有機繊維を有する透明複合材料
【課題】窓ガラス等の透明ガラス代替として、広い温度範囲で光学歪が少なく透明性が高く、かつ衝撃や機械性能の向上した複合部品を提供する。
【解決手段】複合物品は、実質的に透明な基材と、前記基材中に埋設された少なくとも１つの実質的に透明で、長尺な有機繊維とから複合される。基材と有機繊維とは、対象波長域内において実質的に等しい屈折率を有しうる。
【解決手段】複合物品は、実質的に透明な基材と、前記基材中に埋設された少なくとも１つの実質的に透明で、長尺な有機繊維とから複合される。基材と有機繊維とは、対象波長域内において実質的に等しい屈折率を有しうる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、複合材料に関し、より詳細には、光学的に透明な補強複合物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスは、その優れた光学品質によりさまざまな用途において透明材として広く用いられている。例えば、ガラスは、建物用の窓ガラス材料または建築材料として広く用いられている。ガラスはまた、さまざまな輸送手段用途において透明材として広く用いられている。あいにく、ガラスは、比較的密度の高い材料であり、また、比較的脆いので、物体による衝撃時の飛散防止に十分な強度をガラスに与えるためには、比較的厚くする必要がある。
【０００３】
ガラスに付随する重量におけるマイナス面を回避しようとして、透明材は、ポリマー材料からも作製されることがある。例えば、透明材は、ガラスより密度が低く、かつ、適切な光学特性を有するアクリル樹脂（例えば、プレキシグラス（ＴＭ））といった透明ポリマーから形成してもよい。あいにく、アクリル樹脂は、強度特性が比較的低いので、数多くの高い耐衝撃性を要する用途には適さない。
【０００４】
ガラスに付随する重量におけるマイナス面および透明ポリマーに付随する強度の制約を考慮して、製造業者は、ガラス繊維により補強したポリマー材料から透明材を作製して、ポリマー製透明材の強度よび耐衝撃性を高めてきた。あいにく、ポリマー材料にガラス繊維を添加することにより、透明材の光学品質に悪影響を与える可能性がある。例えば、ガラス繊維は、ガラス繊維の各々が小型のレンズの働きをするような円筒形構造を有していることがある。各々が小型レンズの働きをしている複数のガラス繊維は、光が透明材を透過する際に光を散乱させる作用があり、その結果、透明材を通して見た物体がぼやけて見えることがある。
【０００５】
ガラス繊維により補強したポリマー材料から作製された透明材に付随するさらなる欠点は、温度変化に伴ってガラス材料およびポリマー材料の屈折率がばらつくことである。ｎ（λ，Ｔ）により表される屈折率は、温度Ｔにおいてある材料に入射する波長λの関数である。ガラス繊維により補強したポリマー材料の場合、ポリマー材料の屈折率は概して、所与の波長または可視スペクトルといった波長域に対して、温度の上昇とともに低下する。これに対して、ガラスの屈折率は典型的に、可視スペクトルに対して温度変化とともにほんのわずかしか変化しない。
【０００６】
所与の波長に対するある材料の温度変化に伴う材料のこのような屈折率変化は、材料の屈折率の温度係数ｄｎ（λ，Ｔ）／ｄＴとも定義可能である。ｄｎ（λ，Ｔ）／ｄＴにおいて、ｄｎは、材料の屈折率の変化を表し、λは、材料に入射する放射（例えば、光）の波長を表し、Ｔは、温度を表し、かつ、ｄＴは、材料の温度変化を表す。なお、材料は、１つ以上の波長および温度におけるその屈折率に関して説明可能であるが、材料の屈折率の温度係数もまた、材料の屈折率データとともに列挙される場合が多い。
【０００７】
ガラスおよびポリマー材料は、所与の波長に対する所与の一致点温度において同じ屈折率を有するよう選択可能であるが、ポリマー材料の屈折率の温度係数ｄｎ（λ，Ｔ）／ｄＴと比較したガラスの屈折率の温度係数ｄｎ（λ，Ｔ）／ｄＴの差により、一致点温度から温度が外れるにつれて、２つの材料の屈折率が変化する（例えば、差が広がる）。温度変化に伴いガラスおよびポリマー材料の屈折率が変化した結果、それに応じて、ガラス／ポリマー界面における光の散乱により、温度変化に伴う透明材の光学品質の低下が起こることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
理解できるように、当該技術分野において、比較的広い温度範囲内において光学的歪みを最小に抑えて比較的高い光学的透明度を有し、かつ、重量を最小に抑えて衝撃および機械性能を向上させた光学的透明複合物品が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
透明複合物品に付随する上記要求は、本開示により特に対処および緩和される。一実施形態において、本開示は、実質的に透明な基材と、該基材中に埋設された少なくとも１つの実質的に透明な有機繊維とを含む実質的に光学的に透明な複合物品を提供する。該繊維は、対象波長域内において基材屈折率と実質的に等しい屈折率を有する。
【００１０】
さらなる実施形態において、光学透過特性が良好で、かつ、歪みが最小に抑えられた実質的に透明な複合物品が開示されている。該複合物品は、実質的に透明な基材と、該基材中に埋設された複数の実質的に透明な有機繊維とを含んでいてもよい。該繊維は、対象波長域内において基材屈折率と実質的に等しい屈折率を有していてもよい。該基材および該有機繊維はまた、屈折率の温度係数が実質的に等しくてもよい。屈折率の温度係数は、材料の温度変化に伴う材料の屈折率の変化を表す。
【００１１】
さらなる実施形態において、対象波長域を選択する工程および基材屈折率を有する実質的に透明な基材を提供する工程のうちの１つ以上を含む複合物品を製造する方法論が開示されている。これに加えて、該方法は、対象波長域内において基材屈折率と実質的に等しい屈折率を有する少なくとも１本の実質的に透明な有機繊維を提供することを含んでいてもよい。該方法は、基材中に有機繊維を埋設することをさらに含んでいてもよい。
【００１２】
さらなる実施形態において、複合物品が晒されることになる対象波長域として可視スペクトルおよび赤外線スペクトルのうちの少なくとも一方を選択する工程のうちの１つ以上を含む複合物品を製造する方法論が開示されている。複合物品が晒されることになる温度範囲を選択してもよい。該方法は、基材屈折率および屈折率の温度係数を有する実質的に透明な基材を提供することを含んでいてもよい。複数の実質的に透明な有機繊維を提供してもよく、ここで、該有機繊維は、屈折率および屈折率の温度係数を有する。該繊維の屈折率の温度係数は、該温度範囲内において基材の屈折率の温度係数と実質的に等しい。該繊維の屈折率は、対象波長域内における基材の屈折率と実質的に等しくてもよい。該方法は、対向する一対の実質的に平面の繊維面を有する長尺の断面で有機繊維を提供し、基材中に有機繊維を埋設して、基材中に有機繊維の少なくとも１層を形成する工程をさらに含んでいてもよい。有機繊維の実質的に平面の繊維面は、複合物品の実質的に平面の物品表面と実質的に平行となるように向けられていてもよい。
【００１３】
取り上げた特徴、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せてもよい。
【００１４】
本開示のこれらおよびその他の特徴は、全体を通じて同様の番号が同様の部品を指す図面を参照すると、より明らかとなるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実質的に透明なポリマー基材と複数の実質的に透明な有機繊維とを含む実施形態における複合物品の斜視図である。
【図２】図２は、有機繊維の複数の層を示した図１の複合物品の分解斜視図である。
【図３】図３は、基材中の有機繊維の層の配置を示した図１の複合物品の一部の拡大斜視図である。
【図４】図４は、概して長尺の断面形状を有する有機繊維の実施形態を示した図３の４−４線に沿った拡大断面図である。
【図５】図５は、ある温度域内におけるポリマー基材および有機繊維の実質的に等しい屈折率を示し、かつ、温度変化に伴うポリマー基材の屈折率とガラス繊維の屈折率との不一致をさらに示した所与の波長対温度における屈折率のグラフである。
【図６】図６は、クロスプライ構成にある有機繊維を有する複合物品に対する強度対剛性（すなわち、弾性率）のグラフであり、クロスプライ構成にあるガラス繊維から構成される複合物品に対する強度対剛性をさらに示したグラフである。
【図７】図７は、複合物品の製造方法論の１つ以上の動作のフローチャートを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで、本開示の好適かつさまざまな実施形態を例示するために示されている図面を参照すると、図１は、複合物品１０の実施形態を示している。複合物品１０は、実質的に透明なポリマー基材１６とポリマー基材１６中に埋設された複数の実質的に透明な有機繊維１８とを含む繊維により補強された複合パネル１４として作製されていてもよい。パネル１４の構成として図１に例示されてはいるが、複合物品１０は、限定されることなく、広範な大きさ、形状および構成のいかなる１つで提供されていてもよく、かつ、平面のおよび／または合成表面を含んでいてもよい。
【００１７】
図４を参照すると、複合物品１０の有機繊維１８は、ポリマー基材１６中に埋設されており、かつ、好ましくは、少なくとも１つの実質的に平坦または平面の繊維面２０を有する形状とされており、またはより好ましくは、対向する一対の実質的に平坦なまたは平面の繊維面２０を有する形状とされている。ただし、有機繊維１８は、有機繊維１８の繊維面２０のうちのいずれか１つの単曲率（single curvatures）（図示せず）を含むさまざまな代替形状および大きさのうちのいずれか１つを有するよう提供されていてもよい。実質的に透明なポリマー基材１６と実質的に透明な有機繊維１８とを組み合わせた結果、図４に示されているように複合物品１０に入射する（２４）あらゆる波長の放射または光の透過を促進する実質的に透明な複合物品１０となる。例えば、基材１６および有機繊維１８は、複合物品１０を通過する可視スペクトルの放射および／または赤外線スペクトルの放射の透過を促進するよう選択されていてもよい。
【００１８】
基材１６と有機繊維１８とは、好ましくは、対象波長域に対する広い温度範囲内において相補的なまたは実質的に等しい屈折率を有することが有利である。所与の温度Ｔにおける所与の材料の屈折率は、該所与の温度Ｔにおける、真空中の所与の波長λの光の速度の、該所与の材料中の同じ波長λの光の速度に対する比率として定義することができる。基材１６の屈折率と有機繊維１８の屈折率とは、基材１６の有機繊維１８との界面における光または放射の散乱を最小に抑えるか、または、減少させるために、所与の温度範囲に対して対象の波長域内において実質的に等しいか、または綿密に整合させることが好ましい。そうでなければ、実質的に異なる屈折率を有する基材と繊維との界面において、そのような光の散乱が生じる可能性がある。現在開示されている実施形態において、基材１６と有機繊維１８との屈折率が実質的に等しいことにより、複合物品１０を通過する光が比較的高い程度で透過しやすく、放射の歪みが低減されやすくなってもよく、かつ、複合物品１０の有効な使用温度が効果的に拡大されてもよい。
【００１９】
引き続き図４を参照して、基材１６と有機繊維１８とは、実質的に等しい屈折率の温度係数ｄｎ（λ，Ｔ）／ｄＴを有するとも定義可能であり、ここで、ｄｎ（λ，Ｔ）／ｄＴは、温度Ｔに関する偏導関数ｎ（λ，Ｔ）である。上に示したように、材料の屈折率の温度係数ｄｎ（λ，Ｔ）／ｄＴは、所与の波長に対するある材料の温度変化に伴う材料の屈折率変化とも定義できる。本開示の基材１６と有機繊維１８とは、対象波長域に対して広い温度範囲内において実質的に等しい屈折率を有することが好ましいと説明されているが、基材１６と有機繊維１８とは、実質的に等しい屈折率の温度係数を有するという観点から説明してもよい。というのも、ある材料の屈折率の温度係数は、入手可能な文献において該材料の屈折率データとともに列挙されていることが多いからである。
【００２０】
本開示において、ポリマー基材１６と有機繊維１８とは、それぞれの屈折率の温度係数もまた実質的に等しくなるように、対象波長域に対して広い温度範囲内において実質的に等しい屈折率を有することが好ましい。ある実施形態において、ポリマー基材１６と有機繊維１８との屈折率の温度係数は、ポリマー基材１６と有機繊維１８との屈折率が、温度上昇に伴い所与の波長に対して基材１６と有機繊維１８との屈折率の実質的に類似の低下率と対応するようになっていてもよい。基材１６と有機繊維１８との実質的に等しい屈折率および実質的に等しい屈折率の温度係数によりもたらされる利点には、下でより詳細に説明される比較的広い温度範囲内において歪みを最小に抑えつつ複合物品１０の光学的透明性を向上させることが含まれる。
【００２１】
