改善された加工性（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）をもつプレプレグおよび有孔プレプレグを製造する方法
複合構造物を形成するための強固化および硬化過程の前そして／または少なくともその一部分の期間中に、プレプレグおよびプレプレグ・レイアップ（３００）の内部からのガス（３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃ）の除去の、高い能力を有するプレプレグ（１０２、２０２）の二次加工のためのシステムおよび方法が開示される。特定の態様において、レイアップの前、その期間中そしてその後に、特定の形態の穿孔（２０４Ａ、２０４Ｂ）をプレプレグ中に導入することができる。穿孔は、有孔プレプレグおよびプレプレグ・レイアップの内部およびそれらの間に捕捉されたガスが、強固化および硬化過程中に抜けるための経路を提供し、それにより、生成される複合物内の残留多孔率を低下させる。この方法で、例えば、複合物の容量に基づき１０容量％未満の残留多孔率をもつ複合物を達成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の態様は、前以て含浸された繊維およびとりわけ、有孔プレプレグ、有孔プレプレグ・レイアップおよび複合構造物の二次加工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化複合物（ＦＲＣ）は，１枚または複数の層になっている繊維強化物の少なくとも一部分を取り囲むマトリックス成分を含んでなる混成構造物質である。重量比に対するそれらの比較的高い剛性、並びにそれらの比較的低い密度のために、ＦＲＣは、その重量が重大な関心事である航空機の構成部品のような適用に利用を見いだしてきた。
【０００３】
ＦＲＣの構成部品（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）は、プレプレグとしても知られるマトリックス成分で前以て含浸された繊維を使用して製造することができる。プレプレグから複合物の部品を形成するためには、１枚または複数のプレプレグの層を鋳型内に集成し、熱をかけて、マトリックス樹脂を流動させ、それによりプレプレグ層の強固化（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ）を可能にすることができる。適用される熱は更に、マトリックス成分を硬化または重合することができる。
【０００４】
しかし、この方法で複合物を形成するためのプレプレグの強固化は困難である。レイアップ期間中にプレプレグの内部、そしてプレプレグの間にガスが捕捉され、更に、プレプレグの加熱および／または硬化期間中にガスが発生するかも知れない。マトリックスがガスの移動を実質的に妨げ、そして複合物内に多孔性をもたらす可能性があるために、これらのガスをレイアップから除去することは困難である。この多孔性は更に、複合物の機械的特性を低下させる可能性がある。
【０００５】
複合物の加工期間中に捕捉ガスの除去を促進する技術が開発されてきたが、問題は残る。例えば、プレプレグ層の側部からガスを引き出すために、プレプレグの縁に減圧を適用するために縁の通気物（ｅｄｇｅ ｂｒｅａｔｈｅｒ）を使用することができる。しかし、この方法におけるプレプレグからの捕捉ガスの除去は遅く、捕捉ガスの実質的に完全な除去はもたらさないかも知れない。
【発明の概要】
【０００６】
１つの態様において、プレプレグおよびプレプレグ・レイアップの内部からの、空気および他の揮発性物質のようなガスの除去の高い能力を有するプレプレグが提供される。特定の態様において、プレプレグの内部に特定の形態の穿孔が存在する。その穿孔は有孔プレプレグ内に捕捉されたガスがプレプレグを抜ける経路を提供する。
【０００７】
１つの態様において、穿孔がプレプレグの少なくとも一部分の内部に分布されている有孔プレプレグが提供される。その穿孔はまた、およそ室温で寸法安定性であり、そして更に有孔プレプレグ内のガス移動を可能にする。
【０００８】
他の態様において、１種または複数の有孔プレプレグを使用して製造される複合物が提供される。該複合物は、複合物の総容量に基づき１０容量％未満の多孔率を有する。
【０００９】
更なる態様において、有孔プレプレグを製造する方法が提供される。該方法は、プレプレグに機械的操作またはエネルギーを適用して、プレプレグの少なくとも一部分に１つまたは複数の穿孔を形成する工程を含んでなる。
【００１０】
代わりの態様において、繊維強化複合物を形成する方法が提供される。該方法は、マトリックス樹脂および、マトリックスの少なくとも一部分の内部に埋封された繊維を含んでなるプレプレグの内部に１つまたは複数の穿孔を導入して、有孔プレプレグを形成する工程を含んでなる。１つまたは複数の穿孔は、ガスが有孔プレプレグの本体内から有孔プレプレグの外面に移動できるようになっている。
【００１１】
他の態様において、有孔プレプレグ・レイアップが提供される。有孔プレプレグ・レイアップは、前記のような１種または複数の有孔プレプレグを含んでなることができる。有孔プレプレグ・レイアップは、有孔プレプレグおよび穿孔を含まないプレプレグの組み合わせ物を含んでなることができる。更なる態様において、その有孔プレプレグ中の繊維強化物の重量分率が接着フィルムまたは表面フィルムに対するような２０重量％未満であり、そして樹脂フィルムに対するようなゼロであることができる有孔プレプレグが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ−１Ｃ】完全に含浸されたプレプレグ（１Ａ）および部分的に含浸されたプレプレグ（１Ｂおよび１Ｃ）の態様の説明図である。
【図２Ａ−２Ｂ】それぞれ穿孔をもつ、完全に含浸されたプレプレグおよび部分的に含浸されたプレプレグの態様の説明図である。
【図３Ａ−３Ｂ】それにより、図２Ａ〜２Ｂの完全に含浸されたプレプレグおよび部分的に含浸されたプレプレグおよびプレプレグ・レイアップそれぞれから、ガスを実質的に除去することができる可能な機序の説明図である。
【図４】プレプレグシステム内への穿孔の導入方法を表す。
【図５Ａ−５Ｂ】分布された穿孔；（Ａ）ランダムな穿孔の分布；（Ｂ）実質的に均等な穿孔の分布、を有するプレプレグの態様の包括図（ｔｏｐ−ｄｏｗｎ ｖｉｅｗ）である。
【図６】複合構造物を形成するための、有孔プレプレグの強固化および硬化のためのシステムの１つの態様を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
詳細な説明
本明細書で使用される用語「およそ」、「約」および「実質的に」は、所望される機能をまだ実施し、または所望される結果を達成する、記載量に近似の量を表す。例えば、用語「およそ」、「約」および「実質的に」は、記載量の１０％未満内、５％未満内、１％未満内、０．１％未満内そして０．０１％未満内の量を表すことができる。実質的に均一な円形の断面を有する穿孔は、平均孔径の１０％未満内、平均孔径の５％未満内、平均孔径の１％未満内、平均孔径の０．１％未満内、そして平均孔径の０．０１％未満内の孔径を表すことができる。他の例において、繊維の特定の面に対して実質的に垂直に伸長する穿孔は、繊維の面に対する垂線の角度の１０％未満、繊維の面に対する垂線の角度の５％未満、繊維の面に対する垂線の角度の１％未満、繊維の面に対する垂線の角度の０．１％未満、そして繊維の面に対する垂線の角度の０．０１％未満内の配向を示すことができる。
【００１４】
本明細書に使用される用語「少なくとも一部分」は、全体を含むことができる全体の量
の一部分を含んでなる、全体の量を表す。例えば、用語「一部分」は全体の０．０１％を超える、０．１％を超える、１％を超える、１０％を超える、２０％を超える、３０％を超える、４０％を超える、５０％を超える、６０％を超える、７０％を超える、８０％を超える、９０％を超える、９５％を超える、９９％を超える量、そして１００％の量を表すことができる。
【００１５】
本明細書で使用される用語「室温」は当業者に知られているその通常の意味をもち、約１５℃〜４３℃の範囲内の温度を含むことができる。
【００１６】
本明細書で使用される用語「繊維」または「複数の繊維」は当業者に知られているその通常の意味をもち、複合物の強化（ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ）のために適合された１種または複数の繊維材料を含むことができる。繊維は粒子、薄片、ウィスカー、短繊維、連続繊維、シート、諸撚糸（ｐｌｉｅｓ）およびそれらの組み合わせ物のいずれの形状をも採ることができる。連続繊維は単方向性、多方向性（例えば、二次元または三次元の）、不織物、織物、編み物、ステッチ物、巻き付け物および組みひも繊維、並びに渦巻きマット、フェルトマットおよび細断マット構造物のいずれかを採ることができる。織物繊維は約１０００本未満、約３０００本未満、約６０００本未満、約１２０００本未満、約２４０００本未満、約４８０００本未満、約５６０００本未満、約１２５０００本未満、そして約１２５０００本を超えるフィラメントをもつ複数の織物のトウ（ｔｏｗ）を含むことができる。織物のトウは交差牽引ステッチ、横糸挿入編みステッチまたは、集束剤のような少量の樹脂により所定位置に保持することができる。
【００１７】
繊維の組成は必要に応じて様々であることができる。繊維は、それらに限定はされないが、ガラス、炭素、アラミド、石英、ポリエチレン、ポリエステル、ポリ−ｐ−フェニレン−ベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）、ホウ素、ケイ素カーバイド、ポリアミド、Ｎｙｌｏｎ（登録商標）、ケイ素窒化物、Ａｓｔｒｏｑｕａｒｔｚ（登録商標）、Ｔｙｒａｎｎｏ（登録商標）、Ｎｅｘｔｅｌ（登録商標）、Ｎｉｃａｌｏｎ（登録商標）および黒鉛並びにそれらの組み合わせ物を含む。
【００１８】
本明細書で使用される用語「マトリックス」、「樹脂」および「マトリックス樹脂」は当業者に知られているそれらの通常の意味をもち、熱硬化性および／または熱可塑性材料を含んでなる１種または複数の化合物を含むことができる。例は、それらに限定はされないが、エポキシ化合物、エポキシ硬化剤、フェノール化合物、フェノール、シアネート、イミド（例えば、ポリイミド、ビスマレイミド（ＢＭＩ）、ポリエーテルイミド）、ポリエステル、ベンゾキサジン、ポリベンズイミダゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリエーテル・スルホン、ポリカーボネート、ポリエチレン・テレフタレートおよびポリエーテルケトン（例えば、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）等）、それらの組み合わせ物並びにそれらの前駆体を含むことができる。
【００１９】
本明細書で考察されるマトリックスは更に可溶性、不溶性または一部可溶性の添加物を含むことができる。このような添加物は、マトリックスの、１種または複数の、機械的、レオロジーの、電気的、光学的、化学的、および／または熱の特性に影響を与えるために提供することができる。このような添加物は更に、マトリックスと化学的に反応する、マトリックスと相互に作用する、またはマトリックスと反応しない材料を含むことができる。このような添加物の粒度分布および幾何学構造もまた、必要に応じて多様であることができる。例えば、添加物の粒度はナノスケール次元（約１ｎｍ〜１００ｎｍ）、ミクロスケール次元（約１００ｎｍ〜１００μｍ）、そして約１００μｍを超えるマクロスケール次元間の範囲にあることができる。他の例において、添加物は、それらに限定はされないが、粒子、薄片、ロッド、等を含む幾何学構造にすることができる。更なる例において、
添加物はマトリックスの特定の領域内に分配（例えば、マトリックスの表面に隣接する）またはマトリックス内に均一に分布されるまたは溶解されることができる。添加物の例は、それらに限定はされないが、難燃剤、紫外線（ＵＶ）遮蔽剤、増粘剤（例えば、Ｃａｂｏｓｉｌ（登録商標））および、損傷許容性、靭性、摩耗抵抗性の１種または複数を増加するための強化剤（例えば、ゴム、セラミックおよび／またはガラス）のような有機および無機物質を含むことができる。
【００２０】
特に有益な添加物は損傷許容性を改善するための当該技術分野で周知のゴム粒子、熱可塑性粒子または組み合わせ物である。
【００２１】
本明細書に使用される用語「含浸する」は、当業者に知られているその通常の意味をもち、繊維の少なくとも一部分中へのマトリックスフィルム、粉末、液体および／または溶液の導入を含むことができる。含浸は、熱、圧力および溶媒の１種または複数の適用により容易にされ得る。本明細書で考察される「完全含浸」はその通常の意味をもち、そして更に、プレプレグ中のようなマトリックス内に実質的にすべての繊維を埋封する含浸物を含むことができる。本明細書に考察される「部分的含浸」はその通常の意味を含み、そして実質的に完全な含浸に至らず、そしてその繊維の一部分がマトリックス内に埋封されていない乾燥繊維の領域を含む含浸物、を含むことができる。
【００２２】
本明細書で使用される用語「プレプレグ」は当業者に知られているその通常の意味をもち、従ってそれらの容量（ｖｏｌｕｍｅ）の少なくとも一部分内において、マトリックス樹脂で含浸された繊維のシートまたは薄層（ｌａｍｉｎａ）を含む。マトリックスは部分的に硬化された、または未硬化状態で存在することができる。
【００２３】
本明細書で使用される用語「レイアップ」は当業者に知られているその通常の意味をもち、そして相互に隣接して位置された１種または複数のプレプレグを含むことができる。特定の態様において、レイアップ内のプレプレグは相互に対して特定の配向に配置することができる。更なる態様において、プレプレグは場合により、特定の配向からのそれらの相対的移動を防ぐために、縫い糸材料で一緒に縫い合わせることができる。更なる態様において、「レイアップ」は本明細書で考察されたような完全含浸プレプレグ、部分的含浸プレプレグおよび有孔プレプレグのいずれかの組み合わせ物を含むことができる。レイアップは、それらに限定はされないが、手動レイアップ、自動化テープレイアップ（ＡＴＬ）、事前繊維配置（ＡＦＰ）およびフィラメント巻き付けを含むことができる方法により製造することができる。
【００２４】
本明細書で使用される用語「寸法安定性」は当業者に知られているその通常の意味をもち、従って、特定の時間に対する特定の範囲内の寸法を維持する構造物の能力を含む。特定の態様において、特定の範囲は、特定の圧力下で特定の速度におけるガスの通過を許すような、意図される機能を実施する構造物の能力により決定することができる。
【００２５】
本明細書で使用される用語「強固化」は当業者に知られているその通常の意味をもち、従って、樹脂またはマトリックス樹脂が空隙を埋めるように流入する過程を含む。例えば、「強固化」は、それらに限定はされないが、繊維およびプレプレグ、穿孔、等の間およびそれらの内部の空隙中へのマトリックスの流入を含むことができる。「強固化」は更に、熱、真空および適用された圧力の１つまたは複数の作用下で起ることができる。
【００２６】
本明細書で使用される用語「硬化させる（ｃｕｒｅ）」および「硬化（ｃｕｒｉｎｇ）」は当業者に知られているその通常の意味をもち、重合および／または架橋過程を含むことができる。硬化は、それらに限定はされないが、加熱、紫外線に対する曝露および放射線に対する曝露を含む過程により実施することができる。特定の態様において、硬化はマ
