２３４（図１６）の互いの方向への移動を制御することにより、圧縮力２３８が所定量だけプリフォームスタック２４０に印加される。別の方法では、プリフォームスタック２４０（図１６）がプリフォームダイセット２３０を介して引き抜き成形される上方プリフォームダイ２３２及び下方プリフォームダイ２３４（図１６）の固定構成（図示せず）について、所望の大きさの圧縮力２３８がプリフォームスタック２４０に印加されるように、上方プリフォームダイ２３２と下方プリフォームダイ２３４との間の間隙（図示せず）が形成される。圧縮力２３８は、隣接するプリフォーム２００の樹脂２４の少なくとも一部分が互いに混合し、且つ結合するようなものである。
【０１１２】
図２３に示されるステップ４５８は、樹脂２４（図１６）を凝固させ、プリフォームスタック２４０（図１６）からプリフォームアセンブリ２４２（図１７）を形成することを含む。図１７に示されるように、プリフォームアセンブリ２４２は、樹脂２４（図１６）が凝固した状態でプリフォームダイセット２３０（図１６）の断面形状をとる。たとえば、熱可塑性樹脂２４が熱可塑性樹脂２４の粘着性が弱まる融点より高く加熱される時に、プリフォームスタック２４０（図１６）で隣接して配置されるプリフォーム２００の熱可塑性樹脂２４は、互いに混合される。熱可塑性樹脂２４が凝固した状態で、隣接したプリフォーム２００（図１６）の熱可塑性樹脂２４は、結合してプリフォームアセンブリ２４２（図１７）を形成する。
【０１１３】
プリフォームアセンブリ２４２（図１７）は、図２２のステップ４１２で述べられたように、一又は複数の複合コンポーネント（図示せず）と選択的に結合され、ステップ４１４で述べられたように、マトリックス材料（図示せず）が注入される。別の方法では、複合コンポーネントに上述のステップ４１４で述べられたものと類似のマトリックス材料を注入せずに、プリフォームアセンブリ２４２にマトリックス材料（図示せず）が注入される。マトリックス材料は、図２２のステップ４１６で述べられた同様の方法で硬化され、図１９に示されたハットストリンガーなどの複合コンポーネントを形成する。
【０１１４】
図２４を参照すると、ここで開示されるシステム１０の実施形態のブロック図が示される。システム１０は、形成ダイセット５０を介して繊維２０及び樹脂２４を含む繊維状物質１８の層１６を引き抜き成形するための上方ダイ７２及び下方ダイ７４を含む固定形成ダイセット７０を含む形成ダイセット５０を備える。形成ダイセット５０は、層１６がダイ断面形状５６に形成されるように、樹脂２４を加熱するための加熱装置１１０を備える。別の方法では、形成ダイセット５０は、互いに対して可動式の上方ダイ９２及び下方ダイ９４を含み、層１６の長さのセクションをダイ断面形状５６に形成する可動形成ダイセット９０としてもよい。プリフォーム２００がダイ断面形状５６を保持するように、樹脂２４は凝固する。プリフォーム２００のスタック２４０は、プリフォームアセンブリ２４２に形成される。一又は複数のプリフォーム２００及び／又は一又は複数のプリフォームアセンブリ２４２は、マトリックス材料２２２を注入するための付加的な繊維状物質２１４と結合され、マトリックス材料２２２が硬化した状態で複合品１０を形成する。
【０１１５】
図２４において、プリフォーム２００を形成する上述の実施形態では、樹脂２４の体積分率は、好適には、樹脂２４が凝固した状態で、プリフォーム２００は、完成複合品２５０の形状に近いダイ断面形状５６に維持される。マトリックス材料２２２を注入して完成複合品２５０を形成するのに先立って、他の繊維状物質２１４（たとえば、他のプリフォーム２００又は他の繊維状物質）とともにプリフォーム２００を配置する際に、プリフォーム２００の形状を完成複合品２５０のおおよその形状に維持することにより、工具補助（図示せず）を必要とせずに繊維状物質１８の操作を促進することができる。先に示したように、繊維状物質１８の層１６は、およそ１０体積パーセントまでの樹脂２４を含むことができる。一の実施形態では、より大きい又はより小さい体積分率の樹脂２４が使用されるが、繊維状物質１８の層１６は、およそ１体積パーセントから１０体積パーセントの樹脂２４を含むことができる。たとえば、繊維状物質１８の層１６は、およそ２体積パーセントから４体積パーセントの樹脂２４を含むことができる。樹脂２４の体積分率を最小限にすることにより、プリフォーム２００は一般的に多孔質を維持し、マトリックス材料２２２の注入中に実質的に大部分のプリフォーム２００にわたってマトリックス材料２２２を実質的に均一に分配することが可能になる。さらに、樹脂２４の体積分率を最小限にすることにより、硬化した複合品２５０の強度特性及び剛性特性に対する樹脂２４の効果は最小化される。
【０１１６】
図２５及び図２６に示すように、本発明の実施形態は、図２５に示す航空機の製造及び保守方法５００、及び図２６に示す航空機５０２の構造において説明することができる。製造前の段階では、例示的な方法５００は、航空機５０２の仕様及び設計５０４と、材料調達５０６とを含みうる。製造段階では、航空機５０２のコンポーネント及びサブアセンブリの製造５０８と、システムインテグレーション５１０とが行われる。したがって、航空機５０２は運航５１４に供するために、認可及び納品５１２が行われる。顧客により運航される間に、航空機５０２は定期的な整備及び保守５１６（改造、再構成、改修なども含みうる）を受ける。
【０１１７】
方法５００の各プロセスは、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。
【０１１８】