図１を参照すると、パネル１４として形成され、かつ、有機ポリマー基材１６から形成された複数の有機繊維１８を含む複合物品１０が示されており、ここで、有機繊維１８はポリマー基材１６中に埋設されている。有機繊維１８は、実質的に透明なポリマー基材１６に対する構造的補強材を含んでいてもよく、かつ、複合物品１０の機械的性能を向上させてもよい。例えば、有機繊維１８により提供される構造的補強材は、下でより詳細に説明するように、有機繊維１８の引っ張り強度および弾性率が高められることにより、複合物品１０の比剛性（すなわち、密度で割った複合物品１０の剛性）を向上させることができる。
【００２２】
図２を参照すると、帯状片として形成され、かつ、基材１６中の層３２内に配置された複数の有機繊維１８を示した、図１のパネル１４の分解図が示されている。有機繊維１８の各々は、好ましくは対向する一対の実質的に平面の繊維面２０を含む長尺の断面形状を有することが好ましい。ある実施形態において、有機繊維１８の繊維面２０は、下でより詳細に説明するような手法で複合物品１０の光学的性能を高めるために、複合物品表面１２と実質的に平行に配置されていてもよい。
【００２３】
図３を参照すると、有機繊維１８が複合物品１０の基材１６中の層３２内に配置されている複合物品１０の拡大斜視図が示されている。有機繊維１８は、複合物品１０中において互いに対していかなる向きに配置されていてもよく、層３２の各々における有機繊維１８が互いに実質的に平行な関係で配列されている図３に示されている配置に限定されない。複合物品１０は、有機繊維１８の層３２を３層有するとして例示されているが、いかなる数の層３２を設けてもよい。例えば、複合物品１０は、有機繊維１８の単一層３２または数十層以上の層３２を含んでいてもよい。
【００２４】
１層以上の層３２における有機繊維１８は、複合物品１０における他の有機繊維１８に対して、層３２内の有機繊維１８の長さが互いに概して平行に配向されている単方向配置に限定はされないがこれを含むあらゆる手法で配向されていてもよい。有機繊維１８はまた、ある層３２内の有機繊維１８が、その他の層３２における有機繊維１８に対して概して垂直に配向されている二方向配置またはクロスプライ構成で配向されていてもよい。これに関して、いかなる層３２における有機繊維１８も、層３２内における有機繊維１８の不均一な配置を含む互いに対していかなる方向に配向されていてもよい。さらに、層３２内の有機繊維１８は、織物構成（図示せず）または図１〜図４に例示されているもののような不織布構成で配置されていてもよい。１層以上の層３２の有機繊維１８は、隣り合う層３２の有機繊維１８と接触するまたは接触しない配置となっていてもよい。例えば、図４は、層３２が基材１６の材料により分離されるように互いに接触しない関係で配置されている有機繊維１８の層３２を例示している。
【００２５】
図３を参照すると、複数の層３２における有機繊維１８の相対位置を示している複合物品１０の拡大斜視図が示されている。各層３２の有機繊維１８は、直接隣り合う層３２の有機繊維１８に対して実質的に垂直に配向されているとして例示されている。さらに、各層３２の有機繊維１８は、同じ層３２の有機繊維１８の隣り合うものと実質的に平行な配列に配向されている。ただし、図３は、パネル１４構成にある複合物品１０の非限定的な実施形態を示しており、複合物品１０の代替の構成または複合物品１０のポリマー基材１６中の有機繊維１８の代替の配置を限定するものとして解釈されるべきではない。例えば、ある１つの層３２の有機繊維１８は、層３２の隣り合うものの有機繊維１８に対して垂直な向きに配向されていてもよい。さらに、ある１つの層３２の有機繊維１８は、層３２の隣り合うものの有機繊維１８に対していかなる非垂直な角度（例えば、１５°、２２．５°、４５°、６０°など）に配向されていてもよい。
【００２６】
図４を参照すると、層３２における有機繊維１８の配置を示した複合物品１０のある実施形態の断面図が示されている。図４から分かるように、有機繊維１８は、比較的平坦なまたは実質的に平面の繊維面２０を有する長尺の断面形状を有し、そうでなければ光が湾曲表面を通過する際に生じる可能性のある光の散乱を最小に抑えることが好ましい。有機繊維１８の繊維面２０の実質的に平面の構成により、光の散乱が最小に抑えられ、かつ、複合物品１０の光学品質が向上すると有利である。上で触れた有機繊維１８とポリマー基材１６との屈折率の温度係数が実質的に等しいことにより、下でより詳細に説明するように温度変化による光学品質の低下が緩和される。
【００２７】
引き続き図４を参照すると、有機繊維１８の概して長尺の形状は、繊維幅２８対繊維厚２６比として定義される比較的高いアスペクト比を含むことが好ましい。繊維１８の断面は、あらゆる値のアスペクト比を有する可能性があるものの、ある実施形態において、アスペクト比は、約３から約５００まで変化してもよい。ある実施形態において、繊維厚２６は、約５ミクロンから約５０００ミクロン（０．０００２から０．２０インチ）の範囲内であってもよい。ただし、有機繊維１８は、限定されることなくあらゆる繊維厚２６で提供することができる。
【００２８】
図４を参照すると、有機繊維１８の長尺の断面形状は、複合物品１０の物品表面１２に実質的に平行に向けられていることが好ましい一対の実質的に平面の繊維面２０を含んでいてもよい。しかしながら、有機繊維１８は、有機繊維１８の繊維面２０が物品表面１２に対して何らかの角度を有した向きに配置されるように、基材１６中に埋設されていてもよい。実質的に平面であるように例示されてはいるが、有機繊維１８の繊維面20は、わずかに凹面、わずかに凸面または頂部のある形状を含むわずかに湾曲した形状であってもよく、厳密に実質的に平面または平坦な外形に限定されるものではない。さらには、有機繊維１８の繊維面２０は、１つ以上の繊維面２０に１つ以上の表面特徴（図示せず）を含んでいてもよいと考えられている。
【００２９】
図４から分かるように、所与の層３２内における有機繊維１８は、所望の繊維間隔３４で基材１６中に埋設されていてもよい。例えば、有機繊維１８は、約５０００ミクロン（約０．２０インチ）までかそれ以上の繊維間隔３４で配置されていてもよい。繊維間隔３４は、所与の層３２内における有機繊維１８の長さに沿って隣り合う有機繊維１８同士の側端２２間の平均横方向距離として定義することができる。これに加えて、有機繊維１８は、隣り合う一対の有機繊維１８の対向する側端２２同士が互いに接触関係にあるように配置されていてもよい。しかしながら、有機繊維１８は、側端２２同士が互いに離間した関係に位置している図４に示されているように配置されていることが好ましい。これに関して、有機繊維１８は、いかなる繊維間隔３４で配置されていてもよく、かつ、図４に示されている繊維間隔３４には限定されない。
【００３０】
引き続き図４を参照すると、複合物品１０の全体積に対する有機繊維１８の全体積は、約１０％から９０％の範囲内とすることができる。ただし、有機繊維１８は、複合物品１０の全体積のいかなる部分を含んでいてもよい。限定はされないが、複合物品１０の所望の光学特性、所望の強度特性、所望の衝撃特性、所望の剛性および重量要件を含むさまざまなパラメータに基づいて、所望の繊維体積を選択することができる。
【００３１】
図４は、有機繊維１８の断面について長尺の構成を示しているが、有機繊維１８は、さまざまな代替の断面形状のうちのいかなる１つで提供されてもよい。例えば、有機繊維１８は、限定はされないが、多角形、四辺形、正方形、矩形およびその他あらゆる適切な形状を含むあらゆる断面形状で形成されてもよい。これに加えて、有機繊維１８の断面は、上で触れたように、湾曲した、または、湾曲部分を含む１つ以上の繊維面２０を含んでいてもよい。有機繊維１８は、上に示したようにいかなるアスペクト比で提供されてもよいものの、ある実施形態において、有機繊維１８の断面は、図４に示したように約３から５００のアスペクト比(例えば、繊維幅２８対繊維厚２６比)を有する長尺形状であることが好ましい。
【００３２】
図５を参照すると、ポリマー基材１６、有機繊維１８およびガラス繊維５４について特定波長での屈折率対温度をグラフ化したものが示されている。図５から分かるように、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とは、ある温度範囲内において実質的に等しいことが好ましい。例えば、図５のグラフは、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とが温度上昇に伴い概して低下していることを示している。本開示の非限定的な実施形態において、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とは、約−６５°Ｆから約２２０°Ｆまでの温度範囲内において実質的に等しくなるよう選択されてもよい。しかしながら、図５は、基材１６および有機繊維１８の一実施形態を表しており、温度に伴って図５に示されているものとは異なったように変化する屈折率を有していてもよい基材１６および有機繊維１８の代替の実施形態を限定するよう解釈されるべきではない。
【００３３】
上に示したように、ある好適な実施形態において、基材１６および有機繊維１８は、複合物品１０が晒される可能性のある所与の温度範囲に対して選択された対象波長域に対して実質的に等しい屈折率を有するものとして説明されていてもよい。対象波長域は、約７６０ナノメートル（ｎｍ）から２５００ｎｍまで（すなわち、約１２０から４００ＴＨｚの周波数）にわたる可能性のある赤外線スペクトルを含むあらゆるスペクトルを含んでいてもよい。また、複合物品１０が晒される可能性のある対象波長域は、約３８０ｎｍから７６０ｎｍまで（すなわち、約７９０から４００ＴＨｚの周波数）にわたる可視スペクトルを含んでいてもよい。基材１６および有機繊維１８の組成は、基材１６および有機繊維１８の屈折率が、選択された波長域に対してある温度範囲内で実質的に等しくなるように選択することができる。例えば、基材１６および有機繊維１８の組成は、上記屈折率が、紫外線スペクトル内で実質的に等しくなるように選択することができる。
【００３４】
前に示したように、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とは、屈折率５２、５０が所与の温度範囲に対して互いから所定の最大差内に維持されるように選択される。例えば、基材１６および有機繊維１８は、屈折率５２、５０が所与の温度範囲および所与の選択波長域に対して互いの少なくとも約１から３パーセント以内に維持されるように選択されてもよい。非限定的な実施形態において、屈折率５２、５０が互いの少なくとも約１から３パーセント以内に維持される所与の温度範囲は、該温度はいかなる範囲内にわたっていてもよいものの、約−６５°Ｆから約２２０°Ｆまでとすることができる。同様に、屈折率５２、５０が互いの少なくとも約１から３パーセント以内に維持される対象波長域は、該対象波長域はいかなるスペクトルを含んでいてもよいものの、可視スペクトルおよび／または赤外線スペクトルを含むものとすることができる。
【００３５】
ある実施形態において、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とは、屈折率５２、５０が可視スペクトルおよび／または赤外線スペクトルにおける温度範囲に対して実質的に等しくなるように選択されてもよい。また、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とは、所与の温度範囲内の少なくとも１つの温度一致点５６に対して等しいか、または、より好ましくは、同一であってもよい。例えば、図５は、基材１６の屈折率曲線５２と有機繊維１８の屈折率曲線５０との交点において基材１６の屈折率５２が有機繊維１８の屈折率５０と一致する一致点５６温度を示している。
【００３６】
しかしながら、図５は、基材１６の材料および有機繊維１８の材料の一実施形態を表しており、所与の波長に対して所与の温度範囲内において必ずしも一致するとは限らない種々の屈折率を有していてもよい代替の材料を限定するよう解釈されるべきではない。とりわけ、図５は、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とが、ばらつきが比較的一定またはわずかであり、その結果、温度上昇または低下につれてポリマー基材１６の基材屈折率５２からは比較的大きく外れるガラス繊維５４の屈折率５４と比較して、温度範囲に沿って実質的に等しいことを示している。
【００３７】
上に示したように、基材１６と有機繊維１８とは、実質的に等しい屈折率の温度係数を有することが好ましい。ある実施形態において、有機繊維１８および基材１６は、いかなる適切な屈折率の温度係数を有するよう選択されてもよい。図５は、温度上昇に伴い低下する基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とを示している。基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０との比較的小さい差により、複合物品１０の温度変化に伴う光学的歪みが最小に抑えられている。