トリックス内で起ることができる。マトリックスは更に、硬化の前に、およそ室温において液体、半固体、結晶性固体およびそれらの組み合わせ物である１種または複数の化合物を含んでなることができる。更なる態様において、プレプレグ内のマトリックスは、特定の粘着性（ｓｔｉｃｋｉｎｅｓｓ）または粘着力（ｔａｃｋ）を示すために調合する（ｆｏｒｍｕｌａｔｅ）または一部硬化させることができる。特定の態様において、強固化および硬化を一工程で実施することができる。
【００２７】
本開示の態様は有孔プレプレグ、有孔プレプレグ・レイアップおよび製法を提供する。有孔プレプレグは、有孔プレプレグおよび有孔プレプレグ・レイアップ内およびそれらの間に捕捉されたガスの除去の、高められた能力を有する。捕捉ガスは更に、有孔プレプレグのみからの強固化過程の前そして／または少なくともその一部の期間中、あるいは有孔プレプレグ・レイアップ中へ取り入れられる時、並びに複合構造物を形成するための強固化過程の前そして／またはその少なくとも一部の期間中に除去することができる。特定の態様において、特定の形態をもつ穿孔はレイアップ前にプレプレグ中に導入される。代わりの態様において、特定の形態をもつ穿孔は、レイアップ中またはレイアップ後にプレプレグ中に導入される。プレプレグの強固化の前そして／または少なくともその一部の期間中に、穿孔は、有孔プレプレグまたは有孔プレプレグ・レイアップ内およびそれらの間に捕捉されたガスが抜ける経路を提供し、それにより、生成される複合物内の残留多孔率を低下させ、そしてその機械的特性を高めることができる。この方法で、例えば複合物の総容量に基づき１０容量％未満、４容量％未満、そして１容量％未満の残留多孔率を有する複合物を達成することができる。
【００２８】
特定の態様において、有孔プレプレグは穿孔の寸法安定性を可能にするようになっている。その結果、穿孔は、一旦導入されると、特定の期間にわたり寸法的に安定であり続けることができる。特定の態様において、穿孔は、有孔プレプレグの保存期間中、寸法的に安定であり続けることができる。他の態様において、穿孔は、強固化過程の少なくとも一部の期間中、寸法的に安定であり続けることができる。有益なことには、有孔プレプレグのこのデザインは、有孔プレプレグ内および有孔プレプレグ・レイアップ内の有孔プレプレグの層間に捕捉されたガスの除去を許す。
【００２９】
特定の態様において、寸法安定性はマトリックスの粘度を調整することにより提供することができる。例えば、およそ室温における約１，０００，０００センチポアズ（ｃｐ）を超える比較的高いマトリックスの粘度が寸法安定性をもつ穿孔を提供することができる。好ましくは、マトリックス樹脂は、およそ室温において寸法安定性の穿孔を形成するようになっており、室温より高い、特定の温度において流動して、１つまたは複数の穿孔を充填することができる。
【００３０】
更なる態様において、穿孔は完全含浸または部分的含浸プレプレグ中に導入することができる。以下に更に詳細に考察されるように、プレプレグ繊維の一部がマトリックス樹脂で含浸されていない有孔プレプレグ、部分的含浸プレプレグを二次加工することができる。このような部分的含浸プレプレグ内に穿孔を導入することにより、ガスは、有孔プレプレグの非含浸部分、有孔部分、プレプレグ・レイアップ中のプレプレグ間の層間領域およびそれらの組み合わせ物中を移動することができ、それにより部分的含浸された有孔プレプレグおよびレイアップを抜けるガスの能力を高めることができる。有益なことには、完全含浸または部分的含浸プレプレグのいずれかへの、穿孔の導入能力が、本明細書で考察された方法を広範なプレプレグおよび適用とともに使用させる。
【００３１】
更なる態様において、穿孔の形態は、強固化の前そして／または少なくともその一部の期間中の、プレプレグから抜けるガスの能力を更に高めるために、更に多様にすることができる。１つの例において、穿孔はプレプレグの厚さを通して一部または完全に伸長する
ことができる。他の例において、穿孔は、制御された方法でプレプレグ中に分布させることができ、それによりプレプレグ全体からのガスの除去を許し、均一な複合物の形成を容易にさせることができる。更なる例において、それらに限定はされないが、サイズ、形状、分布および穿孔密度（単位面積当りの穿孔の数）を含む穿孔のパラメーターは、必要に応じて多様であることができる。
【００３２】
図１Ａ〜１Ｂは完全含浸および部分的含浸プレプレグ１００、１０８の態様を表す。１つの態様において、プレプレグ１００、１０８は、繊維１０４、および繊維１０４の少なくとも一部分中に含浸されたマトリックス１０２を含んでなる。
【００３３】
マトリックス１０２は熱および／または圧力の適用を伴いまたは伴わずに、固体、半固体フィルム、粉末および液体の形状で繊維１０４中に完全にまたは部分的に含浸されることができる。一例において、完全含浸プレプレグ１００はマトリックス１０２内に実質的に埋封された繊維をもつことができる。他の例において、部分的含浸プレプレグ１０８は図１Ｃに示されるように、マトリックス１０２内に実質的には埋封されてはいない乾燥繊維１１６を含む、マトリックス非含有区域１１４のような、マトリックス１０２を実質的に含まない特定の領域を含むことができる。他の例において、部分的含浸プレプレグ１０８は、図１Ｂに示されるように、マトリックス１０２内に埋封された、マトリックス非含有区域１１４中の幾らかの繊維とともに、ほとんど乾燥した繊維１１６を含むマトリックス非含有区域１１４として示されるような、マトリックス１０２を部分的に含まない特定の領域を含むことができる。１つの態様において、部分的含浸プレプレグ１０８は、両側から繊維１０４を含浸し、それによりプレプレグ１０８の内部内に、マトリックス１０２を実質的に含まないマトリックス非含有区域１１４を残すことにより形成することができる。他の例において、部分的含浸プレプレグ１０８は、繊維１０４を片側から含浸することにより形成することができる。以下に考察されるように、マトリックス非含有領域１１４は、導入された穿孔と協力して、強固化および／または硬化過程中に部分的含浸プレプレグ１０８からのガスの除去を可能にすることができる。
【００３４】
プレプレグ１００、１０８は、それらに限定はされないが、溶液浸漬および溶液噴霧のような溶液法、並びにダイレクトメルトおよびフィルムカレンダリングのようなメルトおよび加工法（ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）を含む多数の方法を使用して形成することができる。これらの方法は、繊維１０４の少なくとも一部を、流動性または柔軟な状態のマトリックス１０２と接触させ、そして繊維１０４をマトリックス１０２で含浸させるようになっている。レイアップ過程を容易にするために、マトリックス１０２の粘着性を、マトリックス含浸期間中および／またはその後に適宜調整することができる。
【００３５】
溶液浸漬法においては、繊維１０４を、溶媒内に溶解されたマトリックス固体の浴内を通過させることができる。繊維１０４が浴を通過する時に、それらは、繊維１０４が浴を通過する速度および浴内のマトリックス固体の含量のような因子により変動する量のマトリックス固体を捕捉する。溶液噴霧法においては、特定量のマトリックス固体が繊維１０４上に噴霧される。溶液法の各事例においては、溶媒を実質的に除去するために、浴または噴霧に曝露後に含浸繊維１０４を加熱し、更にマトリックスに硬化法を開始させることができる。
【００３６】
ダイレクトメルト法においては、マトリックス１０２は、直接、繊維１０４上への、ほとんど溶媒を含まないコーティングとして提供される。適用温度において、マトリックス１０２は、繊維１０４の少なくとも一部を含浸させてプレプレグ１００、１０８を形成するように十分に流動性である。あるいはまた、フィルムカレンダリングにおいては、マトリックス１０２はメルトまたは溶液からフィルムに流延成形される。その後、繊維１０４は１枚または複数のマトリックスフィルムまたは片側から適用される１枚のフィルムの間
に挟まれ、そしてマトリックスフィルムを繊維１０４中に組み入れる（ｗｏｒｋ ｉｎｔｏ）ようにカレンダー処理される。
【００３７】
含浸前または含浸後にマトリックス１０２に添加物を添加することもできる。１つの態様において、添加物はマトリックス１０２上またはその内部に散布することにより添加される粒状物を含んでなることができる。層間に配置される添加物により、ガスが形成される通路をより自由に移動することができるために、このような添加物はまた、レイアップの層間のガスの除去のために有益であることができる。このような粒状物の添加物は、それらに限定はされないが、約２００μｍ未満の平均粒径を有する、熱可塑性粒子、熱硬化性粒子、珪酸含有粒子、ガラス粒子、ゴムおよび無機粒子のあらゆる組み合わせ物のような粒子を含むことができる。
【００３８】
プレプレグ１００、１０８の繊維含量もまた、適用により決定されるように多様であることができる。１つの態様において、繊維１０４の重量分率はプレプレグ１００、１０８の総重量に基づき約２０〜８０重量％の間にあることができる。更なる態様において、有孔プレプレグ中の繊維１０４の重量分率は、接着剤または表面材フィルムに対するような２０重量％未満であり、そして樹脂フィルムに対するようなゼロであることができる。このような態様の有孔プレプレグは有利には、その穿孔が、表面からの、接着剤間からの、またはコアからのガスの除去のための経路を提供する接着剤または表面材フィルムとして使用されることができる。このような接着剤は複合物、金属およびサンドイッチ構造物の適用のための同時硬化性接着の適用を含むと考えられる。有孔プレプレグ中の繊維１０４の重量分率が２９重量％未満であるか、または皆無である有利な態様は、例えば、接着剤中の繊維が軽量ポリエステルまたはナイロンのスクリムである接着剤を含む。
【００３９】
マトリックス１０２により占められるプレプレグ１００、１０８の割合もまた、所望に応じて多様であることができる。特定の態様において、マトリックス１０２は、プレプレグ１００、１０８の総重量に基づき約２０〜８０重量％の間のプレプレグ１００、１０８を占めることができる。
【００４０】
図２Ａ〜２Ｂは、穿孔２０４Ａおよび部分穿孔２０４Ｂをもつ完全および部分的含浸プレプレグ２００、２０２の態様を表す。特定の態様において、穿孔２０４Ａは実質的にプレプレグ２００、２０２の幅を通過して伸長することができ、他方、部分的穿孔２０４Ｂはプレプレグ２００、２０２の幅の特定の部分を通って伸長することができる。
【００４１】
穿孔２０４Ａ、２０４Ｂはプレプレグ１００、１０８中に導入される通路を含むことができ、それらに限定はされないが、貫通孔（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）、穴（ｈｏｌｅ）、微細孔（ｐｏｒｅ）、裂け目（ｓｌｉｔｓ）、透き間（ｇａｐｓ）、割れ目（ｃｒａｃｋｓ）およびそれらの組み合わせ物を含むことができる。穿孔２０４Ａ、２０４Ｂはそれらの長さに沿って実質的に均一であるか、それらの長さに沿って実質的に非均一であるか、それらの組み合わせであることができる。穿孔２０４Ａ、２０４Ｂは更に、繊維１０４の長軸に対して特定の角度に配向されることができる。例えば、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂは繊維１０４の長軸にほぼ垂直に伸長することができる。
【００４２】
有孔プレプレグ２００、２０２は、特定の理論に制約されることなしに、強固化の前そして／またはその少なくとも一部の期間中に、個々の有孔プレプレグ２００、２０２および、有孔プレプレグ２００、２０２を取り入れるプレプレグ・レイアップ３００、３１０（図３Ａ〜３Ｂ）からのガスの除去を容易にし、従って有孔プレプレグ２００、２０２を含まずに形成された複合物に比較して、それらから形成された複合物内の孔の容量（ｖｏｌｕｍｅ）を減少させることができる。例えば、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂは有孔プレプレグ２００、２０２からのガスの抜け道を提供し、そして非有孔プレプレグに比較して、よ
り容易にそしてより大量に有孔プレプレグ２００、２０２からガスを除去させる。ガスは、マトリックス１０２内あるいは部分的および／または完全含浸プレプレグ２００、２０２のマトリックス非含有区域１１４内から発生する層内ガス３０２Ａ、並びに、マトリックス１０２内およびプレプレグ・レイアップ中のプレプレグ層の間からの層間領域から発生する層間ガス３０２Ｂ、３０２Ｃを含むことができる。とりわけ、有孔プレプレグ２００、２０２は強固化期間中に発生する可能性があるガスの除去に適すると考えられる。
【００４３】
図３Ａおよび３Ｂは、それらからガスを除去することができる、部分的に含浸された有孔プレプレグ・レイアップ３００および完全に含浸された有孔プレプレグ・レイアップ３１０の態様を表す。本開示の態様は、完全含浸プレプレグ１００、部分的含浸プレプレグ１０２、完全含浸有孔プレプレグ２００および部分的含浸有孔プレプレグ２０２、のあらゆる組み合わせを含んでなるレイアップを含むことができる。
【００４４】
図３Ａ〜３Ｂに示されるように、有孔プレプレグ２００、２０２内のガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃは、有孔プレプレグ２００、２０２から逃げ出すために、マトリックス１０２、マトリックス非含有区域１１４および穿孔２０４Ａ、２０４Ｂのあらゆる組み合わせを通って移動することができる。例えば、マトリックスの流れ、加えられる圧力および／または減圧により起る可能性がある力の影響下で、ガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃは、隣接する穿孔２０４の間および／またはその内部から押し出されることができる。一旦穿孔２０４中に入ると、ガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃは、マトリックス１０２からの実質的な抵抗を伴わずに、有孔プレプレグ２００、２０２から容易に逃げ出すことができる。
【００４５】
図３Ａの部分的含浸有孔プレプレグ・レイアップ３００に更に示されるように、マトリックス非含有区域１１４は、２個またはそれ以上の穿孔２０４Ａおよび２０４Ｂのあらゆる組み合わせの間でガス３０２Ａ、３０２Ｃの連絡を可能にすることができる。例えば、ガス３０２Ａ、３０２Ｃが一旦穿孔２０４Ａに侵入すると、ガス３０２Ａ、３０２Ｃは、有孔プレプレグ２０２から逃げ出すために穿孔２０４Ａに従う代わりに、有孔プレプレグ２０２から逃げ出す前に、マトリックス非含有区域１１４を通って穿孔２０４Ｃに移動することができる。他の例において、ガス３０２Ａ、３０２Ｃは、１個または複数の穿孔２０４Ａ、２０４Ｂを通ってマトリックス非含有区域１１４に移動し、そこでガス３０２Ａ、３０２Ｃは、部分的含浸有孔プレプレグ・レイアップ３００から逃げるためにマトリックス非含有区域１１４中を移動することができる。有利なことには、ガス３０２Ａ、３０２Ｃの穿孔２０４Ａ、２０４Ｂ間を移動する能力が、ガス３０２Ａ、３０２Ｃに有孔プレプレグ２０２からの様々な経路を許すことができる。ガス３０２Ａ、３０２Ｃは、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂおよびマトリックス非含有区域１１４のまだ他の組み合わせを通って有孔プレプレグ２００、２０２から逃げ出すことができるために、このような代わりの経路は、１個または複数の穿孔２０４Ａ、２０４Ｂが阻止されるかあるいは通過不能である環境下で有益であることができる。
【００４６】