図２６示されるように、代表的方法５００によって製造された航空機５０２は、複数のシステム５２０及び内装５２２を有する機体５１８を含むことができる。高レベルのシステム５２０の例には、推進システム５２４、電気システム５２６、油圧システム５２８、及び環境システム５３０のうちの一又は複数が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。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うる。
【０１１９】
本明細書で実施された装置と方法は、製造及び保守方法５００の一又は複数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５０８に対応するコンポーネント又はサブアセンブリは、航空機５０２の運航中に製造されるコンポーネント又はサブアセンブリと同様の方法で作製又は製造しうる。また、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせは、例えば、航空機５０２の組立てを実質的に効率化するか、又は航空機５０２のコストを削減することにより、製造段階５０８及び５１０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、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせを、航空機５０２の運航中に、例えば、限定しないが、整備及び保守５１６に利用することができる。
【０１２０】
上述の説明及び関連する図面に示した説明の利点を有する当業者には、本開示の多数の変形例および他の実施形態が想起されるだろう。本明細書に記載した実施形態は、例示を意図するものであって、限定的或いは包括的であることを意図していない。ここでは特定の用語が使用されているが、それらは、包括的且つ説明的な意味のみで使用されているのであって、限定を目的として使用されているのではない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリフォームを形成する方法であって、
構造繊維及び樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を提供するステップ、
ダイ断面形状を有する形成ダイセットに層を通すステップ、
樹脂を加熱するステップ、
層をダイ断面形状に形成するステップ、及び
ダイ断面形状を有するプリフォームが形成されるような方法で、樹脂を凝固させるステップを含む方法。
【請求項２】
樹脂は熱可塑性樹脂とし、樹脂を凝固させるステップは、
熱可塑性樹脂が凝固するように熱可塑性樹脂を冷却させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
粘着力の高められた繊維状物質の層は、およそ１体積パーセントから１０体積パーセントの樹脂を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
粘着力の高められた繊維状物質の層は、およそ２体積パーセントから４体積パーセントの樹脂を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
形成ダイセットは固定ダイセットを含み、形成ダイセットに層を通すステップは、
プルメカニズムを使用して、固定ダイセットを介して層を連続的に引き抜き成形するステップを含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
形成ダイセットは可動ダイセットを含み、形成ダイセットに層を通すステップは、
可動ダイセット間に層のセクションを順番に固定することにより、層をダイ断面形状に連続して形成するステップを含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
ダイ断面形状は、形成ダイセットの長さにわたって変化する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
複合品は、少なくとも航空機又は宇宙探査機のコンポーネントを含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
樹脂は、マトリックス材料の存在下では、
マトリックス材料に少なくとも部分的に溶解する、
マトリックス材料と反応する、及び
マトリックス材料の硬化中にマトリックス材料のフェーズとは異なるフェーズに留まる、
のうちの少なくとも一の特性を有する熱可塑性樹脂とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
樹脂は熱可塑性樹脂とし、
少なくとも二のプリフォームをプリフォームスタックにスタッキングするステップ、
熱可塑性樹脂の粘着性を弱める温度までプリフォームスタックを加熱するステップ、
プリフォームスタックに圧縮力を印加するステップ、及び
熱可塑性樹脂を凝固させ、凝固プリフォームアセンブリを形成するステップをさらに含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
プリフォームを形成するシステムであって、
ダイ断面形状を有し、且つ樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を受けるように構成された形成ダイセット、
形成ダイセットを介して層を引き出すように構成されたプルメカニズム、及び
樹脂が凝固する時に層が断面形状を保持するプリフォームに形成されるような方法で、樹脂を加熱するように構成された加熱装置を備えるシステム。
【請求項１２】
繊維状物質の層は、およそ２体積パーセントから４体積パーセントの樹脂を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