【００３８】
図６を参照すると、図３に示されている有機繊維１８配置と同様に、ある層３２（図３）における有機繊維１８（図３）が他の層３２における有機繊維１８に対して概して垂直に配向されていてもよいクロスプライ構成で、ポリマー基材１６（図１〜図４）中に埋設された有機繊維６２から構成された複合物品１０’の機械的性能を示したグラフが示されている。図６は、種々の組成の複合物品１０’に対する強度５８（ｋｓｉ）および弾性率６０（Ｍｓｉ）をグラフ化している。図６はまた、ガラス繊維６６から構成されている複合物品１０’の強度特性が、有機繊維６２から構成されている複合物品１０’におおよそ匹敵する強度５８値を有することをグラフとして示している。さらに、図６は、ガラス繊維６６から構成されている複合物品１０’が、有機繊維６２のある組成より概して高い弾性率６０を有していることを示している。しかしながら、前に示したように、ガラス繊維の屈折率５４の温度係数は、図５に示したようにポリマー基材の屈折率５２の温度係数とは実質的に異なり、その結果、複合物品１０の温度変化に伴いガラス繊維により補強されたポリマー基材複合物品１０の光学品質がより一層劣化する可能性がある。
【００３９】
図６は、種々の組成の有機繊維６２を有する複合物品１０’（図１〜図４）に対する強度５８（ｋｓｉ）および弾性率６０（Ｍｓｉ）を示している。比較のため、図６は、補強用有機繊維を有さないポリマー７６から構成された複合物品（すなわちポリマー材料）に対する機械的特性も示している。図６から分かるように、有機繊維６２を有さないポリマー７６から構成された複合物品１０’は、約６ｋｓｉから約２０ｋｓｉまでの範囲の引っ張り強度５８および約０．２Ｍｓｉから約０．５５Ｍｓｉまでの範囲の弾性率６０を有していてもよい。対照的に、有機繊維６２としてのフルオロカーボン繊維６８により強化したポリマー基材を含む複合物品１０’は、約６ｋｓｉから約６２ｋｓｉまでの範囲の引っ張り強度５８および約０．１Ｍｓｉから約０．３Ｍｓｉまでの範囲の弾性率６０を有していてもよい。ナイロン（ＴＭ）繊維７０を含む複合物品１０’は、約６ｋｓｉから約７８ｋｓｉまでの範囲の引っ張り強度５８および約０．２Ｍｓｉから約０．５Ｍｓｉまでの範囲の弾性率６０を有していてもよい。
【００４０】
引き続き図６を参照すると、ポリプロピレン繊維７４を含み、かつ、約６ｋｓｉから約８０ｋｓｉまでの範囲の引っ張り強度５８および約０．４５Ｍｓｉから約１．１Ｍｓｉまでの範囲の弾性率６０を有する複合物品１０’もまた示されている。ポリエチレンテレフタレート繊維７２を含む複合物品１０’は、約６ｋｓｉから約７０ｋｓｉまでの範囲の引っ張り強度５８および約０．４Ｍｓｉから約０．８Ｍｓｉまでの範囲の弾性率６０を有していてもよい。ポリエチレン繊維６４を含む複合物品１０’は、約１０ｋｓｉから約３００ｋｓｉまでの範囲の引っ張り強度５８および約０．５Ｍｓｉから約９．０Ｍｓｉまでの範囲の弾性率６０を有していてもよい。
【００４１】
図６から分かるように、ポリエチレン繊維６４から構成された複合物品１０’は、ガラス繊維６６を含む複合物品１０’に対して向上した強度５８およびより優れた剛性（すなわち、弾性率６０）を示す。より詳細には、図６は、ポリエチレン繊維６４を含む複合物品１０’が、約１０ｋｓｉから約３００ｋｓｉまでの範囲の引っ張り強度５８および約０．５Ｍｓｉから約９．０Ｍｓｉまでの範囲の弾性率６０を有していてもよいことを示している。対照的に、ガラス繊維６６を含む複合物品１０’は、約２８ｋｓｉから約７５ｋｓｉまでの範囲の引っ張り強度５８および約１．２Ｍｓｉから約２．７Ｍｓｉまでの弾性率６０を有すると示されている。ただし、有機繊維６２から構成された複合物品１０’に対する上に記載した強度５８（ｋｓｉ）および弾性率６０（Ｍｓｉ）の値は、非限定的な例であり、かつ、強度５８（ｋｓｉ）および弾性率６０（Ｍｓｉ）についての高い値が可能である。
【００４２】
ポリエチレン繊維６４は、他の繊維材料に対してより向上した引っ張り強度５８を有する伸張ポリエチレン繊維６４構成を含んでいてもよい。ポリエチレン繊維６４の伸張は、繊維分子の配列を促進することにより、ポリエチレン繊維６４の引っ張り強度および剛性が高まり、その結果、複合物品１０の基材１６（図１〜図４）中に埋設されると、複合物品１０’の特定の性能が向上する可能性がある。例えば、上に示したように、ガラス繊維６６により作製された複合物品１０’の比剛性に対して、ポリエチレン繊維６４により、複合物品１０’の比剛性が高まる可能性がある。
【００４３】
理解可能なように、複合物品１０（図１〜図４）の光学および機械的特性は、基材１６の材料および有機繊維１８の組成に部分的に依存している可能性がある。基材１６および有機繊維１８の材料は、複合物品１０（図１〜図４）の意図された用途に基づいて選択されてもよい。有機繊維１８が形成されてもよい材料は、限定はされないが、あらゆる適切な熱可塑性または熱硬化性材料を含む。例えば、基材１６および／または有機繊維１８が形成されてもよい熱可塑性材料は、限定はされないが、フルオロカーボン、ポリアミド、ポリエチレン、ポリエステル、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を含む。ポリエチレンは、超高分子量ポリエチレン、高密度ポリエチレン、または、あらゆるその他の分子量のポリエチレンを含むあらゆるその他の形態のポリエチレンを含んでいてもよい。熱可塑性材料はまた、ナイロン（ＴＭ）、および、さまざまなその他の実質的に透明な有機材料のいずれか１つまたはその組み合わせを含んでいてもよい。基材１６および／または有機繊維１８が形成されてもよい熱硬化性材料は、限定はされないが、ポリウレタン、フェノール樹脂、ポリイミド、ビスマレイミド、ポリエステル、エポキシ樹脂、および、さまざまなあらゆるその他の適切な透明ポリマー材料のうちの１つを含んでいてもよい。
【００４４】
前に示したように、基材１６（図１〜図４）の材料と有機繊維１８の材料との選択、ならびに、繊維形状、繊維厚２６（図４）、繊維幅２８（図４）、繊維間隔３４（図４）、層間隔３６（図４）および繊維体積を含む有機繊維１８の形状寸法および配置の選択は、複合物品１０（図１）が晒される可能性のある環境（例えば、温度範囲および対象波長域）に部分的に基づいていてもよい。複合物品１０は、パネル１４の構成（図１）を含むさまざまな構成のうちのいずれか１つ、または、限定はされないがフロントガラスおよび／または航空機のキャノピーといった輸送手段の透明材を含むさまざまな代替の構成のうちのいずれか１つで構成されていてもよい。これに加えて、複合物品１０は、建物用構造パネルまたは建築パネルといったいかなる輸送手段のまたは非輸送手段用途における使用のため、または、非構造用途のために構成されていてもよい。これに関して、複合物品１０は、限定はされないが、いかなる用途、システム、サブシステム、構造物、装置および／またはデバイスにおける使用のために構成されていてもよい。
【００４５】
ここで図７を参照すると、複合物品１０（図１）を製造する方法論を含んでもよい１つ以上の動作のフローチャートが示されている。該方法論の工程１００は、複合物品１０が晒される可能性のある対象波長域を選択することを含んでもよい。例えば、工程１００は、複合物品１０が晒される可能性のある放射の可視スペクトルおよび／または赤外線スペクトルを選択することを含んでいてもよい。前に示したように、温度に伴う変化に加えて、材料の屈折率はまた、その材料が晒されている放射の波長とともに変化してもよい。
【００４６】
図７の工程１０２は、複合物品１０が晒される可能性のある温度範囲を選択してもよい。例えば、複合物品１０（図１）の温度範囲は、約−６５°Ｆから約２２０°Ｆまでにわたっていてもよい。ただし、用途によっては、複合物品１０の動作温度範囲は、約−６５°Ｆから１８０°Ｆまで、約−６５°Ｆから１６０°Ｆまで、約−４０°Ｆから１６０°Ｆまで、または、約０°Ｆから１３０°Ｆまでにわたっていてもよい。しかしながら、該温度範囲は、−６５°Ｆより低い温度および／または２２０°Ｆより高い温度を含むいかなる温度の組間にわたっていてもよく、上に述べた範囲に限定されない。
【００４７】
前に示したように、ポリマー基材の屈折率５２および有機繊維の屈折率５０は、温度の上昇に伴い概して低下してもよい。ポリマー基材１６の材料は、基材１６の屈折率が、温度範囲内における一致点５６（図５）で有機繊維１８の屈折率と一致するように選択されてもよい。このようにして、基材１６と有機繊維１８との屈折率差は、温度が一致点５６温度から外れる（すなわち、上昇または低下する）につれて最小に抑えることができる。ただし、前に示したように、基材１６および有機繊維１８の屈折率は、温度動作範囲内のいかなる特定の温度においても必ずしも一致するとは限らない。
【００４８】
図７の方法論の工程１０４は、基材屈折率５２および屈折率の温度係数を有する実質的に透明な基材１６（図１〜図４）を提供することを含んでもよい。基材１６は、所与の用途に対していかなる適切な基材１６を含んでいてもよい。例えば、上に示したように、基材１６は、いかなる適切な熱可塑性材料またはいかなる適切な熱硬化性材料を含んでいてもよい。熱可塑性材料の非限定的な例として、上記ナイロン（ＴＭ）、フルオロカーボン、ポリアミド、ポリエチレン、ポリエステル、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が挙げられる。熱硬化性材料の非限定的な例として、ポリウレタン、フェノール樹脂、ポリイミド、ビスマレイミド、ポリエステルおよびエポキシ樹脂を挙げることができる。
【００４９】
図７の工程１０６は、屈折率５０および屈折率の温度係数を有する少なくとも１つの実質的に透明な有機繊維１８（図１〜図４）を提供することを含んでもよい。有機繊維１８は、対象波長域内において基材屈折率５２と実質的に等しい屈折率５０を有することが好ましい。基材１６は、基材１６の屈折率５２が、所与の温度範囲について繊維１８の屈折率５０に対して所定の最大差内に存在するように選択されてもよい。例えば、基材１６および有機繊維１８は、その屈折率５２、５０が、約−６５°Ｆから約２２０°Ｆまでの温度範囲といったあらゆる適切な温度範囲について、互いに約１パーセントから約３パーセント以内に存在するように選択されてもよい。ただし、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とは、互いにいかなる範囲内に存在していてもよい。例えば、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とは、互いから３パーセントより大きい割合だけ異なっていてもよい。また、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とは、互いから約１パーセントから０．３パーセント以下の範囲内に存在していてもよい。さらに、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０との上記差のうちのいずれかに対する温度範囲は、限定されることなくあらゆる温度の組間にわたっていてもよい。
【００５０】
工程１０６における有機繊維１８（図１〜図４）の選択は、その屈折率の温度係数が、基材１６の屈折率の温度係数と実質的に等しくなるように有機繊維１８を選択することをさらに含んでいてもよい。屈折率の温度係数が実質的に等しくなるように基材１６および有機繊維１８を選択することにより、基材１６と有機繊維１８との屈折率差を温度上昇または低下の際に最小に抑えることができると有利である。例えば、図５は、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とが、温度範囲内において実質的に等しいことにより、基材の屈折率５２と有機繊維の屈折率５０との相違が比較的小さい程度となることを示している。
【００５１】
引き続き図７を参照すると、工程１０８は、図４に示したように好ましくは複合物品１０の物品表面１２に実質的に平行に向けられている可能性のある対向する一対の実質的に平面の繊維面２０（図４）を有する長尺の断面形状で有機繊維１８を提供することを含んでもよい。しかしながら、有機繊維１８は、繊維面２０が、複合物品１０の物品表面１２に対して非平行な配置（図示せず）に向けられるように配向されていてもよい。好ましくは、有機繊維１８（図４）は、有機繊維１８の厚みを貫通する方向に沿って互いに実質的に平行な対向する実質的に平面の繊維面２０を有するほぼ矩形の断面形状を有する。ただし、上に示したように、有機繊維１８は、いかなる適切な構成で提供してもよく、長尺または矩形の断面形状に限定されない。
【００５２】