特定の態様において、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂは、図４に示されるようなエネルギーの適用によるマトリックスの含浸後に、プレプレグ１００、１０８中に導入することができる。エネルギーは更に機械および熱エネルギーの少なくとも１つを含んでなることができる。完全なおよび部分的含浸プレプレグ１００、１０８は穿孔２０４Ａ、２０４Ｂを導入する過程に関して以下に考察されるが、穿孔はまた、完全含浸有孔プレプレグ２００および部分的含浸有孔プレプレグ２０２中にも導入することができることは理解することができる。更に、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂは、完全含浸プレプレグ１００、部分的含浸プレプレグ１０２、完全含浸有孔プレプレグ２００および部分的含浸有孔プレプレグ２０２のあらゆる組み合わせ物を有するレイアップ中に導入することができる。
【００４７】
特定の態様において、穿孔法はプレプレグ中の多数の繊維を破壊することができる。特定の態様において、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂは、有孔プレプレグ２００、２０２から形成される複合物の引張り強さ、引張り弾性率および圧縮強さのような機械的特性が、穿孔をもたない匹敵するプレプレグから二次加工された複合物に比較して、１０％未満、５％未満そして／または１％未満だけ低下するように導入される。
【００４８】
１つの態様において、機械エネルギーは、ピンローラーのような、１個または複数の突起４０２をもつ穿孔具４００の使用により適用することができる。１つの態様において、穿孔具４００は複数のピンを含むピンローラーであることができ、ここで各ピンは、所望の深度までプレプレグを貫通するために必要とされる、約１００μｍの高さ〜約５ｃｍ以上の高さ、より好ましくは、約１ｍｍ〜約２５ｍｍである。各ピンは、プレプレグ中に貫通される時にプレプレグの表面において約１μｍ〜約１０ｍｍ、より好ましくは約５００μｍ〜１５００μｍの平均直径をもつ円錐形、台形、勾配付き、等のようないずれの分類の形状であることもできる。複数のピンは同一または異なる高さおよび直径をもつものであることができる。ピンは好ましくは鋭い先端に終結するが、切れ味の悪い、丸みを帯びた、斜めのまたは他の所望される形状の先端で終結することができる。穿孔具４００の突起４０２は、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂを導入するためにそれらの厚さの少なくとも一部を通ってプレプレグ１００、１０８を貫通することができる。突起４０２は更に穿孔２０４Ａ、２０４Ｂに所望されるサイズ、密度および／または形態にさせることができる。代わりの態様において、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂの所望の形態を達成するために複数の穿孔具４００を使用することができる。
【００４９】
更なる態様において、機械エネルギーは超音波４１０を発生することができる超音波装置４０６の使用によりプレプレグ１００、１０８に適用することができる。超音波４１０は超音波領域内の周波数を有する圧力波を含んでなる。プレプレグ１００、１０８に侵入する時に、圧力波がマトリックス１０２を破壊させて、貫通孔２０４Ａ、２０４Ｂを形成することができる。超音波４１０による貫通孔２０４Ａ、２０４Ｂの形成はまた、マトリックス１０２を破壊するために必要なエネルギーを軽減するために、プレプレグ１００、１０８を冷却することにより容易にさせることができる。更なる態様において、冷却されたプレプレグに機械的操作を適用して、微細孔または穿孔を形成する。
【００５０】
他の例において、レーザー４０４の使用により熱エネルギーを適用することができる。レーザー４０４のビーム４１２はプレプレグ１００、１０８中の特定の深度の穿孔２０４Ａ、２０４Ｂを焼き抜くようになっている。ビーム４１２の断面積は所望の穿孔２０４の断面積にほぼ等しい可能性がある。
【００５１】
形成される穿孔は、有孔プレプレグまたは有孔プレプレグ・レイアップからのガスの逃げに十分なあらゆるサイズの孔径をもつことができる。例えば、各穿孔の平均孔径は、複数の穿孔が十分なガスの逃げを許すような穿孔密度および他の因子に応じて、約１μｍ以下から約５０００μｍ以上、そして好ましくは約５０μｍ〜約５００μｍであることができる。更なる態様において、穿孔２０４の分布は、図５Ａ〜５Ｂの包括図に示されるようにガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃが有孔プレプレグ２００、２０２を逃げることができるように選択することができる。例えば、穿孔２０４は有孔プレプレグ２００、２０２のほぼ全容量にわたり分布することができる。分布は図５Ａに示されるようにランダムでも、または図５Ｂに示されるようにほぼ均等でもよい。１つの態様において、穿孔２０４は穿孔の孔径に応じてガスの十分な逃げを許すために必要なだけ多数まで、２０平方ｃｍ当り約１個を超える穿孔の平均密度で存在することができる。更なる例において、穿孔２０４は特定のパターンで分布することができる。更に、穿孔２０４は、約０．０１〜１００ｍｍのような特定の距離（例えば、縁から縁の距離、中心から中心の距離、等）だけ離すことができる。有利なことには、有孔プレプレグ２００、２０２の全容量内に穿孔２０
４を分布することにより、ガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃは有孔プレプレグ２００、２０２の容量中から逃げることができ、それにより不均一な多孔率の領域の発生を防止することができる。しかし、代わりの態様において、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂは、プレプレグ１００、１０８の実質的に全容量中ではなく、プレプレグ１００、１０８の特定の部分中に導入することができることを理解することができる。
【００５２】
更なる態様において、マトリックス１０２の粘度は穿孔２０４を寸法的に安定であり続けるようにさせることができる。有利なことには、穿孔２０４の寸法安定性は、過剰な注意をせずに、製造、保存および使用期間中に有孔プレプレグ２００、２０２の処理を許すことができる。形成される穿孔は完全にまたは実質的に炭素繊維並びにマトリックス樹脂を欠く。
【００５３】
他の態様において、マトリックス１０２の粘度は、強固化期間中に有孔プレプレグ２００、２０２内およびそれらの間の空隙に流動しそしてそれらを充填するようにさせることができる。例えば、１つの態様において、マトリックス１０２の粘度は、外圧をかけずに、熱の適用時に空隙に流動して、それらを充填するようにさせることができる。他の態様において、マトリックス１０２の粘度は、熱および外圧および／または減圧の適用時に空隙に流動して、それらを充填するようにさせることができる。有利なことには、強固化期間中に、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂおよび他の空隙を充填させることにより、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂおよび他の空隙を、生成される複合物の多孔率に寄与しないようにさせることができる。
【００５４】
更なる態様において、有孔プレプレグ２００、２０２は種々のレベルの粘着性を示すようにさせることができる。有利には、比較的高レベルの粘着性を示す有孔プレプレグ２００、２０２は、それらが比較的緊密な半径内に配置されることができるために、複雑な複合部品の二次加工に適するかも知れない。
【００５５】
図６は、有孔プレプレグ２００、２０２の強固化および硬化のためのシステム６００の１つの態様を示す。特定の態様において、有孔プレプレグ２００、２０２は、特定の配向またはレイアップ６０２に積み重ねられ、強固化され、そして硬化されて複合物の構成部品を形成するようになっているラミナとして構成される。例えば、繊維１０４の単方向性配向を有する有孔プレプレグ２００、２０２において、繊維１０４はプレプレグ１００、１０８の最大寸法に対して、０°、９０°または特定の角度θに配向することができる。配向のあらゆる組み合わせをもつ有孔プレプレグ２００、２０２を組み合わせて、レイアップ６０２を形成することができる。同様に、他の繊維構造物を有する有孔プレプレグ２００、２０２に対するレイアップ６０２を生成することができる。
【００５６】
レイアップ６０２は更に、レイアップ６０２内の１枚または複数の有孔プレプレグの層間に配置された材料を含んでなることができる。１つの態様において、材木、発泡体、ハニカムを含んでなる中心のコアまたは他の構造物質をそのように配置することができる。あるいはまた、または更に、細長い強化領域を形成するように、有孔プレプレグ層間にダブラー（ｄｏｕｂｌｅｒ）層を配置することができる。更に、ガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃの除去を容易にする、または損傷許容性のような機械的特性を増強するために、例えば米国特許公開第２００５／０２５５７６６号に記載されたような、未含浸または部分的含浸の軽量スクリム、例えばガラス繊維、炭素、熱可塑性または他の材料の織物または不織物を、特定の場所のレイアップ６０２内に導入することができる。
【００５７】
更なる態様において、粘着性を改善するために、マトリックス樹脂より低い粘度をもつ連続的または不連続樹脂フィルムをプレプレグ２００／２０２および／またはレイアップ６０２に添加することができる。レイアップ６０２に対するこのような樹脂フィルムの添
加は、特にプレプレグ２００、２０２のマトリックスが粒子またはスクリムのような添加物を含んでなる環境下で、プレプレグ２００／２０２のレイアップ６０２の調製を容易にすることができる。樹脂フィルムは有孔であることができ、そして好ましくは有孔である。
【００５８】
コア構造物を取り入れるレイアップ６０２の態様において、プレプレグの硬化期間中、プレプレグ材料にコアを接着するために、接着物質を使用することもできる。ハニカム構造物のような開放された中心コア構造物は、著しい量のガスを含むことができるので、接着層もまた、ガスの除去を容易にするために、有孔化または網状化することができる。更なる態様において、除去されるガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃに対し、実質的に妨害されない経路を提供するために、プレプレグ１００、１０２Ａ、接着層およびコア層中に、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂを導入することができる。
【００５９】
レイアップ６０２は、強固化および硬化期間中、有孔プレプレグ２００、２０２が採用するための型板の形状を提供する工具６０４と接して配置することができる。例えば、工具６０４は比較的平坦な表面、湾曲した表面およびそれらの組み合わせを含むことができる。１つの態様において、レイアップ６０２の面を第２の工具に隣接して成形するように、第２の工具を工具６０４の反対側に配置することができる。工具６０４および第２の工具に力をかけて、有孔プレプレグ２００、２０２を強固化し、そして加熱して、プレス硬化システム中で有孔プレプレグ２００、２０２を硬化させることができる。真空包装物６１０はこのようなプレス硬化システムに、場合により使用される。レイアップ６０２の外側へのマトリックス１０２の流出を妨げる、またはガス流動を改善するために、１個または複数のダム６０６を、レイアップ６０２の縁に隣接して配置することもできる。
【００６０】
レイアップ６０２および工具６０４は更に、未含浸ガラス繊維のような通気物６１２とともに真空包装物６１０により密封することができる。１つの態様において、通気物６１２は表面通気のために、レイアップ６０２の少なくとも片方の水平面に隣接して配置することができる。他の態様において、通気物６１２は縁の通気のために、レイアップ６０２の１つまたは複数の縁に隣接して配置することができる。更なる態様において、通気物６１２は表面および縁の双方の通気のために配置することができる。工具６０４と真空包装物６１０の間にほぼ機密性の密封を形成するために、必要に応じてシーラントテープを更に使用することができる。
【００６１】
更なる態様において、システム６００からの、二次加工された複合物の取り外しを容易にするために、１面または複数の表面におけるプレプレグ２００、２０２および通気物６１２の間に、分離フィルム６１４を導入することができる。特定の態様において、分離フィルム６１４はガス透過性であることができる。代わりの態様において、分離フィルム６１４は有孔であることができる。更なる態様において、分離フィルム６１４は実質的にガス不透過性であるが、除去のためにガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃがレイアップ６０２の縁に移動することを許すことができる。
【００６２】
レイアップ６０２からのガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃの除去を容易にするために、通気物６１２を介して、真空包装物６１０に真空を適用することができる。レイアップ６０２は更に、マトリックス１０２の粘度を低下させ、そしてマトリックス１０２を流動させる圧力差を誘発するために、オートクレーブ内におけるような加圧下で、またはオーブン内におけるように圧力をかけずに加熱することができる。マトリックスの流れは空隙領域を充填し、レイアップ６０２からガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃを追い出すことができる。マトリックス１０２の粘度が強固化を容易にするのに十分に低い時に、マトリックス１０２は更に流動して、レイアップ内の穿孔２０４および他の空隙または開放容積（ｏｐｅｎ ｖｏｌｕｍｅ）中に侵入することができる。
【００６３】
レイアップ６０２の強固化および硬化の完了時に、レイアップ６０２は、複合物の総体積の約１０容量％未満の多孔率を有することができる複合物の構成部品を形成する。
【実施例】
【００６４】
以下の実施例は、開示される有孔プレプレグの態様の利点を示すために提供される。例えば、有孔プレプレグ２００、２０２は、穿孔をもたないプレプレグに比較して、縁の通気を伴わずに有孔プレプレグ・レイアップ３００、３１０からのガスの除去を有意に改善し、そして強固化および硬化時に、低い多孔率の複合物を生成することが認められた。更に、実施例は、レイアップ内の有孔プレプレグの層内および層間からのガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃの除去率が、穿孔をもたない匹敵するプレプレグの除去率よりも大きいことが見いだされたことを示す。これらの実施例は説明的目的のために考察され、開示された態様の範囲を限定するものと考えてはならない。
【００６５】
実施例１ − オーブン中で減圧バッグのみ（ＶＢＯ）の条件により部分的含浸プレプレグから二次加工された炭素繊維／エポキシ複合物