繊維状物質は、互いに異なる繊維状物質の少なくとも二の層を含み、且つ
層は、層アセンブリとして形成ダイセットに引き出されている、請求項１１又は１２に記載のシステム。
【請求項１４】
形成ダイセットを介して層を引き抜き成形するように構成されたプルメカニズムをさらに備える、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
形成ダイセットは、層の一連のセクションを連続して固定するように構成された可動ダイセットを含む、請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１】
プリフォームを形成する方法であって、
構造繊維及び樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を提供するステップ、
ダイ断面形状を有する形成ダイセットに層を通すステップ、
樹脂を加熱するステップ、
層をダイ断面形状に形成するステップ、及び
ダイ断面形状を有するプリフォームが形成されるような方法で、樹脂を凝固させるステップを含む方法。
【請求項２】
樹脂は熱可塑性樹脂とし、樹脂を凝固させるステップは、
熱可塑性樹脂が凝固するように熱可塑性樹脂を冷却させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
粘着力の高められた繊維状物質の層は、およそ１体積パーセントから１０体積パーセントの樹脂を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
粘着力の高められた繊維状物質の層は、およそ２体積パーセントから４体積パーセントの樹脂を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
形成ダイセットは固定ダイセットを含み、形成ダイセットに層を通すステップは、
プルメカニズムを使用して、固定ダイセットを介して層を連続的に引き抜き成形するステップを含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
形成ダイセットは可動ダイセットを含み、形成ダイセットに層を通すステップは、
可動ダイセット間に層のセクションを順番に固定することにより、層をダイ断面形状に連続して形成するステップを含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
ダイ断面形状は、形成ダイセットの長さにわたって変化する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
複合品は、少なくとも航空機又は宇宙探査機のコンポーネントを含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
樹脂は、マトリックス材料の存在下では、
マトリックス材料に少なくとも部分的に溶解する、
マトリックス材料と反応する、及び
マトリックス材料の硬化中にマトリックス材料のフェーズとは異なるフェーズに留まる、
のうちの少なくとも一の特性を有する熱可塑性樹脂とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
樹脂は熱可塑性樹脂とし、
少なくとも二のプリフォームをプリフォームスタックにスタッキングするステップ、
熱可塑性樹脂の粘着性を弱める温度までプリフォームスタックを加熱するステップ、
プリフォームスタックに圧縮力を印加するステップ、及び
熱可塑性樹脂を凝固させ、凝固プリフォームアセンブリを形成するステップをさらに含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
プリフォームを形成するシステムであって、
ダイ断面形状を有し、且つ樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を受けるように構成された形成ダイセット、
形成ダイセットを介して層を引き出すように構成されたプルメカニズム、及び
樹脂が凝固する時に層が断面形状を保持するプリフォームに形成されるような方法で、樹脂を加熱するように構成された加熱装置を備えるシステム。
【請求項１２】
繊維状物質の層は、およそ２体積パーセントから４体積パーセントの樹脂を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
繊維状物質は、互いに異なる繊維状物質の少なくとも二の層を含み、且つ
層は、層アセンブリとして形成ダイセットに引き出されている、請求項１１又は１２に記載のシステム。
【請求項１４】
形成ダイセットを介して層を引き抜き成形するように構成されたプルメカニズムをさらに備える、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
形成ダイセットは、層の一連のセクションを連続して固定するように構成された可動ダイセットを含む、請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１３−１１１９８２（Ｐ２０１３−１１１９８２Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２６０４８０（Ｐ２０１２−２６０４８０）
【出願日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２６０４８０（Ｐ２０１２−２６０４８０）
【出願日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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