図７の方法論の工程１１０は、図４に示されている基材１６中に複数の有機繊維１８を埋設することを含んでいてもよい。ある実施形態において、複数の有機繊維１８は、図２〜図５に示されているように層３２構成に配置されていてもよい。各層３２内の有機繊維１８は、図４に示されているように所与の層３２における有機繊維１８の隣り合うもの同士の繊維端２２間の平均横方向距離として定義される所望の繊維間隔３４で離間されていてもよい。層３２の隣り合うものにおける有機繊維１８は、ある層３２における有機繊維１８の軸３０（図３）が、図３に示されているように直接隣り合った層３２の有機繊維１８の繊維軸３０に対して約９０°の角度といった所定の角度に向けられるように配置されてもよい。ただし、ある層３２における有機繊維１８の軸３０は、直接隣り合った層３２の有機繊維１８の繊維軸３０に対してさまざまな代替の角度のうちのいずれか１つを有するよう向けられていてもよい。例えば、ある層３２における有機繊維１８の軸３０は、直接隣り合った層３２の有機繊維１８の繊維軸３０に対していかなる非垂直な角度（例えば、１５°、２２．５°、４５°、６０°など）を有するよう向けられていてもよい。
【００５３】
図７の方法論の工程１１２は、複合物品１０の光学的透明度を維持するために、有機繊維１８の繊維面２０（図４）を複合物品１０の物品表面１２に実質的に平行になるように向けることを含んでいてもよい。有機繊維１８は、上に示したようにいかなる適切な断面形状で、かつ、複合物品１０の全体積に対していかなる適切な繊維体積で提供してもよい。温度範囲内において基材１６および有機繊維１８の実質的に等しい屈折率により、光学透過性が向上し、かつ、複合物品１０の歪みが最小に抑えられると有利である。
【００５４】
好適な実施形態において、複合物品は、基材屈折率を有する実質的に透明な基材と、基材中に埋設された少なくとも１つの実質的に透明な有機繊維とを含み、有機繊維は、対象波長域内において基材屈折率と実質的に等しい屈折率を有する。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：基材と有機繊維とが、実質的に等しい屈折率の温度係数を有する。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：基材と有機繊維との屈折率および屈折率の温度係数が、基材の屈折率と有機繊維の屈折率とが温度範囲内の少なくとも１つの温度に対して対象波長域内の所与の波長において等しいようになっている。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：基材と有機繊維との屈折率および屈折率の温度係数が、基材の屈折率と有機繊維の屈折率とが約−６５°Ｆから約２２０°Ｆまでの温度範囲に対して対象波長域内において互いの約１から３パーセント以内であるようになっている。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：対象波長域が、赤外線スペクトルおよび可視スペクトルのうちの少なくとも一方を含む。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：有機繊維が長尺の断面を有する。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：上記断面が繊維幅対繊維厚のアスペクト比を有し、かつ、アスペクト比が、約３から約５００までの範囲内である。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：繊維厚が、約５ミクロンから約５０００ミクロンまでの範囲内である。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：有機繊維が、互いに実質的に平行な対向する一対の実質的に平面の繊維面を有する。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：実質的に平面の繊維面が、複合物品の実質的に平面の物品表面に実質的に平行である。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：基材および有機繊維のうちの少なくとも一方が、熱可塑性材料および熱硬化性材料のうちび少なくとも１つから形成されている。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：熱可塑性材料が、フルオロカーボン、ポリアミド、ポリエチレン、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のうちの少なくとも１つを含み、かつ、熱硬化性材料が、ポリウレタン、フェノール樹脂、ポリイミド、ビスマレイミド、ポリエステル、エポキシ樹脂のうちの少なくとも１つを含む。複合物品は、フロントガラス、キャノピー、窓、薄膜、構造パネル、建築パネル、非構造物品といった構造物を形成してもよい。
【００５５】
別の好適な実施形態において、実質的に光学的に透明な複合物品は、基材屈折率を有する実質的に透明な基材と、基材中に埋設された複数の実質的に透明な有機繊維とを含んでいてもよく、有機繊維は、可視スペクトルおよび赤外線スペクトルのうちの少なくとも一方の範囲内で基材屈折率と実質的に等しい屈折率を有し、かつ、基材と有機繊維とが、実質的に等しい屈折率の温度係数を有する。
【００５６】
別の好適な実施形態において、複合物品の製造方法は、基材屈折率を有する実質的に透明な基材を提供し、基材屈折率と実質的に等しい屈折率を有する少なくとも１つの実質的に透明な有機繊維を提供し、基材中に有機繊維を埋設することを含んでいてもよい。上記方法は、対象波長域を選択し、基材の屈折率の温度係数が、対象波長域内の繊維の屈折率の温度係数と実質的に等しくなるように基材および有機繊維を選択することをさらに含んでいてもよい。上記方法は、基材の屈折率と有機繊維の屈折率とが、温度範囲内の少なくとも１つの温度に対して対象波長域内の所与の波長において等しくなるように基材および有機繊維を選択することをさらに含んでいてもよい。上記方法は、基材の屈折率と有機繊維の屈折率とが、約−６５°Ｆから約２２０°Ｆまでの温度範囲に対して互いの約１から３パーセント以内となるように基材および有機繊維を選択することをさらに含んでいてもよい。上記方法は、対象波長域として、赤外線スペクトルおよび可視スペクトルのうちの少なくとも一方を選択することをさらに含んでいてもよい。上記方法は、長尺の断面で有機繊維を提供することをさらに含んでいてもよい。上記方法は、互いに実質的に平行に向けられている対向する一対の実質的に平面の面を有する断面で有機繊維を提供することをさらに含んでいてもよい。上記方法は、繊維断面の実質的に平面の面が、複合物品の実質的に平面の物品表面と実質的に平行となるように繊維を配向させることをさらに含んでいてもよい。上記方法は、熱可塑性材料および熱硬化性材料をさらに含んでいてもよい。上記方法はさらに以下の構成を有していてもよい：熱可塑性材料が、フルオロカーボン、ポリアミド、ポリエチレン、ポリエステル、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のうちの少なくとも１つを含み、かつ、熱硬化性材料が、ポリウレタン、フェノール樹脂、ポリイミド、ビスマレイミド、ポリエステル、エポキシ樹脂のうちの少なくとも１つを含む。
【００５７】
別の好適な実施形態において、複合物品の製造方法は、複合物品が晒されることになる対象波長域として可視スペクトルおよび赤外線スペクトルのうちの少なくとも一方を選択し、複合物品が晒されることになる温度範囲を選択し、基材屈折率および屈折率の温度係数を有する実質的に透明な基材を提供し、屈折率と温度範囲内において基材の屈折率の温度係数と実質的に等しい屈折率の温度係数とを有する複数の実質的に透明な有機繊維を提供し、繊維の屈折率は、対象波長域内において基材屈折率と実質的に等しく、対向する一対の実質的に平面の繊維面を有する長尺の断面で有機繊維を提供し、基材中に有機繊維を埋設して、基材中に有機繊維の少なくとも１層を形成し、実質的に平面の繊維面を、複合物品の実質的に平面の物品表面と実質的に平行となるように向ける工程を含んでいてもよい。
【００５８】
本開示のさらなる修正および改善は、当業者にとって明らかであるかもしれない。したがって、ここに説明および図示されている部品の特定の組み合わせは、本開示のいくらかの実施形態のみを表すよう意図されており、本開示の精神および範囲内の代替の実施形態または装置の限定としての役割を果たすよう意図されてはいない。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 複合物品
１２ 物品表面
１４ パネル
１６ ポリマー基材
１８ 有機繊維
２０ 繊維面
２２ 側端
２６ 繊維厚
２８ 繊維幅
３０ 軸
３２ 層
３４ 繊維間隔
３６ 層間隔
５０ 有機繊維の屈折率
５２ 基材の屈折率
５４ ガラス繊維の屈折率
５６ 一致点
５８ 強度
６０ 弾性率
６２ 有機繊維
６４ ポリエチレン繊維
６６ ガラス繊維
６８ フルオロカーボン繊維
７０ ナイロン繊維
７２ ポリエチレンテレフタレート繊維
７４ ポリプロピレン繊維
７６ ポリマー
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、複合材料に関し、より詳細には、光学的に透明な補強複合物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスは、その優れた光学品質によりさまざまな用途において透明材として広く用いられている。例えば、ガラスは、建物用の窓ガラス材料または建築材料として広く用いられている。ガラスはまた、さまざまな輸送手段用途において透明材として広く用いられている。あいにく、ガラスは、比較的密度の高い材料であり、また、比較的脆いので、物体による衝撃時の飛散防止に十分な強度をガラスに与えるためには、比較的厚くする必要がある。
【０００３】
ガラスに付随する重量におけるマイナス面を回避しようとして、透明材は、ポリマー材料からも作製されることがある。例えば、透明材は、ガラスより密度が低く、かつ、適切な光学特性を有するアクリル樹脂（例えば、プレキシグラス（ＴＭ））といった透明ポリマーから形成してもよい。あいにく、アクリル樹脂は、強度特性が比較的低いので、数多くの高い耐衝撃性を要する用途には適さない。
【０００４】
ガラスに付随する重量におけるマイナス面および透明ポリマーに付随する強度の制約を考慮して、製造業者は、ガラス繊維により補強したポリマー材料から透明材を作製して、ポリマー製透明材の強度よび耐衝撃性を高めてきた。あいにく、ポリマー材料にガラス繊維を添加することにより、透明材の光学品質に悪影響を与える可能性がある。例えば、ガラス繊維は、ガラス繊維の各々が小型のレンズの働きをするような円筒形構造を有していることがある。各々が小型レンズの働きをしている複数のガラス繊維は、光が透明材を透過する際に光を散乱させる作用があり、その結果、透明材を通して見た物体がぼやけて見えることがある。
【０００５】
ガラス繊維により補強したポリマー材料から作製された透明材に付随するさらなる欠点は、温度変化に伴ってガラス材料およびポリマー材料の屈折率がばらつくことである。ｎ（λ，Ｔ）により表される屈折率は、温度Ｔにおいてある材料に入射する波長λの関数である。ガラス繊維により補強したポリマー材料の場合、ポリマー材料の屈折率は概して、所与の波長または可視スペクトルといった波長域に対して、温度の上昇とともに低下する。これに対して、ガラスの屈折率は典型的に、可視スペクトルに対して温度変化とともにほんのわずかしか変化しない。
【０００６】
所与の波長に対するある材料の温度変化に伴う材料のこのような屈折率変化は、材料の屈折率の温度係数ｄｎ（λ，Ｔ）／ｄＴとも定義可能である。ｄｎ（λ，Ｔ）／ｄＴにおいて、ｄｎは、材料の屈折率の変化を表し、λは、材料に入射する放射（例えば、光）の波長を表し、Ｔは、温度を表し、かつ、ｄＴは、材料の温度変化を表す。なお、材料は、１つ以上の波長および温度におけるその屈折率に関して説明可能であるが、材料の屈折率の温度係数もまた、材料の屈折率データとともに列挙される場合が多い。
【０００７】
ガラスおよびポリマー材料は、所与の波長に対する所与の一致点温度において同じ屈折率を有するよう選択可能であるが、ポリマー材料の屈折率の温度係数ｄｎ（λ，Ｔ）／ｄＴと比較したガラスの屈折率の温度係数ｄｎ（λ，Ｔ）／ｄＴの差により、一致点温度から温度が外れるにつれて、２つの材料の屈折率が変化する（例えば、差が広がる）。温度変化に伴いガラスおよびポリマー材料の屈折率が変化した結果、それに応じて、ガラス／ポリマー界面における光の散乱により、温度変化に伴う透明材の光学品質の低下が起こることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
理解できるように、当該技術分野において、比較的広い温度範囲内において光学的歪みを最小に抑えて比較的高い光学的透明度を有し、かつ、重量を最小に抑えて衝撃および機械性能を向上させた光学的透明複合物品が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