３種の炭素繊維／エポキシ複合物、試験１、２および３が減圧バッグ封入物内に密封された部分的含浸プレプレグから二次加工され、真空圧のみ（オートクレーブの圧力なし）にかけた。この加工法はまた、減圧バッグのみ（ＶＢＯ）加工法とも呼ばれる。複合物の多孔率に対するそれぞれの効果を調べるために、縁の通気または密封の使用並びに穿孔の存在および不在を変えた。密封された縁をもつ有孔プレプレグ（縁の通気を伴わない）から二次加工された複合物は、穿孔をもたないプレプレグから実質的に同一の条件下で二次加工された複合物より有意に低い多孔率を示したことを認めた。更に、縁を密封された有孔プレプレグから二次加工された複合物の多孔性レベルは、縁の通気を伴う非有孔プレプレグから二次加工された匹敵する複合物とほぼ同等な多孔率を示した。
【００６６】
試験１ − 縁の通気を伴う非有孔プレプレグ
試験１の炭素繊維／エポキシ複合物を、約１４５ｇ／ｍ２の面積繊維重量を有するポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）基材の繊維、Ｔｈｏｒｎｅｌ（登録商標） Ｔ４０／８００（Ｃｙｔｅｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｗｅｓｔ Ｐａｔｅｒｓｏｎ，ＮＪ）を含んでなる単方向性プレプレグから二次加工した。ＣＹＣＯＭ（登録商標）５２１５エポキシ樹脂（Ｃｙｔｅｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｗｅｓｔ Ｐａｔｅｒｓｏｎ，ＮＪ）を含んでなるマトリックスを、プレプレグのマトリックス重量分率が約３５重量％であるように部分的に含浸させた。プレプレグを約３０．５ｃｍ×３０．５ｃｍのシートに裁断し、これらのシートの約３０枚を（０）３０レイアップに積み重ねた。縁の通気を容易にするために縁に沿って通気ひもを有するシリコーンのダムとともにレイアップをバッグに入れ、真空包装物内に入れ、そして約４時間、約２０ｍｍＨｇ絶対圧の真空にかけた。次にレイアップを約８２℃の温度に約４時間加熱することにより硬化させた。そのように形成された複合ラミネートを切断し、磨き、そして約０．１容量％未満の多孔率を有することを認めた。
【００６７】
試験２ − 縁を密封された非有孔プレプレグ
試験２の炭素繊維／エポキシ複合物は、シーラントテープを使用してすべての縁を密封し、それが実質的に縁の通気を遮断した、レイアップをバッグに入れたことを除き、試験１と同様な方法で二次加工された。そのように形成された複合ラミネートを切断し、磨き、そして約５．５容量％の多孔率を有することを認めた。
【００６８】
試験３ − 縁を密封された有孔プレプレグ
試験３の炭素繊維／エポキシ複合物は、プレプレグを、約６ｍｍ離して均等に配置された、鋭い先端で終結する、６ｍｍの高さおよび土台において１ｍｍの直径のディメンショ
ンをもつ円錐形のステルピンを含む、約１８”の長さおよび４”の直径の、木材の、円筒状のピンローラーを使用して機械的に穿孔したことを除き、試験２と同様の方法で二次加工した。ピンローラーのピンはプレプレグの厚さの特定の距離だけプレプレグを貫通して穿孔を形成する。貫通の距離が大きいほど、生成される穿孔のサイズが大きい。穿孔は、貫通物の密度に応じて、所望に従い約１００μｍ〜約１ｍｍの孔径サイズで多様にさせることができる。プレプレグを横切るピンローラーの複数の通過は、所望に応じて、生成される穿孔の密度を増加し、他方、各穿孔の比較的一定のサイズを維持することは、約２個の穿孔／ｃｍ２の穿孔密度を与える。穿孔は実質的に、各プレプレグ層の厚さを通して伸長して、約３００μｍの孔径の穿孔をもたらし、そしてレイアップの前にプレプレグ中に導入された。そのように形成された複合ラミネートは切断され、磨かれ、そして約０．１容量％未満の多孔率を有することが認められた。
【００６９】
実施例１ − 要約
【表１】
【００７０】
表１のデータは、真空圧のみを使用して非有孔プレプレグ・レイアップを二次加工する時に、縁の通気の使用が、約５．５容量％から約０．１容量％未満までの、複合物の多孔率の有意な低下を可能にしたことを示す。更に、有孔プレプレグの使用により、縁の通気の必要なしに、複合物の多孔率の同様な低下を達成することができることを認めた。
【００７１】
実施例２ − オートクレーブ圧および真空を使用して部分的含浸プレプレグから二次加工された炭素繊維／エポキシ複合物
３種の炭素繊維／エポキシ複合物、試験４、５および６を、真空およびオートクレーブ圧で部分的含浸プレプレグから二次加工した。複合物の多孔率に対する各々の効果を検討するために、縁の通気および穿孔の存在および不在を変えた。縁の通気を伴わずに部分的含浸有孔プレプレグからオートクレーブ圧で二次加工された複合物は、穿孔のない部分的含浸プレプレグから実質的に同一条件下で二次加工された複合物より有意に低い多孔率を示したことを認めた。縁の通気を伴わない有孔プレプレグからオートクレーブ圧下で二次加工された複合物の多孔レベルは、縁の通気を伴う非有孔プレプレグから二次加工された匹敵する複合物とほぼ同等の多孔レベル、そして縁の通気を伴わない非有孔プレプレグより実質的に低い多孔レベルを示した。
【００７２】
試験４ − 縁の通気を伴う非有孔プレプレグ
試験４の炭素繊維／エポキシ複合物を、約１９０ｇ／ｍ２の面積繊維重量を有するポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）基材の繊維、ＨＴＳ（Ｔｏｈｏ Ｔｅｎａｘ）を含んでなる単方向性プレプレグから二次加工した。ＣＹＣＯＭ（登録商標）９７７−２エポキシ樹脂（Ｃｙｔｅｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｗｅｓｔ Ｐａｔｅｒｓｏｎ，ＮＪ）を含んでなるマトリックスを、プレプレグの重量分率が約３４重量％であるように部分的に含浸させた。パネルのほぼ中心において約７．６ｃｍ×７．６ｃｍ〜１０．２ｃｍ×１０．２ｃｍの間のサイズにわたる複数層の積層物（ｂｕｉｌｄ−ｕｐｓ）を有する、約５０．８ｃｍ
×５０．８ｃｍのレイアップが形成された。レイアップは、より大型の層内に散在された更なる約２０層の積層物と２０層の交互の０°／９０°の配向におけるプレプレグで構成された。レイアップは更に、総量で約２００ｃｍ３の大量の空気が積層物の近位のプレプレグの層の間に捕捉されるようにさせた。レイアップは、縁が通気物に取り付けられるように、縁に沿った通気ひもを伴うシリコーンの縁のダム６０６とともにバッグに入れた。レイアップは真空包装物内に入れられ、約４時間、約２０ｍｍＨｇ絶対圧の真空にさらした。その後、レイアップを、約１７７℃の温度への加熱および約２時間、約１００ｐｓｉの圧力の適用により硬化させた。そのように形成された複合ラミネートを切断し、磨き、そしてラミネート中および層の積層領域中およびその周囲で約０．１容量％未満の多孔率を有することを認めた。
【００７３】
試験５ − 縁を密封された非有孔プレプレグ
試験５の炭素繊維／エポキシ複合物を、４つの縁すべてを真空のシーラントテープで密封され、それにより縁の通気を実質的に防止されたレイアップをバッグに入れたことを除いて、試験４と同様な方法で二次加工した。層の積層領域中およびその周囲の、そのように形成された複合ラミネートの多孔率は約５容量％を超えると測定された。
【００７４】
試験６ − 縁を密封された有孔プレプレグ
試験６の炭素繊維／エポキシ複合物は、実施例１に記載されたピンローラーを使用して、プレプレグをピンローラーで機械的に貫通して、約２個の穿孔／ｃｍ２の穿孔密度を提供したことを除いて、真空シーラントテープで４つの縁すべてを密封された試験５と同様な方法で二次加工された。穿孔はレイアップの前に、実質的に各プレプレグ層の厚さを通って伸長した。そのように形成された複合ラミネートを切断し、磨き、そしてラミネート全体および層の積層領域中およびその周囲で約０．１容量％未満の多孔率を有することを認めた。
【００７５】
実施例２ − 要約
【表２】
【００７６】
まとめの表２のデータは、真空およびオートクレーブ圧を使用して非有孔プレプレグ・レイアップを二次加工する時の縁の通気物の使用が、約５容量％〜約０．１容量％未満まで、複合物の多孔率の有意な低下を可能にすることを示す。データは更に、複合物の多孔率の同様な低下が、縁の通気の必要なしに、有孔プレプレグの使用により達成され得たことを示す。
【００７７】
実施例３ − オーブン中の減圧バッグのみ（ＶＢＯ）の条件により完全含浸プレプレグから二次加工された炭素繊維／エポキシ複合物
２種の炭素繊維／エポキシ複合物、試験７および８を実質的に完全含浸プレプレグから二次加工した。完全含浸有孔プレプレグから真空圧のみで二次加工された複合物は、穿孔のないプレプレグから実質的に同一条件下で強固化された複合物より低い多孔率を示すこ
とを認めた。
【００７８】
試験７ − 縁の通気を伴わない非有孔完全含浸プレプレグ
試験７の炭素繊維／エポキシ複合物を、約１４５ｇ／ｍ２の面積繊維重量を有するＴｈｏｒｎｅｌ（登録商標）Ｔ４０／８００を含んでなる単方向性プレプレグから二次加工した。ＣＹＣＯＭ（登録商標）５２１５エポキシ樹脂を含んでなるマトリックスを実質的に完全に含浸させ、プレプレグのマトリックスの重量分率は約３５容量％であった。プレプレグは、約１０５℃の温度で、約１メーター／分の速度で、そして樹脂にプレプレグを実質的に完全に含浸させるような遅いライン速度を使用して含浸させた。プレプレグを約３０．５ｃｍ×３０．５ｃｍのシートに裁断し、約３０枚のこれらのシートを（０）３０レイアップに積層させた。４つの縁すべてを真空シーラントテープで密封され、縁を密封されたレイアップの上に重ねたピンを刺したセパレーターとともにレイアップをバッグに入れた。重ねたセパレーターが縁の通気によるガスの除去を実質的に妨げ、真空のみの圧力で加工された非常に大型の、スリットテープ部分をシミュレートした。バッグに入れたレイアップを、通気物を含む真空包装物内に入れ、約４時間、約２０ｍｍＨｇの絶対圧の真空にかけた。次にレイアップを、約４時間、約８２℃の温度に加熱することにより真空のみの圧力下で硬化させた。そのように形成された複合ラミネートを切断し、磨き、そして約５容量％の多孔率を有することを認めた。
【００７９】
試験８ − 縁の通気を伴わない有孔完全含浸プレプレグ
プレプレグを実施例１に記載のピンローラーを使用して、ピンローラーで機械的に貫通して、約２個の穿孔／ｃｍ２を提供したことを除いて、試験８の炭素繊維／エポキシ複合物を試験７と同様な方法で二次加工した。穿孔はレイアップ前に各プレプレグ層の厚さを実質的に貫通して伸長した。そのように形成された複合ラミネートを磨き、そして約０．１容量％の多孔率を有することを認めた。
【表３】
【００８０】
まとめの表３のデータは、複合物の二次加工過程中に完全含浸有孔プレプレグ・レイアップを真空にかける工程が、非有孔プレプレグ・レイアップと比較して、約５容量％〜約０．１容量％だけ複合物の多孔率の有意な低下を可能にしたことを示す。これらの結果は、実質的に完全な含浸プレプレグ内への穿孔の導入が、プレプレグからのガスの除去を有意に高めたことを示す。大型の部分をシミュレートするために縁を密封する過程を実施した。
【００８１】
以上の説明は本教示の基礎的な新規の特徴を示し、説明し、指摘してきたが、本教示の範囲から逸脱せずに、それらの使用法のみならずまた、示されたような装置の詳細の形状の様々な省略、置き換えおよび変更が、当業者により実施され得ることが理解されるであろう。その結果、本教示の範囲は以上の考察に限定されてはならず、添付の請求項によって規定されるべきである。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【技術分野】
【０００１】
本開示の態様は、前以て含浸された繊維およびとりわけ、有孔プレプレグ、有孔プレプレグ・レイアップおよび複合構造物の二次加工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化複合物（ＦＲＣ）は，１枚または複数の層になっている繊維強化物の少なくとも一部分を取り囲むマトリックス成分を含んでなる混成構造物質である。重量比に対するそれらの比較的高い剛性、並びにそれらの比較的低い密度のために、ＦＲＣは、その重量が重大な関心事である航空機の構成部品のような適用に利用を見いだしてきた。
【０００３】
ＦＲＣの構成部品（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）は、プレプレグとしても知られるマトリックス成分で前以て含浸された繊維を使用して製造することができる。プレプレグから複合物の部品を形成するためには、１枚または複数のプレプレグの層を鋳型内に集成し、熱をかけて、マトリックス樹脂を流動させ、それによりプレプレグ層の強固化（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ）を可能にすることができる。適用される熱は更に、マトリックス成分を硬化または重合することができる。
【０００４】
しかし、この方法で複合物を形成するためのプレプレグの強固化は困難である。レイアップ期間中にプレプレグの内部、そしてプレプレグの間にガスが捕捉され、更に、プレプレグの加熱および／または硬化期間中にガスが発生するかも知れない。マトリックスがガスの移動を実質的に妨げ、そして複合物内に多孔性をもたらす可能性があるために、これらのガスをレイアップから除去することは困難である。この多孔性は更に、複合物の機械的特性を低下させる可能性がある。
【０００５】
複合物の加工期間中に捕捉ガスの除去を促進する技術が開発されてきたが、問題は残る。例えば、プレプレグ層の側部からガスを引き出すために、プレプレグの縁に減圧を適用するために縁の通気物（ｅｄｇｅ ｂｒｅａｔｈｅｒ）を使用することができる。しかし、この方法におけるプレプレグからの捕捉ガスの除去は遅く、捕捉ガスの実質的に完全な除去はもたらさないかも知れない。
【発明の概要】
【０００６】
１つの態様において、プレプレグおよびプレプレグ・レイアップの内部からの、空気および他の揮発性物質のようなガスの除去の高い能力を有するプレプレグが提供される。特定の態様において、プレプレグの内部に特定の形態の穿孔が存在する。その穿孔は有孔プレプレグ内に捕捉されたガスがプレプレグを抜ける経路を提供する。
【０００７】
１つの態様において、穿孔がプレプレグの少なくとも一部分の内部に分布されている有孔プレプレグが提供される。その穿孔はまた、およそ室温で寸法安定性であり、そして更に有孔プレプレグ内のガス移動を可能にする。
【０００８】
他の態様において、１種または複数の有孔プレプレグを使用して製造される複合物が提供される。該複合物は、複合物の総容量に基づき１０容量％未満の多孔率を有する。
【０００９】
更なる態様において、有孔プレプレグを製造する方法が提供される。該方法は、プレプレグに機械的操作またはエネルギーを適用して、プレプレグの少なくとも一部分に１つまたは複数の穿孔を形成する工程を含んでなる。
【００１０】
代わりの態様において、繊維強化複合物を形成する方法が提供される。該方法は、マトリックス樹脂および、マトリックスの少なくとも一部分の内部に埋封された繊維を含んでなるプレプレグの内部に１つまたは複数の穿孔を導入して、有孔プレプレグを形成する工程を含んでなる。１つまたは複数の穿孔は、ガスが有孔プレプレグの本体内から有孔プレプレグの外面に移動できるようになっている。
【００１１】
他の態様において、有孔プレプレグ・レイアップが提供される。有孔プレプレグ・レイアップは、前記のような１種または複数の有孔プレプレグを含んでなることができる。有孔プレプレグ・レイアップは、有孔プレプレグおよび穿孔を含まないプレプレグの組み合わせ物を含んでなることができる。更なる態様において、その有孔プレプレグ中の繊維強化物の重量分率が接着フィルムまたは表面フィルムに対するような２０重量％未満であり、そして樹脂フィルムに対するようなゼロであることができる有孔プレプレグが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ−１Ｃ】完全に含浸されたプレプレグ（１Ａ）および部分的に含浸されたプレプレグ（１Ｂおよび１Ｃ）の態様の説明図である。
【図２Ａ−２Ｂ】それぞれ穿孔をもつ、完全に含浸されたプレプレグおよび部分的に含浸されたプレプレグの態様の説明図である。
【図３Ａ−３Ｂ】それにより、図２Ａ〜２Ｂの完全に含浸されたプレプレグおよび部分的に含浸されたプレプレグおよびプレプレグ・レイアップそれぞれから、ガスを実質的に除去することができる可能な機序の説明図である。
【図４】プレプレグシステム内への穿孔の導入方法を表す。
【図５Ａ−５Ｂ】分布された穿孔；（Ａ）ランダムな穿孔の分布；（Ｂ）実質的に均等な穿孔の分布、を有するプレプレグの態様の包括図（ｔｏｐ−ｄｏｗｎ ｖｉｅｗ）である。
【図６】複合構造物を形成するための、有孔プレプレグの強固化および硬化のためのシステムの１つの態様を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
詳細な説明
本明細書で使用される用語「およそ」、「約」および「実質的に」は、所望される機能をまだ実施し、または所望される結果を達成する、記載量に近似の量を表す。例えば、用語「およそ」、「約」および「実質的に」は、記載量の１０％未満内、５％未満内、１％未満内、０．１％未満内そして０．０１％未満内の量を表すことができる。実質的に均一な円形の断面を有する穿孔は、平均孔径の１０％未満内、平均孔径の５％未満内、平均孔径の１％未満内、平均孔径の０．１％未満内、そして平均孔径の０．０１％未満内の孔径を表すことができる。他の例において、繊維の特定の面に対して実質的に垂直に伸長する穿孔は、繊維の面に対する垂線の角度の１０％未満、繊維の面に対する垂線の角度の５％未満、繊維の面に対する垂線の角度の１％未満、繊維の面に対する垂線の角度の０．１％未満、そして繊維の面に対する垂線の角度の０．０１％未満内の配向を示すことができる。
【００１４】
本明細書に使用される用語「少なくとも一部分」は、全体を含むことができる全体の量
の一部分を含んでなる、全体の量を表す。例えば、用語「一部分」は全体の０．０１％を超える、０．１％を超える、１％を超える、１０％を超える、２０％を超える、３０％を超える、４０％を超える、５０％を超える、６０％を超える、７０％を超える、８０％を超える、９０％を超える、９５％を超える、９９％を超える量、そして１００％の量を表すことができる。
【００１５】
本明細書で使用される用語「室温」は当業者に知られているその通常の意味をもち、約１５℃〜４３℃の範囲内の温度を含むことができる。
【００１６】
本明細書で使用される用語「繊維」または「複数の繊維」は当業者に知られているその通常の意味をもち、複合物の強化（ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ）のために適合された１種または複数の繊維材料を含むことができる。繊維は粒子、薄片、ウィスカー、短繊維、連続繊維、シート、諸撚糸（ｐｌｉｅｓ）およびそれらの組み合わせ物のいずれの形状をも採ることができる。連続繊維は単方向性、多方向性（例えば、二次元または三次元の）、不織物、織物、編み物、ステッチ物、巻き付け物および組みひも繊維、並びに渦巻きマット、フェルトマットおよび細断マット構造物のいずれかを採ることができる。織物繊維は約１０００本未満、約３０００本未満、約６０００本未満、約１２０００本未満、約２４０００本未満、約４８０００本未満、約５６０００本未満、約１２５０００本未満、そして約１２５０００本を超えるフィラメントをもつ複数の織物のトウ（ｔｏｗ）を含むことができる。織物のトウは交差牽引ステッチ、横糸挿入編みステッチまたは、集束剤のような少量の樹脂により所定位置に保持することができる。
【００１７】
繊維の組成は必要に応じて様々であることができる。繊維は、それらに限定はされないが、ガラス、炭素、アラミド、石英、ポリエチレン、ポリエステル、ポリ−ｐ−フェニレン−ベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）、ホウ素、ケイ素カーバイド、ポリアミド、Ｎｙｌｏｎ（登録商標）、ケイ素窒化物、Ａｓｔｒｏｑｕａｒｔｚ（登録商標）、Ｔｙｒａｎｎｏ（登録商標）、Ｎｅｘｔｅｌ（登録商標）、Ｎｉｃａｌｏｎ（登録商標）および黒鉛並びにそれらの組み合わせ物を含む。
【００１８】
本明細書で使用される用語「マトリックス」、「樹脂」および「マトリックス樹脂」は当業者に知られているそれらの通常の意味をもち、熱硬化性および／または熱可塑性材料を含んでなる１種または複数の化合物を含むことができる。例は、それらに限定はされないが、エポキシ化合物、エポキシ硬化剤、フェノール化合物、フェノール、シアネート、イミド（例えば、ポリイミド、ビスマレイミド（ＢＭＩ）、ポリエーテルイミド）、ポリエステル、ベンゾキサジン、ポリベンズイミダゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリエーテル・スルホン、ポリカーボネート、ポリエチレン・テレフタレートおよびポリエーテルケトン（例えば、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）等）、それらの組み合わせ物並びにそれらの前駆体を含むことができる。
【００１９】
本明細書で考察されるマトリックスは更に可溶性、不溶性または一部可溶性の添加物を含むことができる。このような添加物は、マトリックスの、１種または複数の、機械的、レオロジーの、電気的、光学的、化学的、および／または熱の特性に影響を与えるために提供することができる。このような添加物は更に、マトリックスと化学的に反応する、マトリックスと相互に作用する、またはマトリックスと反応しない材料を含むことができる。このような添加物の粒度分布および幾何学構造もまた、必要に応じて多様であることができる。例えば、添加物の粒度はナノスケール次元（約１ｎｍ〜１００ｎｍ）、ミクロスケール次元（約１００ｎｍ〜１００μｍ）、そして約１００μｍを超えるマクロスケール次元間の範囲にあることができる。他の例において、添加物は、それらに限定はされないが、粒子、薄片、ロッド、等を含む幾何学構造にすることができる。更なる例において、
添加物はマトリックスの特定の領域内に分配（例えば、マトリックスの表面に隣接する）またはマトリックス内に均一に分布されるまたは溶解されることができる。添加物の例は、それらに限定はされないが、難燃剤、紫外線（ＵＶ）遮蔽剤、増粘剤（例えば、Ｃａｂｏｓｉｌ（登録商標））および、損傷許容性、靭性、摩耗抵抗性の１種または複数を増加するための強化剤（例えば、ゴム、セラミックおよび／またはガラス）のような有機および無機物質を含むことができる。
【００２０】
特に有益な添加物は損傷許容性を改善するための当該技術分野で周知のゴム粒子、熱可塑性粒子または組み合わせ物である。
【００２１】
本明細書に使用される用語「含浸する」は、当業者に知られているその通常の意味をもち、繊維の少なくとも一部分中へのマトリックスフィルム、粉末、液体および／または溶液の導入を含むことができる。含浸は、熱、圧力および溶媒の１種または複数の適用により容易にされ得る。本明細書で考察される「完全含浸」はその通常の意味をもち、そして更に、プレプレグ中のようなマトリックス内に実質的にすべての繊維を埋封する含浸物を含むことができる。本明細書に考察される「部分的含浸」はその通常の意味を含み、そして実質的に完全な含浸に至らず、そしてその繊維の一部分がマトリックス内に埋封されていない乾燥繊維の領域を含む含浸物、を含むことができる。
【００２２】
本明細書で使用される用語「プレプレグ」は当業者に知られているその通常の意味をもち、従ってそれらの容量（ｖｏｌｕｍｅ）の少なくとも一部分内において、マトリックス樹脂で含浸された繊維のシートまたは薄層（ｌａｍｉｎａ）を含む。マトリックスは部分的に硬化された、または未硬化状態で存在することができる。
【００２３】
本明細書で使用される用語「レイアップ」は当業者に知られているその通常の意味をもち、そして相互に隣接して位置された１種または複数のプレプレグを含むことができる。特定の態様において、レイアップ内のプレプレグは相互に対して特定の配向に配置することができる。更なる態様において、プレプレグは場合により、特定の配向からのそれらの相対的移動を防ぐために、縫い糸材料で一緒に縫い合わせることができる。更なる態様において、「レイアップ」は本明細書で考察されたような完全含浸プレプレグ、部分的含浸プレプレグおよび有孔プレプレグのいずれかの組み合わせ物を含むことができる。レイアップは、それらに限定はされないが、手動レイアップ、自動化テープレイアップ（ＡＴＬ）、事前繊維配置（ＡＦＰ）およびフィラメント巻き付けを含むことができる方法により製造することができる。
【００２４】
本明細書で使用される用語「寸法安定性」は当業者に知られているその通常の意味をもち、従って、特定の時間に対する特定の範囲内の寸法を維持する構造物の能力を含む。特定の態様において、特定の範囲は、特定の圧力下で特定の速度におけるガスの通過を許すような、意図される機能を実施する構造物の能力により決定することができる。
【００２５】
本明細書で使用される用語「強固化」は当業者に知られているその通常の意味をもち、従って、樹脂またはマトリックス樹脂が空隙を埋めるように流入する過程を含む。例えば、「強固化」は、それらに限定はされないが、繊維およびプレプレグ、穿孔、等の間およびそれらの内部の空隙中へのマトリックスの流入を含むことができる。「強固化」は更に、熱、真空および適用された圧力の１つまたは複数の作用下で起ることができる。
【００２６】
本明細書で使用される用語「硬化させる（ｃｕｒｅ）」および「硬化（ｃｕｒｉｎｇ）」は当業者に知られているその通常の意味をもち、重合および／または架橋過程を含むことができる。硬化は、それらに限定はされないが、加熱、紫外線に対する曝露および放射線に対する曝露を含む過程により実施することができる。特定の態様において、硬化はマ
トリックス内で起ることができる。マトリックスは更に、硬化の前に、およそ室温において液体、半固体、結晶性固体およびそれらの組み合わせ物である１種または複数の化合物を含んでなることができる。更なる態様において、プレプレグ内のマトリックスは、特定の粘着性（ｓｔｉｃｋｉｎｅｓｓ）または粘着力（ｔａｃｋ）を示すために調合する（ｆｏｒｍｕｌａｔｅ）または一部硬化させることができる。特定の態様において、強固化および硬化を一工程で実施することができる。
【００２７】
本開示の態様は有孔プレプレグ、有孔プレプレグ・レイアップおよび製法を提供する。有孔プレプレグは、有孔プレプレグおよび有孔プレプレグ・レイアップ内およびそれらの間に捕捉されたガスの除去の、高められた能力を有する。捕捉ガスは更に、有孔プレプレグのみからの強固化過程の前そして／または少なくともその一部の期間中、あるいは有孔プレプレグ・レイアップ中へ取り入れられる時、並びに複合構造物を形成するための強固化過程の前そして／またはその少なくとも一部の期間中に除去することができる。特定の態様において、特定の形態をもつ穿孔はレイアップ前にプレプレグ中に導入される。代わりの態様において、特定の形態をもつ穿孔は、レイアップ中またはレイアップ後にプレプレグ中に導入される。プレプレグの強固化の前そして／または少なくともその一部の期間中に、穿孔は、有孔プレプレグまたは有孔プレプレグ・レイアップ内およびそれらの間に捕捉されたガスが抜ける経路を提供し、それにより、生成される複合物内の残留多孔率を低下させ、そしてその機械的特性を高めることができる。この方法で、例えば複合物の総容量に基づき１０容量％未満、４容量％未満、そして１容量％未満の残留多孔率を有する複合物を達成することができる。
【００２８】
特定の態様において、有孔プレプレグは穿孔の寸法安定性を可能にするようになっている。その結果、穿孔は、一旦導入されると、特定の期間にわたり寸法的に安定であり続けることができる。特定の態様において、穿孔は、有孔プレプレグの保存期間中、寸法的に安定であり続けることができる。他の態様において、穿孔は、強固化過程の少なくとも一部の期間中、寸法的に安定であり続けることができる。有益なことには、有孔プレプレグのこのデザインは、有孔プレプレグ内および有孔プレプレグ・レイアップ内の有孔プレプレグの層間に捕捉されたガスの除去を許す。
【００２９】
特定の態様において、寸法安定性はマトリックスの粘度を調整することにより提供することができる。例えば、およそ室温における約１，０００，０００センチポアズ（ｃｐ）を超える比較的高いマトリックスの粘度が寸法安定性をもつ穿孔を提供することができる。好ましくは、マトリックス樹脂は、およそ室温において寸法安定性の穿孔を形成するようになっており、室温より高い、特定の温度において流動して、１つまたは複数の穿孔を充填することができる。
【００３０】
更なる態様において、穿孔は完全含浸または部分的含浸プレプレグ中に導入することができる。以下に更に詳細に考察されるように、プレプレグ繊維の一部がマトリックス樹脂で含浸されていない有孔プレプレグ、部分的含浸プレプレグを二次加工することができる。このような部分的含浸プレプレグ内に穿孔を導入することにより、ガスは、有孔プレプレグの非含浸部分、有孔部分、プレプレグ・レイアップ中のプレプレグ間の層間領域およびそれらの組み合わせ物中を移動することができ、それにより部分的含浸された有孔プレプレグおよびレイアップを抜けるガスの能力を高めることができる。有益なことには、完全含浸または部分的含浸プレプレグのいずれかへの、穿孔の導入能力が、本明細書で考察された方法を広範なプレプレグおよび適用とともに使用させる。
【００３１】
更なる態様において、穿孔の形態は、強固化の前そして／または少なくともその一部の期間中の、プレプレグから抜けるガスの能力を更に高めるために、更に多様にすることができる。１つの例において、穿孔はプレプレグの厚さを通して一部または完全に伸長する
ことができる。他の例において、穿孔は、制御された方法でプレプレグ中に分布させることができ、それによりプレプレグ全体からのガスの除去を許し、均一な複合物の形成を容易にさせることができる。更なる例において、それらに限定はされないが、サイズ、形状、分布および穿孔密度（単位面積当りの穿孔の数）を含む穿孔のパラメーターは、必要に応じて多様であることができる。
【００３２】
図１Ａ〜１Ｂは完全含浸および部分的含浸プレプレグ１００、１０８の態様を表す。１つの態様において、プレプレグ１００、１０８は、繊維１０４、および繊維１０４の少なくとも一部分中に含浸されたマトリックス１０２を含んでなる。
【００３３】
マトリックス１０２は熱および／または圧力の適用を伴いまたは伴わずに、固体、半固体フィルム、粉末および液体の形状で繊維１０４中に完全にまたは部分的に含浸されることができる。一例において、完全含浸プレプレグ１００はマトリックス１０２内に実質的に埋封された繊維をもつことができる。他の例において、部分的含浸プレプレグ１０８は図１Ｃに示されるように、マトリックス１０２内に実質的には埋封されてはいない乾燥繊維１１６を含む、マトリックス非含有区域１１４のような、マトリックス１０２を実質的に含まない特定の領域を含むことができる。他の例において、部分的含浸プレプレグ１０８は、図１Ｂに示されるように、マトリックス１０２内に埋封された、マトリックス非含有区域１１４中の幾らかの繊維とともに、ほとんど乾燥した繊維１１６を含むマトリックス非含有区域１１４として示されるような、マトリックス１０２を部分的に含まない特定の領域を含むことができる。１つの態様において、部分的含浸プレプレグ１０８は、両側から繊維１０４を含浸し、それによりプレプレグ１０８の内部内に、マトリックス１０２を実質的に含まないマトリックス非含有区域１１４を残すことにより形成することができる。他の例において、部分的含浸プレプレグ１０８は、繊維１０４を片側から含浸することにより形成することができる。以下に考察されるように、マトリックス非含有領域１１４は、導入された穿孔と協力して、強固化および／または硬化過程中に部分的含浸プレプレグ１０８からのガスの除去を可能にすることができる。