透明複合物品に付随する上記要求は、本開示により特に対処および緩和される。一実施形態において、本開示は、実質的に透明な基材と、該基材中に埋設された少なくとも１つの実質的に透明な有機繊維とを含む実質的に光学的に透明な複合物品を提供する。該繊維は、対象波長域内において基材屈折率と実質的に等しい屈折率を有する。
【００１０】
さらなる実施形態において、光学透過特性が良好で、かつ、歪みが最小に抑えられた実質的に透明な複合物品が開示されている。該複合物品は、実質的に透明な基材と、該基材中に埋設された複数の実質的に透明な有機繊維とを含んでいてもよい。該繊維は、対象波長域内において基材屈折率と実質的に等しい屈折率を有していてもよい。該基材および該有機繊維はまた、屈折率の温度係数が実質的に等しくてもよい。屈折率の温度係数は、材料の温度変化に伴う材料の屈折率の変化を表す。
【００１１】
さらなる実施形態において、対象波長域を選択する工程および基材屈折率を有する実質的に透明な基材を提供する工程のうちの１つ以上を含む複合物品を製造する方法論が開示されている。これに加えて、該方法は、対象波長域内において基材屈折率と実質的に等しい屈折率を有する少なくとも１本の実質的に透明な有機繊維を提供することを含んでいてもよい。該方法は、基材中に有機繊維を埋設することをさらに含んでいてもよい。
【００１２】
さらなる実施形態において、複合物品が晒されることになる対象波長域として可視スペクトルおよび赤外線スペクトルのうちの少なくとも一方を選択する工程のうちの１つ以上を含む複合物品を製造する方法論が開示されている。複合物品が晒されることになる温度範囲を選択してもよい。該方法は、基材屈折率および屈折率の温度係数を有する実質的に透明な基材を提供することを含んでいてもよい。複数の実質的に透明な有機繊維を提供してもよく、ここで、該有機繊維は、屈折率および屈折率の温度係数を有する。該繊維の屈折率の温度係数は、該温度範囲内において基材の屈折率の温度係数と実質的に等しい。該繊維の屈折率は、対象波長域内における基材の屈折率と実質的に等しくてもよい。該方法は、対向する一対の実質的に平面の繊維面を有する長尺の断面で有機繊維を提供し、基材中に有機繊維を埋設して、基材中に有機繊維の少なくとも１層を形成する工程をさらに含んでいてもよい。有機繊維の実質的に平面の繊維面は、複合物品の実質的に平面の物品表面と実質的に平行となるように向けられていてもよい。
【００１３】
取り上げた特徴、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せてもよい。
【００１４】
本開示のこれらおよびその他の特徴は、全体を通じて同様の番号が同様の部品を指す図面を参照すると、より明らかとなるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実質的に透明なポリマー基材と複数の実質的に透明な有機繊維とを含む実施形態における複合物品の斜視図である。
【図２】図２は、有機繊維の複数の層を示した図１の複合物品の分解斜視図である。
【図３】図３は、基材中の有機繊維の層の配置を示した図１の複合物品の一部の拡大斜視図である。
【図４】図４は、概して長尺の断面形状を有する有機繊維の実施形態を示した図３の４−４線に沿った拡大断面図である。
【図５】図５は、ある温度域内におけるポリマー基材および有機繊維の実質的に等しい屈折率を示し、かつ、温度変化に伴うポリマー基材の屈折率とガラス繊維の屈折率との不一致をさらに示した所与の波長対温度における屈折率のグラフである。
【図６】図６は、クロスプライ構成にある有機繊維を有する複合物品に対する強度対剛性（すなわち、弾性率）のグラフであり、クロスプライ構成にあるガラス繊維から構成される複合物品に対する強度対剛性をさらに示したグラフである。
【図７】図７は、複合物品の製造方法論の１つ以上の動作のフローチャートを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで、本開示の好適かつさまざまな実施形態を例示するために示されている図面を参照すると、図１は、複合物品１０の実施形態を示している。複合物品１０は、実質的に透明なポリマー基材１６とポリマー基材１６中に埋設された複数の実質的に透明な有機繊維１８とを含む繊維により補強された複合パネル１４として作製されていてもよい。パネル１４の構成として図１に例示されてはいるが、複合物品１０は、限定されることなく、広範な大きさ、形状および構成のいかなる１つで提供されていてもよく、かつ、平面のおよび／または合成表面を含んでいてもよい。
【００１７】
図４を参照すると、複合物品１０の有機繊維１８は、ポリマー基材１６中に埋設されており、かつ、好ましくは、少なくとも１つの実質的に平坦または平面の繊維面２０を有する形状とされており、またはより好ましくは、対向する一対の実質的に平坦なまたは平面の繊維面２０を有する形状とされている。ただし、有機繊維１８は、有機繊維１８の繊維面２０のうちのいずれか１つの単曲率（single curvatures）（図示せず）を含むさまざまな代替形状および大きさのうちのいずれか１つを有するよう提供されていてもよい。実質的に透明なポリマー基材１６と実質的に透明な有機繊維１８とを組み合わせた結果、図４に示されているように複合物品１０に入射する（２４）あらゆる波長の放射または光の透過を促進する実質的に透明な複合物品１０となる。例えば、基材１６および有機繊維１８は、複合物品１０を通過する可視スペクトルの放射および／または赤外線スペクトルの放射の透過を促進するよう選択されていてもよい。
【００１８】
基材１６と有機繊維１８とは、好ましくは、対象波長域に対する広い温度範囲内において相補的なまたは実質的に等しい屈折率を有することが有利である。所与の温度Ｔにおける所与の材料の屈折率は、該所与の温度Ｔにおける、真空中の所与の波長λの光の速度の、該所与の材料中の同じ波長λの光の速度に対する比率として定義することができる。基材１６の屈折率と有機繊維１８の屈折率とは、基材１６の有機繊維１８との界面における光または放射の散乱を最小に抑えるか、または、減少させるために、所与の温度範囲に対して対象の波長域内において実質的に等しいか、または綿密に整合させることが好ましい。そうでなければ、実質的に異なる屈折率を有する基材と繊維との界面において、そのような光の散乱が生じる可能性がある。現在開示されている実施形態において、基材１６と有機繊維１８との屈折率が実質的に等しいことにより、複合物品１０を通過する光が比較的高い程度で透過しやすく、放射の歪みが低減されやすくなってもよく、かつ、複合物品１０の有効な使用温度が効果的に拡大されてもよい。
【００１９】
引き続き図４を参照して、基材１６と有機繊維１８とは、実質的に等しい屈折率の温度係数ｄｎ（λ，Ｔ）／ｄＴを有するとも定義可能であり、ここで、ｄｎ（λ，Ｔ）／ｄＴは、温度Ｔに関する偏導関数ｎ（λ，Ｔ）である。上に示したように、材料の屈折率の温度係数ｄｎ（λ，Ｔ）／ｄＴは、所与の波長に対するある材料の温度変化に伴う材料の屈折率変化とも定義できる。本開示の基材１６と有機繊維１８とは、対象波長域に対して広い温度範囲内において実質的に等しい屈折率を有することが好ましいと説明されているが、基材１６と有機繊維１８とは、実質的に等しい屈折率の温度係数を有するという観点から説明してもよい。というのも、ある材料の屈折率の温度係数は、入手可能な文献において該材料の屈折率データとともに列挙されていることが多いからである。
【００２０】
本開示において、ポリマー基材１６と有機繊維１８とは、それぞれの屈折率の温度係数もまた実質的に等しくなるように、対象波長域に対して広い温度範囲内において実質的に等しい屈折率を有することが好ましい。ある実施形態において、ポリマー基材１６と有機繊維１８との屈折率の温度係数は、ポリマー基材１６と有機繊維１８との屈折率が、温度上昇に伴い所与の波長に対して基材１６と有機繊維１８との屈折率の実質的に類似の低下率と対応するようになっていてもよい。基材１６と有機繊維１８との実質的に等しい屈折率および実質的に等しい屈折率の温度係数によりもたらされる利点には、下でより詳細に説明される比較的広い温度範囲内において歪みを最小に抑えつつ複合物品１０の光学的透明性を向上させることが含まれる。
【００２１】
図１を参照すると、パネル１４として形成され、かつ、有機ポリマー基材１６から形成された複数の有機繊維１８を含む複合物品１０が示されており、ここで、有機繊維１８はポリマー基材１６中に埋設されている。有機繊維１８は、実質的に透明なポリマー基材１６に対する構造的補強材を含んでいてもよく、かつ、複合物品１０の機械的性能を向上させてもよい。例えば、有機繊維１８により提供される構造的補強材は、下でより詳細に説明するように、有機繊維１８の引っ張り強度および弾性率が高められることにより、複合物品１０の比剛性（すなわち、密度で割った複合物品１０の剛性）を向上させることができる。
【００２２】
図２を参照すると、帯状片として形成され、かつ、基材１６中の層３２内に配置された複数の有機繊維１８を示した、図１のパネル１４の分解図が示されている。有機繊維１８の各々は、好ましくは対向する一対の実質的に平面の繊維面２０を含む長尺の断面形状を有することが好ましい。ある実施形態において、有機繊維１８の繊維面２０は、下でより詳細に説明するような手法で複合物品１０の光学的性能を高めるために、複合物品表面１２と実質的に平行に配置されていてもよい。
【００２３】
図３を参照すると、有機繊維１８が複合物品１０の基材１６中の層３２内に配置されている複合物品１０の拡大斜視図が示されている。有機繊維１８は、複合物品１０中において互いに対していかなる向きに配置されていてもよく、層３２の各々における有機繊維１８が互いに実質的に平行な関係で配列されている図３に示されている配置に限定されない。複合物品１０は、有機繊維１８の層３２を３層有するとして例示されているが、いかなる数の層３２を設けてもよい。例えば、複合物品１０は、有機繊維１８の単一層３２または数十層以上の層３２を含んでいてもよい。
【００２４】
１層以上の層３２における有機繊維１８は、複合物品１０における他の有機繊維１８に対して、層３２内の有機繊維１８の長さが互いに概して平行に配向されている単方向配置に限定はされないがこれを含むあらゆる手法で配向されていてもよい。有機繊維１８はまた、ある層３２内の有機繊維１８が、その他の層３２における有機繊維１８に対して概して垂直に配向されている二方向配置またはクロスプライ構成で配向されていてもよい。これに関して、いかなる層３２における有機繊維１８も、層３２内における有機繊維１８の不均一な配置を含む互いに対していかなる方向に配向されていてもよい。さらに、層３２内の有機繊維１８は、織物構成（図示せず）または図１〜図４に例示されているもののような不織布構成で配置されていてもよい。１層以上の層３２の有機繊維１８は、隣り合う層３２の有機繊維１８と接触するまたは接触しない配置となっていてもよい。例えば、図４は、層３２が基材１６の材料により分離されるように互いに接触しない関係で配置されている有機繊維１８の層３２を例示している。
【００２５】
図３を参照すると、複数の層３２における有機繊維１８の相対位置を示している複合物品１０の拡大斜視図が示されている。各層３２の有機繊維１８は、直接隣り合う層３２の有機繊維１８に対して実質的に垂直に配向されているとして例示されている。さらに、各層３２の有機繊維１８は、同じ層３２の有機繊維１８の隣り合うものと実質的に平行な配列に配向されている。ただし、図３は、パネル１４構成にある複合物品１０の非限定的な実施形態を示しており、複合物品１０の代替の構成または複合物品１０のポリマー基材１６中の有機繊維１８の代替の配置を限定するものとして解釈されるべきではない。例えば、ある１つの層３２の有機繊維１８は、層３２の隣り合うものの有機繊維１８に対して垂直な向きに配向されていてもよい。さらに、ある１つの層３２の有機繊維１８は、層３２の隣り合うものの有機繊維１８に対していかなる非垂直な角度（例えば、１５°、２２．５°、４５°、６０°など）に配向されていてもよい。
【００２６】
図４を参照すると、層３２における有機繊維１８の配置を示した複合物品１０のある実施形態の断面図が示されている。図４から分かるように、有機繊維１８は、比較的平坦なまたは実質的に平面の繊維面２０を有する長尺の断面形状を有し、そうでなければ光が湾曲表面を通過する際に生じる可能性のある光の散乱を最小に抑えることが好ましい。有機繊維１８の繊維面２０の実質的に平面の構成により、光の散乱が最小に抑えられ、かつ、複合物品１０の光学品質が向上すると有利である。上で触れた有機繊維１８とポリマー基材１６との屈折率の温度係数が実質的に等しいことにより、下でより詳細に説明するように温度変化による光学品質の低下が緩和される。
【００２７】
引き続き図４を参照すると、有機繊維１８の概して長尺の形状は、繊維幅２８対繊維厚２６比として定義される比較的高いアスペクト比を含むことが好ましい。繊維１８の断面は、あらゆる値のアスペクト比を有する可能性があるものの、ある実施形態において、アスペクト比は、約３から約５００まで変化してもよい。ある実施形態において、繊維厚２６は、約５ミクロンから約５０００ミクロン（０．０００２から０．２０インチ）の範囲内であってもよい。ただし、有機繊維１８は、限定されることなくあらゆる繊維厚２６で提供することができる。