【００３４】
プレプレグ１００、１０８は、それらに限定はされないが、溶液浸漬および溶液噴霧のような溶液法、並びにダイレクトメルトおよびフィルムカレンダリングのようなメルトおよび加工法（ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）を含む多数の方法を使用して形成することができる。これらの方法は、繊維１０４の少なくとも一部を、流動性または柔軟な状態のマトリックス１０２と接触させ、そして繊維１０４をマトリックス１０２で含浸させるようになっている。レイアップ過程を容易にするために、マトリックス１０２の粘着性を、マトリックス含浸期間中および／またはその後に適宜調整することができる。
【００３５】
溶液浸漬法においては、繊維１０４を、溶媒内に溶解されたマトリックス固体の浴内を通過させることができる。繊維１０４が浴を通過する時に、それらは、繊維１０４が浴を通過する速度および浴内のマトリックス固体の含量のような因子により変動する量のマトリックス固体を捕捉する。溶液噴霧法においては、特定量のマトリックス固体が繊維１０４上に噴霧される。溶液法の各事例においては、溶媒を実質的に除去するために、浴または噴霧に曝露後に含浸繊維１０４を加熱し、更にマトリックスに硬化法を開始させることができる。
【００３６】
ダイレクトメルト法においては、マトリックス１０２は、直接、繊維１０４上への、ほとんど溶媒を含まないコーティングとして提供される。適用温度において、マトリックス１０２は、繊維１０４の少なくとも一部を含浸させてプレプレグ１００、１０８を形成するように十分に流動性である。あるいはまた、フィルムカレンダリングにおいては、マトリックス１０２はメルトまたは溶液からフィルムに流延成形される。その後、繊維１０４は１枚または複数のマトリックスフィルムまたは片側から適用される１枚のフィルムの間
に挟まれ、そしてマトリックスフィルムを繊維１０４中に組み入れる（ｗｏｒｋ ｉｎｔｏ）ようにカレンダー処理される。
【００３７】
含浸前または含浸後にマトリックス１０２に添加物を添加することもできる。１つの態様において、添加物はマトリックス１０２上またはその内部に散布することにより添加される粒状物を含んでなることができる。層間に配置される添加物により、ガスが形成される通路をより自由に移動することができるために、このような添加物はまた、レイアップの層間のガスの除去のために有益であることができる。このような粒状物の添加物は、それらに限定はされないが、約２００μｍ未満の平均粒径を有する、熱可塑性粒子、熱硬化性粒子、珪酸含有粒子、ガラス粒子、ゴムおよび無機粒子のあらゆる組み合わせ物のような粒子を含むことができる。
【００３８】
プレプレグ１００、１０８の繊維含量もまた、適用により決定されるように多様であることができる。１つの態様において、繊維１０４の重量分率はプレプレグ１００、１０８の総重量に基づき約２０〜８０重量％の間にあることができる。更なる態様において、有孔プレプレグ中の繊維１０４の重量分率は、接着剤または表面材フィルムに対するような２０重量％未満であり、そして樹脂フィルムに対するようなゼロであることができる。このような態様の有孔プレプレグは有利には、その穿孔が、表面からの、接着剤間からの、またはコアからのガスの除去のための経路を提供する接着剤または表面材フィルムとして使用されることができる。このような接着剤は複合物、金属およびサンドイッチ構造物の適用のための同時硬化性接着の適用を含むと考えられる。有孔プレプレグ中の繊維１０４の重量分率が２９重量％未満であるか、または皆無である有利な態様は、例えば、接着剤中の繊維が軽量ポリエステルまたはナイロンのスクリムである接着剤を含む。
【００３９】
マトリックス１０２により占められるプレプレグ１００、１０８の割合もまた、所望に応じて多様であることができる。特定の態様において、マトリックス１０２は、プレプレグ１００、１０８の総重量に基づき約２０〜８０重量％の間のプレプレグ１００、１０８を占めることができる。
【００４０】
図２Ａ〜２Ｂは、穿孔２０４Ａおよび部分穿孔２０４Ｂをもつ完全および部分的含浸プレプレグ２００、２０２の態様を表す。特定の態様において、穿孔２０４Ａは実質的にプレプレグ２００、２０２の幅を通過して伸長することができ、他方、部分的穿孔２０４Ｂはプレプレグ２００、２０２の幅の特定の部分を通って伸長することができる。
【００４１】
穿孔２０４Ａ、２０４Ｂはプレプレグ１００、１０８中に導入される通路を含むことができ、それらに限定はされないが、貫通孔（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）、穴（ｈｏｌｅ）、微細孔（ｐｏｒｅ）、裂け目（ｓｌｉｔｓ）、透き間（ｇａｐｓ）、割れ目（ｃｒａｃｋｓ）およびそれらの組み合わせ物を含むことができる。穿孔２０４Ａ、２０４Ｂはそれらの長さに沿って実質的に均一であるか、それらの長さに沿って実質的に非均一であるか、それらの組み合わせであることができる。穿孔２０４Ａ、２０４Ｂは更に、繊維１０４の長軸に対して特定の角度に配向されることができる。例えば、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂは繊維１０４の長軸にほぼ垂直に伸長することができる。
【００４２】
有孔プレプレグ２００、２０２は、特定の理論に制約されることなしに、強固化の前そして／またはその少なくとも一部の期間中に、個々の有孔プレプレグ２００、２０２および、有孔プレプレグ２００、２０２を取り入れるプレプレグ・レイアップ３００、３１０（図３Ａ〜３Ｂ）からのガスの除去を容易にし、従って有孔プレプレグ２００、２０２を含まずに形成された複合物に比較して、それらから形成された複合物内の孔の容量（ｖｏｌｕｍｅ）を減少させることができる。例えば、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂは有孔プレプレグ２００、２０２からのガスの抜け道を提供し、そして非有孔プレプレグに比較して、よ
り容易にそしてより大量に有孔プレプレグ２００、２０２からガスを除去させる。ガスは、マトリックス１０２内あるいは部分的および／または完全含浸プレプレグ２００、２０２のマトリックス非含有区域１１４内から発生する層内ガス３０２Ａ、並びに、マトリックス１０２内およびプレプレグ・レイアップ中のプレプレグ層の間からの層間領域から発生する層間ガス３０２Ｂ、３０２Ｃを含むことができる。とりわけ、有孔プレプレグ２００、２０２は強固化期間中に発生する可能性があるガスの除去に適すると考えられる。
【００４３】
図３Ａおよび３Ｂは、それらからガスを除去することができる、部分的に含浸された有孔プレプレグ・レイアップ３００および完全に含浸された有孔プレプレグ・レイアップ３１０の態様を表す。本開示の態様は、完全含浸プレプレグ１００、部分的含浸プレプレグ１０２、完全含浸有孔プレプレグ２００および部分的含浸有孔プレプレグ２０２、のあらゆる組み合わせを含んでなるレイアップを含むことができる。
【００４４】
図３Ａ〜３Ｂに示されるように、有孔プレプレグ２００、２０２内のガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃは、有孔プレプレグ２００、２０２から逃げ出すために、マトリックス１０２、マトリックス非含有区域１１４および穿孔２０４Ａ、２０４Ｂのあらゆる組み合わせを通って移動することができる。例えば、マトリックスの流れ、加えられる圧力および／または減圧により起る可能性がある力の影響下で、ガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃは、隣接する穿孔２０４の間および／またはその内部から押し出されることができる。一旦穿孔２０４中に入ると、ガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃは、マトリックス１０２からの実質的な抵抗を伴わずに、有孔プレプレグ２００、２０２から容易に逃げ出すことができる。
【００４５】
図３Ａの部分的含浸有孔プレプレグ・レイアップ３００に更に示されるように、マトリックス非含有区域１１４は、２個またはそれ以上の穿孔２０４Ａおよび２０４Ｂのあらゆる組み合わせの間でガス３０２Ａ、３０２Ｃの連絡を可能にすることができる。例えば、ガス３０２Ａ、３０２Ｃが一旦穿孔２０４Ａに侵入すると、ガス３０２Ａ、３０２Ｃは、有孔プレプレグ２０２から逃げ出すために穿孔２０４Ａに従う代わりに、有孔プレプレグ２０２から逃げ出す前に、マトリックス非含有区域１１４を通って穿孔２０４Ｃに移動することができる。他の例において、ガス３０２Ａ、３０２Ｃは、１個または複数の穿孔２０４Ａ、２０４Ｂを通ってマトリックス非含有区域１１４に移動し、そこでガス３０２Ａ、３０２Ｃは、部分的含浸有孔プレプレグ・レイアップ３００から逃げるためにマトリックス非含有区域１１４中を移動することができる。有利なことには、ガス３０２Ａ、３０２Ｃの穿孔２０４Ａ、２０４Ｂ間を移動する能力が、ガス３０２Ａ、３０２Ｃに有孔プレプレグ２０２からの様々な経路を許すことができる。ガス３０２Ａ、３０２Ｃは、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂおよびマトリックス非含有区域１１４のまだ他の組み合わせを通って有孔プレプレグ２００、２０２から逃げ出すことができるために、このような代わりの経路は、１個または複数の穿孔２０４Ａ、２０４Ｂが阻止されるかあるいは通過不能である環境下で有益であることができる。
【００４６】
特定の態様において、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂは、図４に示されるようなエネルギーの適用によるマトリックスの含浸後に、プレプレグ１００、１０８中に導入することができる。エネルギーは更に機械および熱エネルギーの少なくとも１つを含んでなることができる。完全なおよび部分的含浸プレプレグ１００、１０８は穿孔２０４Ａ、２０４Ｂを導入する過程に関して以下に考察されるが、穿孔はまた、完全含浸有孔プレプレグ２００および部分的含浸有孔プレプレグ２０２中にも導入することができることは理解することができる。更に、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂは、完全含浸プレプレグ１００、部分的含浸プレプレグ１０２、完全含浸有孔プレプレグ２００および部分的含浸有孔プレプレグ２０２のあらゆる組み合わせ物を有するレイアップ中に導入することができる。
【００４７】
特定の態様において、穿孔法はプレプレグ中の多数の繊維を破壊することができる。特定の態様において、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂは、有孔プレプレグ２００、２０２から形成される複合物の引張り強さ、引張り弾性率および圧縮強さのような機械的特性が、穿孔をもたない匹敵するプレプレグから二次加工された複合物に比較して、１０％未満、５％未満そして／または１％未満だけ低下するように導入される。
【００４８】
１つの態様において、機械エネルギーは、ピンローラーのような、１個または複数の突起４０２をもつ穿孔具４００の使用により適用することができる。１つの態様において、穿孔具４００は複数のピンを含むピンローラーであることができ、ここで各ピンは、所望の深度までプレプレグを貫通するために必要とされる、約１００μｍの高さ〜約５ｃｍ以上の高さ、より好ましくは、約１ｍｍ〜約２５ｍｍである。各ピンは、プレプレグ中に貫通される時にプレプレグの表面において約１μｍ〜約１０ｍｍ、より好ましくは約５００μｍ〜１５００μｍの平均直径をもつ円錐形、台形、勾配付き、等のようないずれの分類の形状であることもできる。複数のピンは同一または異なる高さおよび直径をもつものであることができる。ピンは好ましくは鋭い先端に終結するが、切れ味の悪い、丸みを帯びた、斜めのまたは他の所望される形状の先端で終結することができる。穿孔具４００の突起４０２は、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂを導入するためにそれらの厚さの少なくとも一部を通ってプレプレグ１００、１０８を貫通することができる。突起４０２は更に穿孔２０４Ａ、２０４Ｂに所望されるサイズ、密度および／または形態にさせることができる。代わりの態様において、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂの所望の形態を達成するために複数の穿孔具４００を使用することができる。
【００４９】
更なる態様において、機械エネルギーは超音波４１０を発生することができる超音波装置４０６の使用によりプレプレグ１００、１０８に適用することができる。超音波４１０は超音波領域内の周波数を有する圧力波を含んでなる。プレプレグ１００、１０８に侵入する時に、圧力波がマトリックス１０２を破壊させて、貫通孔２０４Ａ、２０４Ｂを形成することができる。超音波４１０による貫通孔２０４Ａ、２０４Ｂの形成はまた、マトリックス１０２を破壊するために必要なエネルギーを軽減するために、プレプレグ１００、１０８を冷却することにより容易にさせることができる。更なる態様において、冷却されたプレプレグに機械的操作を適用して、微細孔または穿孔を形成する。
【００５０】
他の例において、レーザー４０４の使用により熱エネルギーを適用することができる。レーザー４０４のビーム４１２はプレプレグ１００、１０８中の特定の深度の穿孔２０４Ａ、２０４Ｂを焼き抜くようになっている。ビーム４１２の断面積は所望の穿孔２０４の断面積にほぼ等しい可能性がある。
【００５１】
形成される穿孔は、有孔プレプレグまたは有孔プレプレグ・レイアップからのガスの逃げに十分なあらゆるサイズの孔径をもつことができる。例えば、各穿孔の平均孔径は、複数の穿孔が十分なガスの逃げを許すような穿孔密度および他の因子に応じて、約１μｍ以下から約５０００μｍ以上、そして好ましくは約５０μｍ〜約５００μｍであることができる。更なる態様において、穿孔２０４の分布は、図５Ａ〜５Ｂの包括図に示されるようにガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃが有孔プレプレグ２００、２０２を逃げることができるように選択することができる。例えば、穿孔２０４は有孔プレプレグ２００、２０２のほぼ全容量にわたり分布することができる。分布は図５Ａに示されるようにランダムでも、または図５Ｂに示されるようにほぼ均等でもよい。１つの態様において、穿孔２０４は穿孔の孔径に応じてガスの十分な逃げを許すために必要なだけ多数まで、２０平方ｃｍ当り約１個を超える穿孔の平均密度で存在することができる。更なる例において、穿孔２０４は特定のパターンで分布することができる。更に、穿孔２０４は、約０．０１〜１００ｍｍのような特定の距離（例えば、縁から縁の距離、中心から中心の距離、等）だけ離すことができる。有利なことには、有孔プレプレグ２００、２０２の全容量内に穿孔２０
４を分布することにより、ガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃは有孔プレプレグ２００、２０２の容量中から逃げることができ、それにより不均一な多孔率の領域の発生を防止することができる。しかし、代わりの態様において、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂは、プレプレグ１００、１０８の実質的に全容量中ではなく、プレプレグ１００、１０８の特定の部分中に導入することができることを理解することができる。
【００５２】
更なる態様において、マトリックス１０２の粘度は穿孔２０４を寸法的に安定であり続けるようにさせることができる。有利なことには、穿孔２０４の寸法安定性は、過剰な注意をせずに、製造、保存および使用期間中に有孔プレプレグ２００、２０２の処理を許すことができる。形成される穿孔は完全にまたは実質的に炭素繊維並びにマトリックス樹脂を欠く。
【００５３】
他の態様において、マトリックス１０２の粘度は、強固化期間中に有孔プレプレグ２００、２０２内およびそれらの間の空隙に流動しそしてそれらを充填するようにさせることができる。例えば、１つの態様において、マトリックス１０２の粘度は、外圧をかけずに、熱の適用時に空隙に流動して、それらを充填するようにさせることができる。他の態様において、マトリックス１０２の粘度は、熱および外圧および／または減圧の適用時に空隙に流動して、それらを充填するようにさせることができる。有利なことには、強固化期間中に、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂおよび他の空隙を充填させることにより、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂおよび他の空隙を、生成される複合物の多孔率に寄与しないようにさせることができる。
【００５４】
更なる態様において、有孔プレプレグ２００、２０２は種々のレベルの粘着性を示すようにさせることができる。有利には、比較的高レベルの粘着性を示す有孔プレプレグ２００、２０２は、それらが比較的緊密な半径内に配置されることができるために、複雑な複合部品の二次加工に適するかも知れない。
【００５５】
図６は、有孔プレプレグ２００、２０２の強固化および硬化のためのシステム６００の１つの態様を示す。特定の態様において、有孔プレプレグ２００、２０２は、特定の配向またはレイアップ６０２に積み重ねられ、強固化され、そして硬化されて複合物の構成部品を形成するようになっているラミナとして構成される。例えば、繊維１０４の単方向性配向を有する有孔プレプレグ２００、２０２において、繊維１０４はプレプレグ１００、１０８の最大寸法に対して、０°、９０°または特定の角度θに配向することができる。配向のあらゆる組み合わせをもつ有孔プレプレグ２００、２０２を組み合わせて、レイアップ６０２を形成することができる。同様に、他の繊維構造物を有する有孔プレプレグ２００、２０２に対するレイアップ６０２を生成することができる。
【００５６】
レイアップ６０２は更に、レイアップ６０２内の１枚または複数の有孔プレプレグの層間に配置された材料を含んでなることができる。１つの態様において、材木、発泡体、ハニカムを含んでなる中心のコアまたは他の構造物質をそのように配置することができる。あるいはまた、または更に、細長い強化領域を形成するように、有孔プレプレグ層間にダブラー（ｄｏｕｂｌｅｒ）層を配置することができる。更に、ガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃの除去を容易にする、または損傷許容性のような機械的特性を増強するために、例えば米国特許公開第２００５／０２５５７６６号に記載されたような、未含浸または部分的含浸の軽量スクリム、例えばガラス繊維、炭素、熱可塑性または他の材料の織物または不織物を、特定の場所のレイアップ６０２内に導入することができる。
【００５７】
更なる態様において、粘着性を改善するために、マトリックス樹脂より低い粘度をもつ連続的または不連続樹脂フィルムをプレプレグ２００／２０２および／またはレイアップ６０２に添加することができる。レイアップ６０２に対するこのような樹脂フィルムの添
加は、特にプレプレグ２００、２０２のマトリックスが粒子またはスクリムのような添加物を含んでなる環境下で、プレプレグ２００／２０２のレイアップ６０２の調製を容易にすることができる。樹脂フィルムは有孔であることができ、そして好ましくは有孔である。
【００５８】
コア構造物を取り入れるレイアップ６０２の態様において、プレプレグの硬化期間中、プレプレグ材料にコアを接着するために、接着物質を使用することもできる。ハニカム構造物のような開放された中心コア構造物は、著しい量のガスを含むことができるので、接着層もまた、ガスの除去を容易にするために、有孔化または網状化することができる。更なる態様において、除去されるガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃに対し、実質的に妨害されない経路を提供するために、プレプレグ１００、１０２Ａ、接着層およびコア層中に、穿孔２０４Ａ、２０４Ｂを導入することができる。
【００５９】
レイアップ６０２は、強固化および硬化期間中、有孔プレプレグ２００、２０２が採用するための型板の形状を提供する工具６０４と接して配置することができる。例えば、工具６０４は比較的平坦な表面、湾曲した表面およびそれらの組み合わせを含むことができる。１つの態様において、レイアップ６０２の面を第２の工具に隣接して成形するように、第２の工具を工具６０４の反対側に配置することができる。工具６０４および第２の工具に力をかけて、有孔プレプレグ２００、２０２を強固化し、そして加熱して、プレス硬化システム中で有孔プレプレグ２００、２０２を硬化させることができる。真空包装物６１０はこのようなプレス硬化システムに、場合により使用される。レイアップ６０２の外側へのマトリックス１０２の流出を妨げる、またはガス流動を改善するために、１個または複数のダム６０６を、レイアップ６０２の縁に隣接して配置することもできる。
【００６０】
レイアップ６０２および工具６０４は更に、未含浸ガラス繊維のような通気物６１２とともに真空包装物６１０により密封することができる。１つの態様において、通気物６１２は表面通気のために、レイアップ６０２の少なくとも片方の水平面に隣接して配置することができる。他の態様において、通気物６１２は縁の通気のために、レイアップ６０２の１つまたは複数の縁に隣接して配置することができる。更なる態様において、通気物６１２は表面および縁の双方の通気のために配置することができる。工具６０４と真空包装物６１０の間にほぼ機密性の密封を形成するために、必要に応じてシーラントテープを更に使用することができる。
【００６１】
更なる態様において、システム６００からの、二次加工された複合物の取り外しを容易にするために、１面または複数の表面におけるプレプレグ２００、２０２および通気物６１２の間に、分離フィルム６１４を導入することができる。特定の態様において、分離フィルム６１４はガス透過性であることができる。代わりの態様において、分離フィルム６１４は有孔であることができる。更なる態様において、分離フィルム６１４は実質的にガス不透過性であるが、除去のためにガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃがレイアップ６０２の縁に移動することを許すことができる。
【００６２】
レイアップ６０２からのガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃの除去を容易にするために、通気物６１２を介して、真空包装物６１０に真空を適用することができる。レイアップ６０２は更に、マトリックス１０２の粘度を低下させ、そしてマトリックス１０２を流動させる圧力差を誘発するために、オートクレーブ内におけるような加圧下で、またはオーブン内におけるように圧力をかけずに加熱することができる。マトリックスの流れは空隙領域を充填し、レイアップ６０２からガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃを追い出すことができる。マトリックス１０２の粘度が強固化を容易にするのに十分に低い時に、マトリックス１０２は更に流動して、レイアップ内の穿孔２０４および他の空隙または開放容積（ｏｐｅｎ ｖｏｌｕｍｅ）中に侵入することができる。
【００６３】
レイアップ６０２の強固化および硬化の完了時に、レイアップ６０２は、複合物の総体積の約１０容量％未満の多孔率を有することができる複合物の構成部品を形成する。
【実施例】
【００６４】
以下の実施例は、開示される有孔プレプレグの態様の利点を示すために提供される。例えば、有孔プレプレグ２００、２０２は、穿孔をもたないプレプレグに比較して、縁の通気を伴わずに有孔プレプレグ・レイアップ３００、３１０からのガスの除去を有意に改善し、そして強固化および硬化時に、低い多孔率の複合物を生成することが認められた。更に、実施例は、レイアップ内の有孔プレプレグの層内および層間からのガス３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃの除去率が、穿孔をもたない匹敵するプレプレグの除去率よりも大きいことが見いだされたことを示す。これらの実施例は説明的目的のために考察され、開示された態様の範囲を限定するものと考えてはならない。
【００６５】
実施例１ − オーブン中で減圧バッグのみ（ＶＢＯ）の条件により部分的含浸プレプレグから二次加工された炭素繊維／エポキシ複合物
３種の炭素繊維／エポキシ複合物、試験１、２および３が減圧バッグ封入物内に密封された部分的含浸プレプレグから二次加工され、真空圧のみ（オートクレーブの圧力なし）にかけた。この加工法はまた、減圧バッグのみ（ＶＢＯ）加工法とも呼ばれる。複合物の多孔率に対するそれぞれの効果を調べるために、縁の通気または密封の使用並びに穿孔の存在および不在を変えた。密封された縁をもつ有孔プレプレグ（縁の通気を伴わない）から二次加工された複合物は、穿孔をもたないプレプレグから実質的に同一の条件下で二次加工された複合物より有意に低い多孔率を示したことを認めた。更に、縁を密封された有孔プレプレグから二次加工された複合物の多孔性レベルは、縁の通気を伴う非有孔プレプレグから二次加工された匹敵する複合物とほぼ同等な多孔率を示した。
【００６６】
試験１ − 縁の通気を伴う非有孔プレプレグ
試験１の炭素繊維／エポキシ複合物を、約１４５ｇ／ｍ２の面積繊維重量を有するポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）基材の繊維、Ｔｈｏｒｎｅｌ（登録商標） Ｔ４０／８００（Ｃｙｔｅｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｗｅｓｔ Ｐａｔｅｒｓｏｎ，ＮＪ）を含んでなる単方向性プレプレグから二次加工した。ＣＹＣＯＭ（登録商標）５２１５エポキシ樹脂（Ｃｙｔｅｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｗｅｓｔ Ｐａｔｅｒｓｏｎ，ＮＪ）を含んでなるマトリックスを、プレプレグのマトリックス重量分率が約３５重量％であるように部分的に含浸させた。プレプレグを約３０．５ｃｍ×３０．５ｃｍのシートに裁断し、これらのシートの約３０枚を（０）３０レイアップに積み重ねた。縁の通気を容易にするために縁に沿って通気ひもを有するシリコーンのダムとともにレイアップをバッグに入れ、真空包装物内に入れ、そして約４時間、約２０ｍｍＨｇ絶対圧の真空にかけた。次にレイアップを約８２℃の温度に約４時間加熱することにより硬化させた。そのように形成された複合ラミネートを切断し、磨き、そして約０．１容量％未満の多孔率を有することを認めた。
【００６７】
試験２ − 縁を密封された非有孔プレプレグ
試験２の炭素繊維／エポキシ複合物は、シーラントテープを使用してすべての縁を密封し、それが実質的に縁の通気を遮断した、レイアップをバッグに入れたことを除き、試験１と同様な方法で二次加工された。そのように形成された複合ラミネートを切断し、磨き、そして約５．５容量％の多孔率を有することを認めた。
【００６８】
試験３ − 縁を密封された有孔プレプレグ
試験３の炭素繊維／エポキシ複合物は、プレプレグを、約６ｍｍ離して均等に配置された、鋭い先端で終結する、６ｍｍの高さおよび土台において１ｍｍの直径のディメンショ
ンをもつ円錐形のステルピンを含む、約１８”の長さおよび４”の直径の、木材の、円筒状のピンローラーを使用して機械的に穿孔したことを除き、試験２と同様の方法で二次加工した。ピンローラーのピンはプレプレグの厚さの特定の距離だけプレプレグを貫通して穿孔を形成する。貫通の距離が大きいほど、生成される穿孔のサイズが大きい。穿孔は、貫通物の密度に応じて、所望に従い約１００μｍ〜約１ｍｍの孔径サイズで多様にさせることができる。プレプレグを横切るピンローラーの複数の通過は、所望に応じて、生成される穿孔の密度を増加し、他方、各穿孔の比較的一定のサイズを維持することは、約２個の穿孔／ｃｍ２の穿孔密度を与える。穿孔は実質的に、各プレプレグ層の厚さを通して伸長して、約３００μｍの孔径の穿孔をもたらし、そしてレイアップの前にプレプレグ中に導入された。そのように形成された複合ラミネートは切断され、磨かれ、そして約０．１容量％未満の多孔率を有することが認められた。
【００６９】
実施例１ − 要約
【表１】
【００７０】
表１のデータは、真空圧のみを使用して非有孔プレプレグ・レイアップを二次加工する時に、縁の通気の使用が、約５．５容量％から約０．１容量％未満までの、複合物の多孔率の有意な低下を可能にしたことを示す。更に、有孔プレプレグの使用により、縁の通気の必要なしに、複合物の多孔率の同様な低下を達成することができることを認めた。
【００７１】
実施例２ − オートクレーブ圧および真空を使用して部分的含浸プレプレグから二次加工された炭素繊維／エポキシ複合物
３種の炭素繊維／エポキシ複合物、試験４、５および６を、真空およびオートクレーブ圧で部分的含浸プレプレグから二次加工した。複合物の多孔率に対する各々の効果を検討するために、縁の通気および穿孔の存在および不在を変えた。縁の通気を伴わずに部分的含浸有孔プレプレグからオートクレーブ圧で二次加工された複合物は、穿孔のない部分的含浸プレプレグから実質的に同一条件下で二次加工された複合物より有意に低い多孔率を示したことを認めた。縁の通気を伴わない有孔プレプレグからオートクレーブ圧下で二次加工された複合物の多孔レベルは、縁の通気を伴う非有孔プレプレグから二次加工された匹敵する複合物とほぼ同等の多孔レベル、そして縁の通気を伴わない非有孔プレプレグより実質的に低い多孔レベルを示した。
【００７２】
試験４ − 縁の通気を伴う非有孔プレプレグ
試験４の炭素繊維／エポキシ複合物を、約１９０ｇ／ｍ２の面積繊維重量を有するポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）基材の繊維、ＨＴＳ（Ｔｏｈｏ Ｔｅｎａｘ）を含んでなる単方向性プレプレグから二次加工した。ＣＹＣＯＭ（登録商標）９７７−２エポキシ樹脂（Ｃｙｔｅｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｗｅｓｔ Ｐａｔｅｒｓｏｎ，ＮＪ）を含んでなるマトリックスを、プレプレグの重量分率が約３４重量％であるように部分的に含浸させた。パネルのほぼ中心において約７．６ｃｍ×７．６ｃｍ〜１０．２ｃｍ×１０．２ｃｍの間のサイズにわたる複数層の積層物（ｂｕｉｌｄ−ｕｐｓ）を有する、約５０．８ｃｍ