【００２８】
図４を参照すると、有機繊維１８の長尺の断面形状は、複合物品１０の物品表面１２に実質的に平行に向けられていることが好ましい一対の実質的に平面の繊維面２０を含んでいてもよい。しかしながら、有機繊維１８は、有機繊維１８の繊維面２０が物品表面１２に対して何らかの角度を有した向きに配置されるように、基材１６中に埋設されていてもよい。実質的に平面であるように例示されてはいるが、有機繊維１８の繊維面20は、わずかに凹面、わずかに凸面または頂部のある形状を含むわずかに湾曲した形状であってもよく、厳密に実質的に平面または平坦な外形に限定されるものではない。さらには、有機繊維１８の繊維面２０は、１つ以上の繊維面２０に１つ以上の表面特徴（図示せず）を含んでいてもよいと考えられている。
【００２９】
図４から分かるように、所与の層３２内における有機繊維１８は、所望の繊維間隔３４で基材１６中に埋設されていてもよい。例えば、有機繊維１８は、約５０００ミクロン（約０．２０インチ）までかそれ以上の繊維間隔３４で配置されていてもよい。繊維間隔３４は、所与の層３２内における有機繊維１８の長さに沿って隣り合う有機繊維１８同士の側端２２間の平均横方向距離として定義することができる。これに加えて、有機繊維１８は、隣り合う一対の有機繊維１８の対向する側端２２同士が互いに接触関係にあるように配置されていてもよい。しかしながら、有機繊維１８は、側端２２同士が互いに離間した関係に位置している図４に示されているように配置されていることが好ましい。これに関して、有機繊維１８は、いかなる繊維間隔３４で配置されていてもよく、かつ、図４に示されている繊維間隔３４には限定されない。
【００３０】
引き続き図４を参照すると、複合物品１０の全体積に対する有機繊維１８の全体積は、約１０％から９０％の範囲内とすることができる。ただし、有機繊維１８は、複合物品１０の全体積のいかなる部分を含んでいてもよい。限定はされないが、複合物品１０の所望の光学特性、所望の強度特性、所望の衝撃特性、所望の剛性および重量要件を含むさまざまなパラメータに基づいて、所望の繊維体積を選択することができる。
【００３１】
図４は、有機繊維１８の断面について長尺の構成を示しているが、有機繊維１８は、さまざまな代替の断面形状のうちのいかなる１つで提供されてもよい。例えば、有機繊維１８は、限定はされないが、多角形、四辺形、正方形、矩形およびその他あらゆる適切な形状を含むあらゆる断面形状で形成されてもよい。これに加えて、有機繊維１８の断面は、上で触れたように、湾曲した、または、湾曲部分を含む１つ以上の繊維面２０を含んでいてもよい。有機繊維１８は、上に示したようにいかなるアスペクト比で提供されてもよいものの、ある実施形態において、有機繊維１８の断面は、図４に示したように約３から５００のアスペクト比(例えば、繊維幅２８対繊維厚２６比)を有する長尺形状であることが好ましい。
【００３２】
図５を参照すると、ポリマー基材１６、有機繊維１８およびガラス繊維５４について特定波長での屈折率対温度をグラフ化したものが示されている。図５から分かるように、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とは、ある温度範囲内において実質的に等しいことが好ましい。例えば、図５のグラフは、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とが温度上昇に伴い概して低下していることを示している。本開示の非限定的な実施形態において、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とは、約−６５°Ｆから約２２０°Ｆまでの温度範囲内において実質的に等しくなるよう選択されてもよい。しかしながら、図５は、基材１６および有機繊維１８の一実施形態を表しており、温度に伴って図５に示されているものとは異なったように変化する屈折率を有していてもよい基材１６および有機繊維１８の代替の実施形態を限定するよう解釈されるべきではない。
【００３３】
上に示したように、ある好適な実施形態において、基材１６および有機繊維１８は、複合物品１０が晒される可能性のある所与の温度範囲に対して選択された対象波長域に対して実質的に等しい屈折率を有するものとして説明されていてもよい。対象波長域は、約７６０ナノメートル（ｎｍ）から２５００ｎｍまで（すなわち、約１２０から４００ＴＨｚの周波数）にわたる可能性のある赤外線スペクトルを含むあらゆるスペクトルを含んでいてもよい。また、複合物品１０が晒される可能性のある対象波長域は、約３８０ｎｍから７６０ｎｍまで（すなわち、約７９０から４００ＴＨｚの周波数）にわたる可視スペクトルを含んでいてもよい。基材１６および有機繊維１８の組成は、基材１６および有機繊維１８の屈折率が、選択された波長域に対してある温度範囲内で実質的に等しくなるように選択することができる。例えば、基材１６および有機繊維１８の組成は、上記屈折率が、紫外線スペクトル内で実質的に等しくなるように選択することができる。
【００３４】
前に示したように、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とは、屈折率５２、５０が所与の温度範囲に対して互いから所定の最大差内に維持されるように選択される。例えば、基材１６および有機繊維１８は、屈折率５２、５０が所与の温度範囲および所与の選択波長域に対して互いの少なくとも約１から３パーセント以内に維持されるように選択されてもよい。非限定的な実施形態において、屈折率５２、５０が互いの少なくとも約１から３パーセント以内に維持される所与の温度範囲は、該温度はいかなる範囲内にわたっていてもよいものの、約−６５°Ｆから約２２０°Ｆまでとすることができる。同様に、屈折率５２、５０が互いの少なくとも約１から３パーセント以内に維持される対象波長域は、該対象波長域はいかなるスペクトルを含んでいてもよいものの、可視スペクトルおよび／または赤外線スペクトルを含むものとすることができる。
【００３５】
ある実施形態において、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とは、屈折率５２、５０が可視スペクトルおよび／または赤外線スペクトルにおける温度範囲に対して実質的に等しくなるように選択されてもよい。また、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とは、所与の温度範囲内の少なくとも１つの温度一致点５６に対して等しいか、または、より好ましくは、同一であってもよい。例えば、図５は、基材１６の屈折率曲線５２と有機繊維１８の屈折率曲線５０との交点において基材１６の屈折率５２が有機繊維１８の屈折率５０と一致する一致点５６温度を示している。
【００３６】
しかしながら、図５は、基材１６の材料および有機繊維１８の材料の一実施形態を表しており、所与の波長に対して所与の温度範囲内において必ずしも一致するとは限らない種々の屈折率を有していてもよい代替の材料を限定するよう解釈されるべきではない。とりわけ、図５は、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とが、ばらつきが比較的一定またはわずかであり、その結果、温度上昇または低下につれてポリマー基材１６の基材屈折率５２からは比較的大きく外れるガラス繊維５４の屈折率５４と比較して、温度範囲に沿って実質的に等しいことを示している。
【００３７】
上に示したように、基材１６と有機繊維１８とは、実質的に等しい屈折率の温度係数を有することが好ましい。ある実施形態において、有機繊維１８および基材１６は、いかなる適切な屈折率の温度係数を有するよう選択されてもよい。図５は、温度上昇に伴い低下する基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とを示している。基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０との比較的小さい差により、複合物品１０の温度変化に伴う光学的歪みが最小に抑えられている。
【００３８】
図６を参照すると、図３に示されている有機繊維１８配置と同様に、ある層３２（図３）における有機繊維１８（図３）が他の層３２における有機繊維１８に対して概して垂直に配向されていてもよいクロスプライ構成で、ポリマー基材１６（図１〜図４）中に埋設された有機繊維６２から構成された複合物品１０’の機械的性能を示したグラフが示されている。図６は、種々の組成の複合物品１０’に対する強度５８（ｋｓｉ）および弾性率６０（Ｍｓｉ）をグラフ化している。図６はまた、ガラス繊維６６から構成されている複合物品１０’の強度特性が、有機繊維６２から構成されている複合物品１０’におおよそ匹敵する強度５８値を有することをグラフとして示している。さらに、図６は、ガラス繊維６６から構成されている複合物品１０’が、有機繊維６２のある組成より概して高い弾性率６０を有していることを示している。しかしながら、前に示したように、ガラス繊維の屈折率５４の温度係数は、図５に示したようにポリマー基材の屈折率５２の温度係数とは実質的に異なり、その結果、複合物品１０の温度変化に伴いガラス繊維により補強されたポリマー基材複合物品１０の光学品質がより一層劣化する可能性がある。
【００３９】
図６は、種々の組成の有機繊維６２を有する複合物品１０’（図１〜図４）に対する強度５８（ｋｓｉ）および弾性率６０（Ｍｓｉ）を示している。比較のため、図６は、補強用有機繊維を有さないポリマー７６から構成された複合物品（すなわちポリマー材料）に対する機械的特性も示している。図６から分かるように、有機繊維６２を有さないポリマー７６から構成された複合物品１０’は、約６ｋｓｉから約２０ｋｓｉまでの範囲の引っ張り強度５８および約０．２Ｍｓｉから約０．５５Ｍｓｉまでの範囲の弾性率６０を有していてもよい。対照的に、有機繊維６２としてのフルオロカーボン繊維６８により強化したポリマー基材を含む複合物品１０’は、約６ｋｓｉから約６２ｋｓｉまでの範囲の引っ張り強度５８および約０．１Ｍｓｉから約０．３Ｍｓｉまでの範囲の弾性率６０を有していてもよい。ナイロン（ＴＭ）繊維７０を含む複合物品１０’は、約６ｋｓｉから約７８ｋｓｉまでの範囲の引っ張り強度５８および約０．２Ｍｓｉから約０．５Ｍｓｉまでの範囲の弾性率６０を有していてもよい。
【００４０】
引き続き図６を参照すると、ポリプロピレン繊維７４を含み、かつ、約６ｋｓｉから約８０ｋｓｉまでの範囲の引っ張り強度５８および約０．４５Ｍｓｉから約１．１Ｍｓｉまでの範囲の弾性率６０を有する複合物品１０’もまた示されている。ポリエチレンテレフタレート繊維７２を含む複合物品１０’は、約６ｋｓｉから約７０ｋｓｉまでの範囲の引っ張り強度５８および約０．４Ｍｓｉから約０．８Ｍｓｉまでの範囲の弾性率６０を有していてもよい。ポリエチレン繊維６４を含む複合物品１０’は、約１０ｋｓｉから約３００ｋｓｉまでの範囲の引っ張り強度５８および約０．５Ｍｓｉから約９．０Ｍｓｉまでの範囲の弾性率６０を有していてもよい。
【００４１】
図６から分かるように、ポリエチレン繊維６４から構成された複合物品１０’は、ガラス繊維６６を含む複合物品１０’に対して向上した強度５８およびより優れた剛性（すなわち、弾性率６０）を示す。より詳細には、図６は、ポリエチレン繊維６４を含む複合物品１０’が、約１０ｋｓｉから約３００ｋｓｉまでの範囲の引っ張り強度５８および約０．５Ｍｓｉから約９．０Ｍｓｉまでの範囲の弾性率６０を有していてもよいことを示している。対照的に、ガラス繊維６６を含む複合物品１０’は、約２８ｋｓｉから約７５ｋｓｉまでの範囲の引っ張り強度５８および約１．２Ｍｓｉから約２．７Ｍｓｉまでの弾性率６０を有すると示されている。ただし、有機繊維６２から構成された複合物品１０’に対する上に記載した強度５８（ｋｓｉ）および弾性率６０（Ｍｓｉ）の値は、非限定的な例であり、かつ、強度５８（ｋｓｉ）および弾性率６０（Ｍｓｉ）についての高い値が可能である。
【００４２】
ポリエチレン繊維６４は、他の繊維材料に対してより向上した引っ張り強度５８を有する伸張ポリエチレン繊維６４構成を含んでいてもよい。ポリエチレン繊維６４の伸張は、繊維分子の配列を促進することにより、ポリエチレン繊維６４の引っ張り強度および剛性が高まり、その結果、複合物品１０の基材１６（図１〜図４）中に埋設されると、複合物品１０’の特定の性能が向上する可能性がある。例えば、上に示したように、ガラス繊維６６により作製された複合物品１０’の比剛性に対して、ポリエチレン繊維６４により、複合物品１０’の比剛性が高まる可能性がある。
【００４３】
理解可能なように、複合物品１０（図１〜図４）の光学および機械的特性は、基材１６の材料および有機繊維１８の組成に部分的に依存している可能性がある。基材１６および有機繊維１８の材料は、複合物品１０（図１〜図４）の意図された用途に基づいて選択されてもよい。有機繊維１８が形成されてもよい材料は、限定はされないが、あらゆる適切な熱可塑性または熱硬化性材料を含む。例えば、基材１６および／または有機繊維１８が形成されてもよい熱可塑性材料は、限定はされないが、フルオロカーボン、ポリアミド、ポリエチレン、ポリエステル、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を含む。ポリエチレンは、超高分子量ポリエチレン、高密度ポリエチレン、または、あらゆるその他の分子量のポリエチレンを含むあらゆるその他の形態のポリエチレンを含んでいてもよい。熱可塑性材料はまた、ナイロン（ＴＭ）、および、さまざまなその他の実質的に透明な有機材料のいずれか１つまたはその組み合わせを含んでいてもよい。基材１６および／または有機繊維１８が形成されてもよい熱硬化性材料は、限定はされないが、ポリウレタン、フェノール樹脂、ポリイミド、ビスマレイミド、ポリエステル、エポキシ樹脂、および、さまざまなあらゆるその他の適切な透明ポリマー材料のうちの１つを含んでいてもよい。
【００４４】
前に示したように、基材１６（図１〜図４）の材料と有機繊維１８の材料との選択、ならびに、繊維形状、繊維厚２６（図４）、繊維幅２８（図４）、繊維間隔３４（図４）、層間隔３６（図４）および繊維体積を含む有機繊維１８の形状寸法および配置の選択は、複合物品１０（図１）が晒される可能性のある環境（例えば、温度範囲および対象波長域）に部分的に基づいていてもよい。複合物品１０は、パネル１４の構成（図１）を含むさまざまな構成のうちのいずれか１つ、または、限定はされないがフロントガラスおよび／または航空機のキャノピーといった輸送手段の透明材を含むさまざまな代替の構成のうちのいずれか１つで構成されていてもよい。これに加えて、複合物品１０は、建物用構造パネルまたは建築パネルといったいかなる輸送手段のまたは非輸送手段用途における使用のため、または、非構造用途のために構成されていてもよい。これに関して、複合物品１０は、限定はされないが、いかなる用途、システム、サブシステム、構造物、装置および／またはデバイスにおける使用のために構成されていてもよい。
【００４５】
ここで図７を参照すると、複合物品１０（図１）を製造する方法論を含んでもよい１つ以上の動作のフローチャートが示されている。該方法論の工程１００は、複合物品１０が晒される可能性のある対象波長域を選択することを含んでもよい。例えば、工程１００は、複合物品１０が晒される可能性のある放射の可視スペクトルおよび／または赤外線スペクトルを選択することを含んでいてもよい。前に示したように、温度に伴う変化に加えて、材料の屈折率はまた、その材料が晒されている放射の波長とともに変化してもよい。
【００４６】
図７の工程１０２は、複合物品１０が晒される可能性のある温度範囲を選択してもよい。例えば、複合物品１０（図１）の温度範囲は、約−６５°Ｆから約２２０°Ｆまでにわたっていてもよい。ただし、用途によっては、複合物品１０の動作温度範囲は、約−６５°Ｆから１８０°Ｆまで、約−６５°Ｆから１６０°Ｆまで、約−４０°Ｆから１６０°Ｆまで、または、約０°Ｆから１３０°Ｆまでにわたっていてもよい。しかしながら、該温度範囲は、−６５°Ｆより低い温度および／または２２０°Ｆより高い温度を含むいかなる温度の組間にわたっていてもよく、上に述べた範囲に限定されない。
【００４７】
前に示したように、ポリマー基材の屈折率５２および有機繊維の屈折率５０は、温度の上昇に伴い概して低下してもよい。ポリマー基材１６の材料は、基材１６の屈折率が、温度範囲内における一致点５６（図５）で有機繊維１８の屈折率と一致するように選択されてもよい。このようにして、基材１６と有機繊維１８との屈折率差は、温度が一致点５６温度から外れる（すなわち、上昇または低下する）につれて最小に抑えることができる。ただし、前に示したように、基材１６および有機繊維１８の屈折率は、温度動作範囲内のいかなる特定の温度においても必ずしも一致するとは限らない。
【００４８】
図７の方法論の工程１０４は、基材屈折率５２および屈折率の温度係数を有する実質的に透明な基材１６（図１〜図４）を提供することを含んでもよい。基材１６は、所与の用途に対していかなる適切な基材１６を含んでいてもよい。例えば、上に示したように、基材１６は、いかなる適切な熱可塑性材料またはいかなる適切な熱硬化性材料を含んでいてもよい。熱可塑性材料の非限定的な例として、上記ナイロン（ＴＭ）、フルオロカーボン、ポリアミド、ポリエチレン、ポリエステル、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が挙げられる。熱硬化性材料の非限定的な例として、ポリウレタン、フェノール樹脂、ポリイミド、ビスマレイミド、ポリエステルおよびエポキシ樹脂を挙げることができる。
【００４９】
図７の工程１０６は、屈折率５０および屈折率の温度係数を有する少なくとも１つの実質的に透明な有機繊維１８（図１〜図４）を提供することを含んでもよい。有機繊維１８は、対象波長域内において基材屈折率５２と実質的に等しい屈折率５０を有することが好ましい。基材１６は、基材１６の屈折率５２が、所与の温度範囲について繊維１８の屈折率５０に対して所定の最大差内に存在するように選択されてもよい。例えば、基材１６および有機繊維１８は、その屈折率５２、５０が、約−６５°Ｆから約２２０°Ｆまでの温度範囲といったあらゆる適切な温度範囲について、互いに約１パーセントから約３パーセント以内に存在するように選択されてもよい。ただし、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とは、互いにいかなる範囲内に存在していてもよい。例えば、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とは、互いから３パーセントより大きい割合だけ異なっていてもよい。また、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とは、互いから約１パーセントから０．３パーセント以下の範囲内に存在していてもよい。さらに、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０との上記差のうちのいずれかに対する温度範囲は、限定されることなくあらゆる温度の組間にわたっていてもよい。
【００５０】
工程１０６における有機繊維１８（図１〜図４）の選択は、その屈折率の温度係数が、基材１６の屈折率の温度係数と実質的に等しくなるように有機繊維１８を選択することをさらに含んでいてもよい。屈折率の温度係数が実質的に等しくなるように基材１６および有機繊維１８を選択することにより、基材１６と有機繊維１８との屈折率差を温度上昇または低下の際に最小に抑えることができると有利である。例えば、図５は、基材１６の屈折率５２と有機繊維１８の屈折率５０とが、温度範囲内において実質的に等しいことにより、基材の屈折率５２と有機繊維の屈折率５０との相違が比較的小さい程度となることを示している。
【００５１】
引き続き図７を参照すると、工程１０８は、図４に示したように好ましくは複合物品１０の物品表面１２に実質的に平行に向けられている可能性のある対向する一対の実質的に平面の繊維面２０（図４）を有する長尺の断面形状で有機繊維１８を提供することを含んでもよい。しかしながら、有機繊維１８は、繊維面２０が、複合物品１０の物品表面１２に対して非平行な配置（図示せず）に向けられるように配向されていてもよい。好ましくは、有機繊維１８（図４）は、有機繊維１８の厚みを貫通する方向に沿って互いに実質的に平行な対向する実質的に平面の繊維面２０を有するほぼ矩形の断面形状を有する。ただし、上に示したように、有機繊維１８は、いかなる適切な構成で提供してもよく、長尺または矩形の断面形状に限定されない。
【００５２】
図７の方法論の工程１１０は、図４に示されている基材１６中に複数の有機繊維１８を埋設することを含んでいてもよい。ある実施形態において、複数の有機繊維１８は、図２〜図５に示されているように層３２構成に配置されていてもよい。各層３２内の有機繊維１８は、図４に示されているように所与の層３２における有機繊維１８の隣り合うもの同士の繊維端２２間の平均横方向距離として定義される所望の繊維間隔３４で離間されていてもよい。層３２の隣り合うものにおける有機繊維１８は、ある層３２における有機繊維１８の軸３０（図３）が、図３に示されているように直接隣り合った層３２の有機繊維１８の繊維軸３０に対して約９０°の角度といった所定の角度に向けられるように配置されてもよい。ただし、ある層３２における有機繊維１８の軸３０は、直接隣り合った層３２の有機繊維１８の繊維軸３０に対してさまざまな代替の角度のうちのいずれか１つを有するよう向けられていてもよい。例えば、ある層３２における有機繊維１８の軸３０は、直接隣り合った層３２の有機繊維１８の繊維軸３０に対していかなる非垂直な角度（例えば、１５°、２２．５°、４５°、６０°など）を有するよう向けられていてもよい。
【００５３】
図７の方法論の工程１１２は、複合物品１０の光学的透明度を維持するために、有機繊維１８の繊維面２０（図４）を複合物品１０の物品表面１２に実質的に平行になるように向けることを含んでいてもよい。有機繊維１８は、上に示したようにいかなる適切な断面形状で、かつ、複合物品１０の全体積に対していかなる適切な繊維体積で提供してもよい。温度範囲内において基材１６および有機繊維１８の実質的に等しい屈折率により、光学透過性が向上し、かつ、複合物品１０の歪みが最小に抑えられると有利である。
【００５４】
好適な実施形態において、複合物品は、基材屈折率を有する実質的に透明な基材と、基材中に埋設された少なくとも１つの実質的に透明な有機繊維とを含み、有機繊維は、対象波長域内において基材屈折率と実質的に等しい屈折率を有する。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：基材と有機繊維とが、実質的に等しい屈折率の温度係数を有する。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：基材と有機繊維との屈折率および屈折率の温度係数が、基材の屈折率と有機繊維の屈折率とが温度範囲内の少なくとも１つの温度に対して対象波長域内の所与の波長において等しいようになっている。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：基材と有機繊維との屈折率および屈折率の温度係数が、基材の屈折率と有機繊維の屈折率とが約−６５°Ｆから約２２０°Ｆまでの温度範囲に対して対象波長域内において互いの約１から３パーセント以内であるようになっている。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：対象波長域が、赤外線スペクトルおよび可視スペクトルのうちの少なくとも一方を含む。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：有機繊維が長尺の断面を有する。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：上記断面が繊維幅対繊維厚のアスペクト比を有し、かつ、アスペクト比が、約３から約５００までの範囲内である。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：繊維厚が、約５ミクロンから約５０００ミクロンまでの範囲内である。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：有機繊維が、互いに実質的に平行な対向する一対の実質的に平面の繊維面を有する。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：実質的に平面の繊維面が、複合物品の実質的に平面の物品表面に実質的に平行である。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：基材および有機繊維のうちの少なくとも一方が、熱可塑性材料および熱硬化性材料のうちび少なくとも１つから形成されている。上記複合物品はさらに以下の構成を有してもよい：熱可塑性材料が、フルオロカーボン、ポリアミド、ポリエチレン、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のうちの少なくとも１つを含み、かつ、熱硬化性材料が、ポリウレタン、フェノール樹脂、ポリイミド、ビスマレイミド、ポリエステル、エポキシ樹脂のうちの少なくとも１つを含む。複合物品は、フロントガラス、キャノピー、窓、薄膜、構造パネル、建築パネル、非構造物品といった構造物を形成してもよい。
【００５５】
別の好適な実施形態において、実質的に光学的に透明な複合物品は、基材屈折率を有する実質的に透明な基材と、基材中に埋設された複数の実質的に透明な有機繊維とを含んでいてもよく、有機繊維は、可視スペクトルおよび赤外線スペクトルのうちの少なくとも一方の範囲内で基材屈折率と実質的に等しい屈折率を有し、かつ、基材と有機繊維とが、実質的に等しい屈折率の温度係数を有する。