×５０．８ｃｍのレイアップが形成された。レイアップは、より大型の層内に散在された更なる約２０層の積層物と２０層の交互の０°／９０°の配向におけるプレプレグで構成された。レイアップは更に、総量で約２００ｃｍ３の大量の空気が積層物の近位のプレプレグの層の間に捕捉されるようにさせた。レイアップは、縁が通気物に取り付けられるように、縁に沿った通気ひもを伴うシリコーンの縁のダム６０６とともにバッグに入れた。レイアップは真空包装物内に入れられ、約４時間、約２０ｍｍＨｇ絶対圧の真空にさらした。その後、レイアップを、約１７７℃の温度への加熱および約２時間、約１００ｐｓｉの圧力の適用により硬化させた。そのように形成された複合ラミネートを切断し、磨き、そしてラミネート中および層の積層領域中およびその周囲で約０．１容量％未満の多孔率を有することを認めた。
【００７３】
試験５ − 縁を密封された非有孔プレプレグ
試験５の炭素繊維／エポキシ複合物を、４つの縁すべてを真空のシーラントテープで密封され、それにより縁の通気を実質的に防止されたレイアップをバッグに入れたことを除いて、試験４と同様な方法で二次加工した。層の積層領域中およびその周囲の、そのように形成された複合ラミネートの多孔率は約５容量％を超えると測定された。
【００７４】
試験６ − 縁を密封された有孔プレプレグ
試験６の炭素繊維／エポキシ複合物は、実施例１に記載されたピンローラーを使用して、プレプレグをピンローラーで機械的に貫通して、約２個の穿孔／ｃｍ２の穿孔密度を提供したことを除いて、真空シーラントテープで４つの縁すべてを密封された試験５と同様な方法で二次加工された。穿孔はレイアップの前に、実質的に各プレプレグ層の厚さを通って伸長した。そのように形成された複合ラミネートを切断し、磨き、そしてラミネート全体および層の積層領域中およびその周囲で約０．１容量％未満の多孔率を有することを認めた。
【００７５】
実施例２ − 要約
【表２】
【００７６】
まとめの表２のデータは、真空およびオートクレーブ圧を使用して非有孔プレプレグ・レイアップを二次加工する時の縁の通気物の使用が、約５容量％〜約０．１容量％未満まで、複合物の多孔率の有意な低下を可能にすることを示す。データは更に、複合物の多孔率の同様な低下が、縁の通気の必要なしに、有孔プレプレグの使用により達成され得たことを示す。
【００７７】
実施例３ − オーブン中の減圧バッグのみ（ＶＢＯ）の条件により完全含浸プレプレグから二次加工された炭素繊維／エポキシ複合物
２種の炭素繊維／エポキシ複合物、試験７および８を実質的に完全含浸プレプレグから二次加工した。完全含浸有孔プレプレグから真空圧のみで二次加工された複合物は、穿孔のないプレプレグから実質的に同一条件下で強固化された複合物より低い多孔率を示すこ
とを認めた。
【００７８】
試験７ − 縁の通気を伴わない非有孔完全含浸プレプレグ
試験７の炭素繊維／エポキシ複合物を、約１４５ｇ／ｍ２の面積繊維重量を有するＴｈｏｒｎｅｌ（登録商標）Ｔ４０／８００を含んでなる単方向性プレプレグから二次加工した。ＣＹＣＯＭ（登録商標）５２１５エポキシ樹脂を含んでなるマトリックスを実質的に完全に含浸させ、プレプレグのマトリックスの重量分率は約３５容量％であった。プレプレグは、約１０５℃の温度で、約１メーター／分の速度で、そして樹脂にプレプレグを実質的に完全に含浸させるような遅いライン速度を使用して含浸させた。プレプレグを約３０．５ｃｍ×３０．５ｃｍのシートに裁断し、約３０枚のこれらのシートを（０）３０レイアップに積層させた。４つの縁すべてを真空シーラントテープで密封され、縁を密封されたレイアップの上に重ねたピンを刺したセパレーターとともにレイアップをバッグに入れた。重ねたセパレーターが縁の通気によるガスの除去を実質的に妨げ、真空のみの圧力で加工された非常に大型の、スリットテープ部分をシミュレートした。バッグに入れたレイアップを、通気物を含む真空包装物内に入れ、約４時間、約２０ｍｍＨｇの絶対圧の真空にかけた。次にレイアップを、約４時間、約８２℃の温度に加熱することにより真空のみの圧力下で硬化させた。そのように形成された複合ラミネートを切断し、磨き、そして約５容量％の多孔率を有することを認めた。
【００７９】
試験８ − 縁の通気を伴わない有孔完全含浸プレプレグ
プレプレグを実施例１に記載のピンローラーを使用して、ピンローラーで機械的に貫通して、約２個の穿孔／ｃｍ２を提供したことを除いて、試験８の炭素繊維／エポキシ複合物を試験７と同様な方法で二次加工した。穿孔はレイアップ前に各プレプレグ層の厚さを実質的に貫通して伸長した。そのように形成された複合ラミネートを磨き、そして約０．１容量％の多孔率を有することを認めた。
【表３】
【００８０】
まとめの表３のデータは、複合物の二次加工過程中に完全含浸有孔プレプレグ・レイアップを真空にかける工程が、非有孔プレプレグ・レイアップと比較して、約５容量％〜約０．１容量％だけ複合物の多孔率の有意な低下を可能にしたことを示す。これらの結果は、実質的に完全な含浸プレプレグ内への穿孔の導入が、プレプレグからのガスの除去を有意に高めたことを示す。大型の部分をシミュレートするために縁を密封する過程を実施した。
【００８１】
以上の説明は本教示の基礎的な新規の特徴を示し、説明し、指摘してきたが、本教示の範囲から逸脱せずに、それらの使用法のみならずまた、示されたような装置の詳細の形状の様々な省略、置き換えおよび変更が、当業者により実施され得ることが理解されるであろう。その結果、本教示の範囲は以上の考察に限定されてはならず、添付の請求項によって規定されるべきである。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス樹脂および、マトリックス樹脂の少なくとも一部分の内部に埋封された繊維を含んでなるプレプレグ、並びに
プレプレグ中のガスの移動を可能にするために、少なくともプレプレグの一部分の内部に分布された複数の穿孔、
を含んでなる有孔プレプレグであって、
そのマトリックス樹脂がおよそ室温において寸法安定性の穿孔を形成するようになっており、そして室温より高い特定の温度で流動して、１つまたは複数の穿孔を充填することができる、有孔プレプレグ。
【請求項２】
マトリックス樹脂がおよそ室温における特定の期間にわたり、実質的に穿孔中に流入しないような粘度を有する、請求項１の有孔プレプレグ。
【請求項３】
マトリックス樹脂の粘度がおよそ室温において約１，０００，０００ｃｐを超える、請求項１の有孔プレプレグ。
【請求項４】
穿孔を含む有孔プレプレグ内の空隙中へのマトリックス樹脂の流入を容易にするために、強固化および／または硬化期間中、マトリックス樹脂の粘度が約３００，０００ｃｐ未満である、請求項１の有孔プレプレグ。
【請求項５】
１つまたは複数の穿孔が貫通孔、穴、微細孔、割れ目、細長い孔、透き間およびそれらの組み合わせ物を含んでなる、請求項１のいずれかの有孔プレプレグ。
【請求項６】
１つまたは複数の穿孔が有孔プレプレグの厚さを通って特定の距離だけ伸長する、請求項１の有孔プレプレグ。
【請求項７】
穿孔が、２０平方センチメーター当たり約１個を超える穿孔密度で有孔プレプレグ内に存在する、請求項１の有孔プレプレグ。
【請求項８】
穿孔が、１平方センチメーター当たり約２個の穿孔密度で、約１００μｍ〜約５００μｍの孔径を有する、請求項１の有孔プレプレグ。
【請求項９】
有孔プレプレグが部分的に含浸されるかまたは完全に含浸される、請求項１の方法。
【請求項１０】
繊維が２０重量％未満の有孔プレプレグの重量分率を含んでなる、請求項１の有孔プレプレグ。
【請求項１１】
マトリックス樹脂および、マトリックス樹脂の少なくとも一部分の内部に埋封された繊維を含んでなる、１種または複数の有孔プレプレグを導入し（ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ）、
熱、真空または圧力の少なくとも１つを適用して、少なくとも１種の有孔プレプレグを強固化しそして／または硬化して、複合物を形成する工程を含んでなり、
ここで、１つまたは複数の穿孔が、１種または複数の有孔プレプレグの本体内から有孔プレプレグの外面へのガスの運搬を可能にするようになっている、
繊維強化複合物を形成する方法。
【請求項１２】
有孔プレプレグが部分的に含浸されるかまたは完全に含浸される、請求項１１の方法。
【請求項１３】
複合物の総容量に基づき１０容量％未満の多孔率を有する、請求項１１の方法により製造される複合物。
【請求項１４】
プレプレグにエネルギーを伝達して、プレプレグの一部分に、プレプレグの厚さを通して特定の距離だけ伸長する１つまたは複数の穿孔を形成する工程、
を含んでなる、有孔プレプレグを製造する方法。
【請求項１５】
エネルギーがピンプレスの形状で伝達されて、プレプレグの厚さを通して特定の距離だけ外面からプレプレグを貫通する、請求項１４の方法。
【請求項１６】
エネルギーが超音波圧力波の形状で伝達される、請求項１４の方法。
【請求項１７】
エネルギーが熱エネルギーの適用により伝達される、請求項１４の方法。
【請求項１８】
平均して、約１．０ｃｍ２のプレプレグ当たり、少なくとも１つの穿孔が存在する、請求項１４の方法。
【請求項１９】
プレプレグが、２０重量％未満のプレプレグの重量分率をもつ繊維を含んでなる、請求項１４の有孔プレプレグを製造する方法。
【請求項２０】
１種または複数の有孔プレプレグを含んでなる、有孔プレプレグ・レイアップ。
【請求項２１】
有孔プレプレグ・レイアップが更に、１種または複数の、穿孔をもたないプレプレグを含んでなる、請求項２０の有孔プレプレグ・レイアップ。
【請求項２２】
有孔および／または穿孔をもたないプレプレグがレイアップに集成され、そして次にプレプレグ・レイアップの少なくとも一部分の内部に穿孔が導入される、請求項２０の有孔プレプレグ・レイアップ。
【請求項１】
マトリックス樹脂および、マトリックス樹脂の少なくとも一部分の内部に埋封された繊維を含んでなるプレプレグ、並びに
プレプレグ中のガスの移動を可能にするために、少なくともプレプレグの一部分の内部に分布された複数の穿孔、
を含んでなる有孔プレプレグであって、
そのマトリックス樹脂がおよそ室温において寸法安定性の穿孔を形成するようになっており、そして室温より高い特定の温度で流動して、１つまたは複数の穿孔を充填することができる、有孔プレプレグ。
【請求項２】
マトリックス樹脂がおよそ室温における特定の期間にわたり、実質的に穿孔中に流入しないような粘度を有する、請求項１の有孔プレプレグ。
【請求項３】
マトリックス樹脂の粘度がおよそ室温において約１，０００，０００ｃｐを超える、請求項１の有孔プレプレグ。
【請求項４】
穿孔を含む有孔プレプレグ内の空隙中へのマトリックス樹脂の流入を容易にするために、強固化および／または硬化期間中、マトリックス樹脂の粘度が約３００，０００ｃｐ未満である、請求項１の有孔プレプレグ。
【請求項５】
１つまたは複数の穿孔が貫通孔、穴、微細孔、割れ目、細長い孔、透き間およびそれらの組み合わせ物を含んでなる、請求項１のいずれかの有孔プレプレグ。
【請求項６】
１つまたは複数の穿孔が有孔プレプレグの厚さを通って特定の距離だけ伸長する、請求項１の有孔プレプレグ。
【請求項７】
穿孔が、２０平方センチメーター当たり約１個を超える穿孔密度で有孔プレプレグ内に存在する、請求項１の有孔プレプレグ。
【請求項８】
穿孔が、１平方センチメーター当たり約２個の穿孔密度で、約１００μｍ〜約５００μｍの孔径を有する、請求項１の有孔プレプレグ。
【請求項９】
有孔プレプレグが部分的に含浸されるかまたは完全に含浸される、請求項１の方法。
【請求項１０】
繊維が２０重量％未満の有孔プレプレグの重量分率を含んでなる、請求項１の有孔プレプレグ。
【請求項１１】
マトリックス樹脂および、マトリックス樹脂の少なくとも一部分の内部に埋封された繊維を含んでなる、１種または複数の有孔プレプレグを導入し（ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ）、
熱、真空または圧力の少なくとも１つを適用して、少なくとも１種の有孔プレプレグを強固化しそして／または硬化して、複合物を形成する工程を含んでなり、
ここで、１つまたは複数の穿孔が、１種または複数の有孔プレプレグの本体内から有孔プレプレグの外面へのガスの運搬を可能にするようになっている、
繊維強化複合物を形成する方法。
【請求項１２】
有孔プレプレグが部分的に含浸されるかまたは完全に含浸される、請求項１１の方法。
【請求項１３】
複合物の総容量に基づき１０容量％未満の多孔率を有する、請求項１１の方法により製造される複合物。
【請求項１４】
プレプレグにエネルギーを伝達して、プレプレグの一部分に、プレプレグの厚さを通して特定の距離だけ伸長する１つまたは複数の穿孔を形成する工程、
を含んでなる、有孔プレプレグを製造する方法。
【請求項１５】
エネルギーがピンプレスの形状で伝達されて、プレプレグの厚さを通して特定の距離だけ外面からプレプレグを貫通する、請求項１４の方法。
【請求項１６】
エネルギーが超音波圧力波の形状で伝達される、請求項１４の方法。
【請求項１７】
エネルギーが熱エネルギーの適用により伝達される、請求項１４の方法。
【請求項１８】
平均して、約１．０ｃｍ２のプレプレグ当たり、少なくとも１つの穿孔が存在する、請求項１４の方法。
【請求項１９】
プレプレグが、２０重量％未満のプレプレグの重量分率をもつ繊維を含んでなる、請求項１４の有孔プレプレグを製造する方法。
【請求項２０】
１種または複数の有孔プレプレグを含んでなる、有孔プレプレグ・レイアップ。
【請求項２１】
有孔プレプレグ・レイアップが更に、１種または複数の、穿孔をもたないプレプレグを含んでなる、請求項２０の有孔プレプレグ・レイアップ。
【請求項２２】
有孔および／または穿孔をもたないプレプレグがレイアップに集成され、そして次にプレプレグ・レイアップの少なくとも一部分の内部に穿孔が導入される、請求項２０の有孔プレプレグ・レイアップ。
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【公表番号】特表２０１２−５０６４５４（Ｐ２０１２−５０６４５４Ａ）
【公表日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３２３１８（Ｐ２０１１−５３２３１８）
【出願日】平成２１年１０月２０日（２００９．１０．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６１２１１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０４８１０１
【国際公開日】平成２２年４月２９日（２０１０．４．２９）
【出願人】（５９４０６０５３２）サイテク・テクノロジー・コーポレーシヨン (36)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２０日（２００９．１０．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６１２１１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０４８１０１
【国際公開日】平成２２年４月２９日（２０１０．４．２９）
【出願人】（５９４０６０５３２）サイテク・テクノロジー・コーポレーシヨン (36)
【Ｆターム（参考）】
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