【００５６】
別の好適な実施形態において、複合物品の製造方法は、基材屈折率を有する実質的に透明な基材を提供し、基材屈折率と実質的に等しい屈折率を有する少なくとも１つの実質的に透明な有機繊維を提供し、基材中に有機繊維を埋設することを含んでいてもよい。上記方法は、対象波長域を選択し、基材の屈折率の温度係数が、対象波長域内の繊維の屈折率の温度係数と実質的に等しくなるように基材および有機繊維を選択することをさらに含んでいてもよい。上記方法は、基材の屈折率と有機繊維の屈折率とが、温度範囲内の少なくとも１つの温度に対して対象波長域内の所与の波長において等しくなるように基材および有機繊維を選択することをさらに含んでいてもよい。上記方法は、基材の屈折率と有機繊維の屈折率とが、約−６５°Ｆから約２２０°Ｆまでの温度範囲に対して互いの約１から３パーセント以内となるように基材および有機繊維を選択することをさらに含んでいてもよい。上記方法は、対象波長域として、赤外線スペクトルおよび可視スペクトルのうちの少なくとも一方を選択することをさらに含んでいてもよい。上記方法は、長尺の断面で有機繊維を提供することをさらに含んでいてもよい。上記方法は、互いに実質的に平行に向けられている対向する一対の実質的に平面の面を有する断面で有機繊維を提供することをさらに含んでいてもよい。上記方法は、繊維断面の実質的に平面の面が、複合物品の実質的に平面の物品表面と実質的に平行となるように繊維を配向させることをさらに含んでいてもよい。上記方法は、熱可塑性材料および熱硬化性材料をさらに含んでいてもよい。上記方法はさらに以下の構成を有していてもよい：熱可塑性材料が、フルオロカーボン、ポリアミド、ポリエチレン、ポリエステル、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のうちの少なくとも１つを含み、かつ、熱硬化性材料が、ポリウレタン、フェノール樹脂、ポリイミド、ビスマレイミド、ポリエステル、エポキシ樹脂のうちの少なくとも１つを含む。
【００５７】
別の好適な実施形態において、複合物品の製造方法は、複合物品が晒されることになる対象波長域として可視スペクトルおよび赤外線スペクトルのうちの少なくとも一方を選択し、複合物品が晒されることになる温度範囲を選択し、基材屈折率および屈折率の温度係数を有する実質的に透明な基材を提供し、屈折率と温度範囲内において基材の屈折率の温度係数と実質的に等しい屈折率の温度係数とを有する複数の実質的に透明な有機繊維を提供し、繊維の屈折率は、対象波長域内において基材屈折率と実質的に等しく、対向する一対の実質的に平面の繊維面を有する長尺の断面で有機繊維を提供し、基材中に有機繊維を埋設して、基材中に有機繊維の少なくとも１層を形成し、実質的に平面の繊維面を、複合物品の実質的に平面の物品表面と実質的に平行となるように向ける工程を含んでいてもよい。
【００５８】
本開示のさらなる修正および改善は、当業者にとって明らかであるかもしれない。したがって、ここに説明および図示されている部品の特定の組み合わせは、本開示のいくらかの実施形態のみを表すよう意図されており、本開示の精神および範囲内の代替の実施形態または装置の限定としての役割を果たすよう意図されてはいない。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 複合物品
１２ 物品表面
１４ パネル
１６ ポリマー基材
１８ 有機繊維
２０ 繊維面
２２ 側端
２６ 繊維厚
２８ 繊維幅
３０ 軸
３２ 層
３４ 繊維間隔
３６ 層間隔
５０ 有機繊維の屈折率
５２ 基材の屈折率
５４ ガラス繊維の屈折率
５６ 一致点
５８ 強度
６０ 弾性率
６２ 有機繊維
６４ ポリエチレン繊維
６６ ガラス繊維
６８ フルオロカーボン繊維
７０ ナイロン繊維
７２ ポリエチレンテレフタレート繊維
７４ ポリプロピレン繊維
７６ ポリマー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材屈折率５２を有する実質的に透明な基材１６と、
基材中に埋設された少なくとも１つの実質的に透明な有機繊維１８であって、対象波長域内において基材屈折率と実質的に等しい屈折率５０を有する有機繊維と
を含む複合物品。
【請求項２】
基材と有機繊維とが実質的に等しい屈折率の温度係数を有する、
請求項１に記載の複合物品。
【請求項３】
基材と有機繊維との屈折率および屈折率の温度係数が、基材の屈折率と有機繊維の屈折率とが温度範囲内の少なくとも１つの温度に対して対象波長域内の所与の波長において等しいようになっている、
請求項２に記載の複合物品。
【請求項４】
基材と有機繊維との屈折率および屈折率の温度係数が、基材の屈折率と有機繊維の屈折率とが約−６５°Ｆから約２２０°Ｆまでの温度範囲に対して対象波長域内において互いの約１から３パーセント以内であるようになっている、
請求項２に記載の複合物品。
【請求項５】
有機繊維が長尺の断面を有し、前記断面が繊維幅対繊維厚のアスペクト比を有し、かつ、
アスペクト比が約３から約５００までの範囲内である、
請求項１に記載の複合物品。
【請求項６】
繊維厚が約５ミクロンから約５０００ミクロンまでの範囲内である、
請求項５に記載の複合物品。
【請求項７】
有機繊維が、互いに実質的に平行な対向する一対の実質的に平面の繊維面を有し、かつ実質的に平面の繊維面が複合物品の実質的に平面の物品表面に実質的に平行である、
請求項５に記載の複合物品。
【請求項８】
基材および有機繊維のうちの少なくとも一方が、
フルオロカーボン、ポリアミド、ポリエチレン、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のうちの少なくとも１つを含む熱可塑性材料、および、
ポリウレタン、フェノール樹脂、ポリイミド、ビスマレイミド、ポリエステル、エポキシ樹脂のうちの少なくとも１つを含む熱硬化性材料
のうちの少なくとも１つから形成されている、請求項１に記載の複合物品。
【請求項９】
基材屈折率を有する実質的に透明な基材を提供する工程、
基材屈折率と実質的に等しい屈折率を有する少なくとも１つの実質的に透明な有機繊維を提供する工程、および
基材中に有機繊維を埋設する工程
を含む、複合物品の製造方法。
【請求項１０】
対象波長域を選択する工程、および
基材の屈折率の温度係数が対象波長域内において繊維の屈折率の温度係数と実質的に等しくなるように、基材および有機繊維を選択する工程
をさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
基材の屈折率と有機繊維の屈折率とが、温度範囲内の少なくとも１つの温度に対して対象波長域内の所与の波長において等しくなるように、基材および有機繊維を選択する工程
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
基材の屈折率と有機繊維の屈折率とが、約−６５°Ｆから約２２０°Ｆまでの温度範囲に対して互いの約１から３パーセント以内となるように、基材および有機繊維を選択する工程
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
互いに実質的に平行に向けられている対向する一対の実質的に平面の面を有する断面に有機繊維を提供する工程
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
基材および有機繊維のうちの少なくとも一方が、
フルオロカーボン、ポリアミド、ポリエチレン、ポリエステル、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のうちの少なくとも１つを含む熱可塑性材料、および、
ポリウレタン、フェノール樹脂、ポリイミド、ビスマレイミド、ポリエステル、エポキシ樹脂のうちの少なくとも１つを含む熱硬化性材料
のうちび少なくとも１つから形成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１】
基材屈折率５２を有する実質的に透明な基材１６と、
基材中に埋設された少なくとも１つの実質的に透明な有機繊維１８であって、対象波長域内において基材屈折率と実質的に等しい屈折率５０を有する有機繊維と
を含む複合物品。
【請求項２】
基材と有機繊維とが実質的に等しい屈折率の温度係数を有する、
請求項１に記載の複合物品。
【請求項３】
基材と有機繊維との屈折率および屈折率の温度係数が、基材の屈折率と有機繊維の屈折率とが温度範囲内の少なくとも１つの温度に対して対象波長域内の所与の波長において等しいようになっている、
請求項２に記載の複合物品。
【請求項４】
基材と有機繊維との屈折率および屈折率の温度係数が、基材の屈折率と有機繊維の屈折率とが約−６５°Ｆから約２２０°Ｆまでの温度範囲に対して対象波長域内において互いの約１から３パーセント以内であるようになっている、
請求項２に記載の複合物品。
【請求項５】
有機繊維が長尺の断面を有し、前記断面が繊維幅対繊維厚のアスペクト比を有し、かつ、
アスペクト比が約３から約５００までの範囲内である、
請求項１に記載の複合物品。
【請求項６】
繊維厚が約５ミクロンから約５０００ミクロンまでの範囲内である、
請求項５に記載の複合物品。
【請求項７】
有機繊維が、互いに実質的に平行な対向する一対の実質的に平面の繊維面を有し、かつ実質的に平面の繊維面が複合物品の実質的に平面の物品表面に実質的に平行である、
請求項５に記載の複合物品。
【請求項８】
基材および有機繊維のうちの少なくとも一方が、
フルオロカーボン、ポリアミド、ポリエチレン、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のうちの少なくとも１つを含む熱可塑性材料、および、
ポリウレタン、フェノール樹脂、ポリイミド、ビスマレイミド、ポリエステル、エポキシ樹脂のうちの少なくとも１つを含む熱硬化性材料
のうちの少なくとも１つから形成されている、請求項１に記載の複合物品。
【請求項９】
基材屈折率を有する実質的に透明な基材を提供する工程、
基材屈折率と実質的に等しい屈折率を有する少なくとも１つの実質的に透明な有機繊維を提供する工程、および
基材中に有機繊維を埋設する工程
を含む、複合物品の製造方法。
【請求項１０】
対象波長域を選択する工程、および
基材の屈折率の温度係数が対象波長域内において繊維の屈折率の温度係数と実質的に等しくなるように、基材および有機繊維を選択する工程
をさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
基材の屈折率と有機繊維の屈折率とが、温度範囲内の少なくとも１つの温度に対して対象波長域内の所与の波長において等しくなるように、基材および有機繊維を選択する工程
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
基材の屈折率と有機繊維の屈折率とが、約−６５°Ｆから約２２０°Ｆまでの温度範囲に対して互いの約１から３パーセント以内となるように、基材および有機繊維を選択する工程
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
互いに実質的に平行に向けられている対向する一対の実質的に平面の面を有する断面に有機繊維を提供する工程
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
基材および有機繊維のうちの少なくとも一方が、
フルオロカーボン、ポリアミド、ポリエチレン、ポリエステル、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のうちの少なくとも１つを含む熱可塑性材料、および、
ポリウレタン、フェノール樹脂、ポリイミド、ビスマレイミド、ポリエステル、エポキシ樹脂のうちの少なくとも１つを含む熱硬化性材料
のうちび少なくとも１つから形成される、請求項９に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−８２４１８（Ｐ２０１２−８２４１８Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２１３２８６（Ｐ２０１１−２１３２８６）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【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２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１３２８６（Ｐ２０１１−２１３２８６）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【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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